Discrimination of species and populations of the genus Cichla (Cichliformes: Cichlidae) in rivers of the Amazon basin using otolithic morphometry

ABSTRACT The genus Cichla is a highly diverse group, with 16 species already described. Externally, some species are very similar and discriminating between them may be very difficult. Nevertheless, discrimination of fish stocks is essential for management purposes. Morphometric analyses of otoliths have been successfully used to distinguish species and fish stocks, especially in marine environments. This study evaluated whether sagittal otolith shape can be used to discriminate among the species Cichla temensis, C. monoculus, and C. orinocensis, as well as within populations of C. temensis in rivers of the Amazon. Shape indices and Fourier coefficients were used to describe the shape of the otoliths. Among the groups of species, the morphology of the sagittal otolith of C. temensis was totally distinct from the species C. monoculus and C. orinocensis. While among populations of C. temensis, individuals from the Negro and Jatapú Rivers were different, regardless of the methods used. These results confirm the ability to differentiate species and populations by using the morphology of otoliths. However, more research is needed to verify the role of genetic versus environmental and biotic effects, and thus be able to explain the discrimination observed in otoliths.

RESUMO O gênero Cichla é bastante diverso, com 16 espécies descritas. Algumas espécies são externamente muito similares e sua discriminação pode ser bastante difícil. Ao mesmo tempo, a discriminação de estoques pesqueiros é essencial para propostas de manejo. Análises morfométricas em otólitos têm sido utilizadas com sucesso para a distinção de espécies e estoques pesqueiros, principalmente em ambientes marinhos. Este estudo avaliou se o formato do otólito sagittal pode ser utilizado para discriminar entre espécies Cichla temensis, C. monoculus e C. orinocensis, bem como dentro de populações de C. temensis em diferentes rios amazônicos. Índices de forma e coeficientes de Fourier foram utilizados para descrever a forma dos otólitos. Dentre as espécies, a morfologia do otólito sagittal do C. temensis mostrou ser totalmente distinta das espécies C. monoculus e C. orinocensis. Enquanto no grupo das populações de C. temensis, os indivíduos dos rios Negro e Jatapú mostraram-se diferentes independente dos métodos utilizados. Esses resultados confirmam a capacidade de diferenciação de espécies e populações através da morfologia dos otólitos. No entanto, são necessárias mais pesquisas para verificar o papel dos efeitos genéticos em comparação aos efeitos ambientais e bióticos para explicar a discriminação observada nos otólitos.

Spatial patterns of water quality in Xingu River Basin (Amazonia) prior to the Belo Monte dam impoundment

Abstract The Xingu River, one of the most important of the Amazon Basin, is characterized by clear and transparent waters that drain a 509.685 km2 watershed with distinct hydrological and ecological conditions and anthropogenic pressures along its course. As in other basins of the Amazon system, studies in the Xingu are scarce. Furthermore, the eminent construction of the Belo Monte for hydropower production, which will alter the environmental conditions in the basin in its lower middle portion, denotes high importance of studies that generate relevant information that may subsidize a more balanced and equitable development in the Amazon region. Thus, the aim of this study was to analyze the water quality in the Xingu River and its tributaries focusing on spatial patterns by the use of multivariate statistical techniques, identifying which water quality parameters were more important for the environmental changes in the watershed. Data sampling were carried out during two complete hydrological cycles in twenty-five sampling stations. The data of twenty seven variables were analyzed by Spearman's correlation coefficients, cluster analysis (CA), and principal component analysis (PCA). The results showed a high auto-correlation between variables (> 0.7). These variables were removed from multivariate analyzes because they provided redundant information about the environment. The CA resulted in the formation of six clusters, which were clearly observed in the PCA and were characterized by different water quality. The statistical results allowed to identify a high spatial variation in the water quality, which were related to specific features of the environment, different uses, influences of anthropogenic activities and geochemical characteristics of the drained basins. It was also demonstrated that most of the sampling stations in the Xingu River basin showed good water quality, due to the absence of local impacts and high power of depuration of the river itself.

Resumo O rio Xingu, um dos mais importantes rios que constituem a bacia amazônica, é caracterizado por águas claras e transparentes que drenam uma bacia hidrográfica de 509,685 km2 com distintas condições hidrológicas, ecológicas e pressões antrópicas ao longo de seu percurso. Assim como nas demais bacias hidrográficas da Amazônia, os estudos no Xingu são raros. A eminente construção da Usina hidrelétrica de Belo Monte, a qual alterará as condições ambientais na bacia, demanda também a realização de estudos que gerem informações relevantes e que forneçam subsídios para um desenvolvimento mais equilibrado e igualitário região amazônica. Desta maneira, o objetivo deste trabalho foi analisar a qualidade de água no rio Xingu e em seus tributários focando em padrões espaciais na área de estudo pelo uso de técnicas de estatística multivariada, identificando quais parâmetros são mais relevantes nas condições de qualidade de água na bacia hidrográfica. As coletas de dados ocorreram durante dois ciclos hidrológicos completos em vinte e cinco estações de amostragem. Os dados de vinte e sete variáveis foram analisados pelos coeficientes de correlação de Spearman, análise Cluster (CA), e análise de componentes principais (PCA). Os resultados apontaram para um elevado contingente de variáveis com elevada correlação entre si (>0,7), sendo que estas altas variáveis foram retiradas das análises multivariadas por fornecerem informações ecológicas redundantes sobre o ambiente estudado. A CA resultou na formação de 6 agrupamentos, os quais foram observados por possuírem qualidade de água consideravelmente distintas pela PCA. Os resultados estatísticos permitiram identificar uma alta variação espacial da qualidade de água superficial na bacia estudada, sendo estas ocasionadas por especificidades do entorno, diferentes usos da água locais, influências de atividades antrópicas e características geoquímicas das bacias drenadas. Pode-se também evidenciar que em grande parte das estações de coleta na bacia do rio Xingu a qualidade de água superficial foi elevada, decorrente da ausência de impactos locais e do alto poder de depuração do rio.

Spatial patterns of water quality in Xingu River Basin (Amazonia) prior to the Belo Monte dam impoundment / Padrões espaciais de qualidade de água na Bacia do Rio Xingu (Amazônia) anteriores a barragem de Belo Monte

The Xingu River, one of the most important of the Amazon Basin, is characterized by clear and transparent waters that drain a 509.685 km2 watershed with distinct hydrological and ecological conditions and anthropogenic pressures along its course. As in other basins of the Amazon system, studies in the Xingu are scarce. Furthermore, the eminent construction of the Belo Monte for hydropower production, which will alter the environmental conditions in the basin in its lower middle portion, denotes high importance of studies that generate relevant information that may subsidize a more balanced and equitable development in the Amazon region. Thus, the aim of this study was to analyze the water quality in the Xingu River and its tributaries focusing on spatial patterns by the use of multivariate statistical techniques, identifying which water quality parameters were more important for the environmental changes in the watershed. Data sampling were carried out during two complete hydrological cycles in twenty-five sampling stations. The data of twenty seven variables were analyzed by Spearman's correlation coefficients, cluster analysis (CA), and principal component analysis (PCA). The results showed a high auto-correlation between variables (> 0.7). These variables were removed from multivariate analyzes because they provided redundant information about the environment. The CA resulted in the formation of six clusters, which were clearly observed in the PCA and were characterized by different water quality. The statistical results allowed to identify a high spatial variation in the water quality, which were related to specific features of the environment, different uses, influences of anthropogenic activities and geochemical characteristics of the drained basins. It was also demonstrated that most of the sampling stations in the Xingu River basin showed good water quality, due to the absence of local impacts and high power of depuration of the river itself.

O rio Xingu, um dos mais importantes rios que constituem a bacia amazônica, é caracterizado por águas claras e transparentes que drenam uma bacia hidrográfica de 509,685 km2 com distintas condições hidrológicas, ecológicas e pressões antrópicas ao longo de seu percurso. Assim como nas demais bacias hidrográficas da Amazônia, os estudos no Xingu são raros. A eminente construção da Usina hidrelétrica de Belo Monte, a qual alterará as condições ambientais na bacia, demanda também a realização de estudos que gerem informações relevantes e que forneçam subsídios para um desenvolvimento mais equilibrado e igualitário região amazônica. Desta maneira, o objetivo deste trabalho foi analisar a qualidade de água no rio Xingu e em seus tributários focando em padrões espaciais na área de estudo pelo uso de técnicas de estatística multivariada, identificando quais parâmetros são mais relevantes nas condições de qualidade de água na bacia hidrográfica. As coletas de dados ocorreram durante dois ciclos hidrológicos completos em vinte e cinco estações de amostragem. Os dados de vinte e sete variáveis foram analisados pelos coeficientes de correlação de Spearman, análise Cluster (CA), e análise de componentes principais (PCA). Os resultados apontaram para um elevado contingente de variáveis com elevada correlação entre si (>0,7), sendo que estas altas variáveis foram retiradas das análises multivariadas por fornecerem informações ecológicas redundantes sobre o ambiente estudado. A CA resultou na formação de 6 agrupamentos, os quais foram observados por possuírem qualidade de água consideravelmente distintas pela PCA. Os resultados estatísticos permitiram identificar uma alta variação espacial da qualidade de água superficial na bacia estudada, sendo estas ocasionadas por especificidades do entorno, diferentes usos da água locais, influências de atividades antrópicas e características geoquímicas das bacias drenadas. Pode-se também evidenciar que em grande parte das estações de coleta na bacia do rio Xingu a qualidade de água superficial foi elevada, decorrente da ausência de impactos locais e do alto poder de depuração do rio.

Spatial patterns of water quality in Xingu River Basin (Amazonia) prior to the Belo Monte dam impoundment / Padrões espaciais de qualidade de água na Bacia do Rio Xingu (Amazônia) anteriores a barragem de Belo Monte

Abstract The Xingu River, one of the most important of the Amazon Basin, is characterized by clear and transparent waters that drain a 509.685 km2 watershed with distinct hydrological and ecological conditions and anthropogenic pressures along its course. As in other basins of the Amazon system, studies in the Xingu are scarce. Furthermore, the eminent construction of the Belo Monte for hydropower production, which will alter the environmental conditions in the basin in its lower middle portion, denotes high importance of studies that generate relevant information that may subsidize a more balanced and equitable development in the Amazon region. Thus, the aim of this study was to analyze the water quality in the Xingu River and its tributaries focusing on spatial patterns by the use of multivariate statistical techniques, identifying which water quality parameters were more important for the environmental changes in the watershed. Data sampling were carried out during two complete hydrological cycles in twenty-five sampling stations. The data of twenty seven variables were analyzed by Spearman's correlation coefficients, cluster analysis (CA), and principal component analysis (PCA). The results showed a high auto-correlation between variables (> 0.7). These variables were removed from multivariate analyzes because they provided redundant information about the environment. The CA resulted in the formation of six clusters, which were clearly observed in the PCA and were characterized by different water quality. The statistical results allowed to identify a high spatial variation in the water quality, which were related to specific features of the environment, different uses, influences of anthropogenic activities and geochemical characteristics of the drained basins. It was also demonstrated that most of the sampling stations in the Xingu River basin showed good water quality, due to the absence of local impacts and high power of depuration of the river itself.

Resumo O rio Xingu, um dos mais importantes rios que constituem a bacia amazônica, é caracterizado por águas claras e transparentes que drenam uma bacia hidrográfica de 509,685 km2 com distintas condições hidrológicas, ecológicas e pressões antrópicas ao longo de seu percurso. Assim como nas demais bacias hidrográficas da Amazônia, os estudos no Xingu são raros. A eminente construção da Usina hidrelétrica de Belo Monte, a qual alterará as condições ambientais na bacia, demanda também a realização de estudos que gerem informações relevantes e que forneçam subsídios para um desenvolvimento mais equilibrado e igualitário região amazônica. Desta maneira, o objetivo deste trabalho foi analisar a qualidade de água no rio Xingu e em seus tributários focando em padrões espaciais na área de estudo pelo uso de técnicas de estatística multivariada, identificando quais parâmetros são mais relevantes nas condições de qualidade de água na bacia hidrográfica. As coletas de dados ocorreram durante dois ciclos hidrológicos completos em vinte e cinco estações de amostragem. Os dados de vinte e sete variáveis foram analisados pelos coeficientes de correlação de Spearman, análise Cluster (CA), e análise de componentes principais (PCA). Os resultados apontaram para um elevado contingente de variáveis com elevada correlação entre si (>0,7), sendo que estas altas variáveis foram retiradas das análises multivariadas por fornecerem informações ecológicas redundantes sobre o ambiente estudado. A CA resultou na formação de 6 agrupamentos, os quais foram observados por possuírem qualidade de água consideravelmente distintas pela PCA. Os resultados estatísticos permitiram identificar uma alta variação espacial da qualidade de água superficial na bacia estudada, sendo estas ocasionadas por especificidades do entorno, diferentes usos da água locais, influências de atividades antrópicas e características geoquímicas das bacias drenadas. Pode-se também evidenciar que em grande parte das estações de coleta na bacia do rio Xingu a qualidade de água superficial foi elevada, decorrente da ausência de impactos locais e do alto poder de depuração do rio.