Response of aquatic macrophyte biomass to limnological changes under water level fluctuation in tropical reservoirs / Resposta da biomassa de macrófitas aquáticas às mudanças limnológicas consequentes da variação do nível da água em reservatórios tropicais

Abstract We evaluated the response of the biomass of aquatic macrophytes under limnological changes after water level fluctuation (WLF) of two tropical reservoirs (R1 and R2), located in northeastern Brazil. Initially we tested the hypothesis that post-WLF limnological conditions and biomass of macrophytes increase or decrease, depending on the variable or species. We monitored a 4 × 50 m permanent plot, in four expeditions per period (pre- or post-WLF), assessing species biomass and 10 limnological variables. We utilized 0.25 × 0.25 m quadrats for biomass. Once the effect of WLF in limnological variables and species biomass was confirmed, we utilized Canonical Correspondence Analysis to understand the relationship between limnological variables and species biomass. The abundant and/or dominant species in pre-WLF of R1 ( Pistia stratiotes, Eichhornia crassipes and Salvinia auriculata) and R2 (Paspalidium geminatum and S. auriculata) reduced their biomass post-WLF and were correlated with temperature, total phosphorous and nitrate. The reduced biomass of P. stratiotes, E. crassipes and S. auriculata in post-WLF widened resource availability, allowing coexistence of species. Therefore, we suggest that the change of limnological conditions in post-WLF in artificial lakes acts only as a moderator factor of the interspecific interaction (especially coexistence), without direct relation between these conditions and species biomass.

Resumo Avaliamos a resposta da biomassa de macrófitas aquáticas às alterações ambientais após flutuação do nível de água (WLF) de dois reservatórios tropicais (R1 e R2), localizados no Nordeste do Brasil. Inicialmente, testamos a hipótese de que após uma WLF as condições limnológicas e a biomassa das macrófitas aumentam ou diminuem, dependendo da variável ou espécie. Por isso, monitoramos uma parcela permanente de 4 × 50 m, em quatro amostragens por período (pré ou pós-WLF), avaliando a biomassa de espécies e 10 variáveis ​​limnológicas. Utilizamos quadrados de 0,25 × 0,25 m na amostragem da biomassa. Uma vez que o efeito do WLF em variáveis limnológicas e biomassa das espécies foi confirmado, utilizamos a Análise de Correspondência Canônica para compreender a relação das variáveis ​​limnológicas com a biomassa de espécies. As espécies abundantes e/ou dominantes no pré-WLF de R1 (Pistia stratiotes, Eichhornia crassipes e Salvinia auriculata ) e R2 (Paspalidium geminatum e S. auriculata ) reduziram sua biomassa pós-WLF, correlacionando-se diretamente com temperatura, fósforo total e nitrato. A redução da biomassa de P. stratiotes , E. crassipes e S. auriculata em pós-WLF ampliou a disponibilidade de recursos, permitindo a coexistência de espécies. Portanto, sugerimos que a mudança das condições limnológicas no pós-WLF em lagos artificiais atua apenas como um fator moderador da interação interespecífica (em especial a coexistência), sem relação direta entre essas condições e a biomassa das espécies.

Seasonal variation of limnological features and trophic state index of two oligotrophic reservoirs of southeast Brazil / Variação sazonal das características limnológicas e Índice de Estado Trófico de dois reservatórios oligotróficos do sudeste do Brasil

Abstract Limnological features of two reservoirs were studied in dry (August 2013) and rainy (January 2014) periods to evaluate the water quality that supply the city of Guarulhos, southeast Brazil. Water samples were collected in three depths and the following characteristics were measured: alkalinity, dissolved O2, free and total CO2, HCO3, soluble reactive silica, dissolved and total nitrogen and phosphorus, and chlorophyll-a. Water transparency was also measured and temperature, pH and electric conductivity profiles were obtained. Great seasonal and low spatial variability of the water characteristics occurred in the reservoirs. High values of water transparency, free CO2 availability, and low of pH, soluble reactive silica and total and dissolved nutrients values were recorded at the dry period, and different conditions were found at the rainy season. The two reservoirs were characterized by low nutrients, chlorophyll-a and turbidity, and high transparency, these features being typical of oligotrophic systems. The two reservoirs still remain under low anthropogenic impact conditions, and are presently considered reference systems for the SPMR, São Paulo Metropolitan Region. The need for actions that will reduce the input of nutrients from the neighboring cities and the main tributaries of the hydrographic basin is emphasized to maintain the ecological quality of the reservoirs and their reference conditions among the SPRM reservoirs.

Resumo Características limnológicas de dois reservatórios foram estudadas durante os períodos seco (Agosto 2013) e de chuvas (Janeiro 2014) para avaliar a qualidade da água que abastece a cidade de Guarulhos, Brasil sudeste. Amostras de água foram coletadas em três profundidades e as características estudadas foram: alcalinidade, O2 dissolvido, CO2 livre e total, HCO3, sílica reativa solúvel e nitrogênio e fósforo dissolvido e total e clorofila-a. Transparência da água foi medida e obtidos os perfis de temperatura, pH e condutividade elétrica. Grande variabilidade sazonal e espacial das características da água ocorreu nos reservatórios. Altos valores de transparência da água, disponibilidade de CO2 livre e menores de pH, sílica reativa solúvel e nutrientes totais e dissolvidos foram documentados durante o período seco; e condições diferentes durante o período de chuvas. Os dois reservatórios foram caracterizados por baixos teores de nutrientes, clorofila-a e turbidez e alta transparência, características estas típicas de sistemas oligotróficos. Os dois reservatórios ainda permanecem sob condição de baixo impacto antropogênico e são atualmente considerados sistemas de referência para a RMSP, Região Metropolitana de São Paulo. A necessidade de ações para diminuir e até frear a entrada de nutrientes provenientes das cidades vizinhas e dos principais afluentes da bacia hidrográfica é enfatizada para manter a qualidade ecológica dos reservatórios e suas condições de referência entre os reservatórios da RMSP.

Abiotic variability among different aquatic systems of the central Amazon floodplain during drought and flood events / Variabilidade abiótica entre os diferentes sistemas aquáticos da planície de inundação da Amazônia central durante eventos de seca e cheia

Abstract This paper examines water properties from lakes, (depression lakes, sensu Junk et al., 2012), channels (scroll lakes with high connectivity, sensu Junk et al., 2012) and paleo-channels (scroll lakes with low connectivity-sensu Junk et al., 2012, locally called ressacas) located in Mamirauá Sustainable Development Reserve, in Central Amazon floodplain, Amazonas, Brazil. We analysed surface temperature, conductivity, pH, dissolved oxygen, turbidity, transparency, suspended inorganic and organic matter, chlorophyll-a, pheophytin, total nitrogen, total phosphorus, organic and inorganic carbon in 2009 high water phase, 2009 and 2010 low water phases. Multivariate statistical analyses of 24 aquatic systems (6 ressacas, 12 lakes and 6 channels, 142 samples) were applied to the variables in order to: 1) quantify differences among aquatic system types; 2) assess how those differences are affected in the different phases of the hydrological year. First, we analysed the entire set of variables to test for differences among phases of the hydrological year and types of aquatic systems using a PERMANOVA two-way crossed design. The results showed that the all measured limnological variables are distinct regarding both factors: types of aquatic systems and hydrological phases. In general, the magnitude and amplitude of all variables were higher in the low water phase than in the high water phase, except for water transparency in all aquatic system’s types. PERMANOVA showed that the differences between aquatic system’s types and hydrological phases of all variables were highly significant for both main factors (type and phase) and for the type x phase interaction. Limnological patterns of Amazon floodplain aquatic systems are highly dynamic, dependent on the surrounding environment, flood pulse, main river input and system type. These patterns show how undisturbed systems respond to natural variability in such a diverse environment, and how distinct are those aquatic systems, especially during the low water phase. Aquatic systems in Mamirauá floodplain represent limnological patterns of almost undisturbed areas and can be used as future reference for comparison with disturbed areas, such as those of the Lower Amazon, and as a baseline for studies on the effects of anthropogenic influences and climate change and on Amazon aquatic ecosystem.

Resumo Esse trabalho investiga as propriedades da água de lagos (lagos de depressão, sensu Junk et al., 2012), canais (scroll lakes com alta conectividade, sensu Junk et al., 2012) e paleo canais (scroll lakes com baixa conectividade - sensu Junk et al., 2012, localmente chamados de ressaca) localizados na Reserva de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá (RDSM), na planície de inundação da Amazônia Central, Amazonas, Brasil. Analisaram-se temperatura, condutividade, pH, oxigênio dissolvido, turbidez, e transparência da água na superfície e coletaram-se amostras de água na superfície para a determinação de material orgânico e inorgânico em suspensão, clorofila-a, feofitina, nitrogênio e fósforo total, carbono orgânico e inorgânico dissolvido, em duas fases da hidrógrafa, água alta em 2009, e água baixa em 2009 e 2010. Análises de estatística multivariada de 24 sistemas aquáticos (6 ressacas, 12 lagos e 6 canais, 142 amostras) foram realizadas para: 1) quantificar as diferenças entre os tipos de sistemas aquáticos; 2) determinar como essas diferenças são afetadas nas diferentes fases do ano hidrológico. Primeiramente foram analisadas todas as variáveis para testar as diferenças entre as fases do ano hidrológico e dos tipos de sistemas aquáticos utilizando o teste pareado cruzado PERMANOVA. Os resultados mostraram que todas as variáveis limnológicas medidas são distintas em relação a ambos os fatores: tipos de sistemas aquáticos e fases da hidrógrafa. Em geral, a magnitude e amplitude de todas as variáveis foram maiores na fase seca do que na cheia, com exceção da transparência da água em todos os tipos de sistemas aquáticos. Os resultados da PERMANOVA mostraram que as diferenças entre os tipos de sistemas aquáticos e as fases da hidrógrafa para todas as variáveis foram altamente significativas para ambos os fatores (tipo e fase) e ainda para a interação tipo x fase. Os padrões limnológicos dos sistemas aquáticos da planície de inundação Amazônica são altamente dinâmicos, dependente do ambiente ao redor, do pulso de inundação, do rio principal e do tipo de sistema. Os sistemas aquáticos da planície de inundação de Mamirauá representam os padrões limnológicos de áreas não perturbadas e podem servir como futura referência para comparação com as propriedades dos sistemas aquáticos de áreas perturbadas, como as do Baixo Amazonas. Podem ser também utilizados como linha de base para estudos dos impactos antropogênicos e das mudanças climáticas sobre os ecossistemas aquáticos Amazônicos.

Diurnal sampling reveals significant variation in CO2 emission from a tropical productive lake / Amostragem diurna demonstra variação significativa na emissão de CO2 em um lago tropical produtivo

It is well accepted in the literature that lakes are generally net heterotrophic and supersaturated with CO2 because they receive allochthonous carbon inputs. However, autotrophy and CO2 undersaturation may happen for at least part of the time, especially in productive lakes. Since diurnal scale is particularly important to tropical lakes dynamics, we evaluated diurnal changes in pCO2 and CO2 flux across the air-water interface in a tropical productive lake in southeastern Brazil (Lake Carioca) over two consecutive days. Both pCO2 and CO2 flux were significantly different between day (9:00 to 17:00) and night (21:00 to 5:00) confirming the importance of this scale for CO2 dynamics in tropical lakes. Net heterotrophy and CO2 outgassing from the lake were registered only at night, while significant CO2 emission did not happen during the day. Dissolved oxygen concentration and temperature trends over the diurnal cycle indicated the dependence of CO2 dynamics on lake metabolism (respiration and photosynthesis). This study indicates the importance of considering the diurnal scale when examining CO2 emissions from tropical lakes.

É amplamente aceito na literatura que lagos são em geral heterotróficos e supersaturados com CO2 já que recebem carbono alóctone. Porém, autotrofia e insaturação de CO2 podem ocorrer em pelo menos parte do tempo, especialmente em lagos produtivos. Como a escala diurna é particularmente importante para a dinâmica de lagos tropicais, variações diurnas na pCO2 e no fluxo de CO2 através da interface ar-água foram avaliadas num lago tropical produtivo do sudeste do Brasil (Lagoa Carioca) durante dois dias consecutivos. Tanto a pCO2 quanto o fluxo de CO2 foram significativamente diferentes entre o dia (9:00 às 17:00) e a noite (21:00 às 5:00), confirmando a influência desta escala na dinâmica do CO2 na Lagoa Carioca. Foram registradas heterotrofia e emissão de CO2 pela lagoa apenas durante a noite, enquanto durante o dia não houve emissão significativa. Variações na concentração de oxigênio dissolvido e na temperatura ao longo do dia indicaram a dependência da dinâmica do CO2 no metabolismo (respiração e fotossíntese) deste lago. Este estudo indica a importância de se considerar a escala diurna na avaliação da emissão de CO2 por lagos tropicais.

Morphological variation in Staurastrum rotula (Zygnemaphyceae, Desmidiales) in the deepest natural Brazilian lake: essence or accident? / Variação morfológica em Staurastrum rotula (Zygnemaphyceae, Desmidiales) em um lago natural profundo do Brasil: essência ou acidente?

For many decades, polymorphism and its consequences have only been studied from the taxonomic point of view. Presently, interest has switched to the environmental causes of morphological variation and its consequences in the form and essence of the species. This study aimed at evaluating desmids morphological modifications of Staurastrum rotula Nordstedt during inter-annual succession patterns in two warm monomitic tropical lakes: Dom Helvécio (19°45′- 19°48′45″S, 42°33′45″W) and Carioca (19°45′20″S, 42°37′12″W). The effect of thermal stability and light and nutrients availability was based on samples collected monthly from January 2002 to December 2006 compared the morphological modifications. Results indicated that morphological variation, asexual reproduction, theratological forms, mucilaginous envelope and fungal infection were highest in Lake Dom Helvécio and coincided with the biomass increase of species with complex morphology between September and March (stratification period). The Zmix oscillation, wind and rainfall occurring at the end of the mixing period and beginning of the stratification were suggested as autochthonous and allochthonous disturbance agents, respectively, identified as inducers of asexual reproduction and consequently of the morphological variation. It was suggested that incidence of parasitism may act as a potential controlling agent for the Staurastrum rotula population size. It was concluded that morphological variation represents accidents in the original form, i.e. in the desmid species essence, promoting the existence of ecoforms, not of new infraspecific taxa.

Por muitas décadas, o polimorfismo e suas conseqüências foram estudados apenas do ponto de vista taxonômico. Atualmente, o interesse se volta para as causas ambientais das variações morfológicas e suas consequencias na forma e essência da espécie. O estudo teve como objetivo avaliar as modificações morfológicas de Staurastrum rotula Nordstedt durante padrões inter-anuais de sucessão em dois lagos tropicais monomíticos-quentes: Dom Helvécio (19°45′-19°48′45″S, 42°33′45″W) e Carioca (19°45′20°″S, 42°37′12″W). O efeito da estabilidade térmica e potenciais distúrbios sobre as modificações morfológicas foi baseado em amostras coletadas mensalmente de janeiro de 2002 a dezembro de 2006. Os resultados indicaram que a variação morfológica, a reprodução assexuada, as formas teratológicas, envelope mucilaginoso e infecção fúngica foram maiores no Lago Dom Helvécio e coincidiu com o aumento da biomassa de espécies com morfologia complexa entre setembro e março (período de estratificação). A oscilação Zmix, vento e chuva ocorrentes entre o final do período de mistura e início da estratificação foram sugeridos como agentes perturbadores autóctones e alóctones, respectivamente, identificados como indutores de reprodução assexuada e, consequentemente, de variação morfológica. Foi sugerido que a incidência de parasitismo atua no controle do tamanho da população Staurastrum rotula. A variação morfológica, portanto, representa acidentes na forma original, ou seja, na essência das desmídias, promovendo a existência de ecoformas, não de novos táxons infraespecíficos.

Planktonic Cyanobacteria of the tropical karstic lake Lagartos from the Yucatan Peninsula, Mexico / Las cianobacterias planctónicas del lago tropical cárstico Lagartos de la Península de Yucatán, México

The tropical karstic lakes on the Mexican Caribbean Sea coast are numerous. However, there is an enormous gap of knowledge about their limnological conditions and micro-algae communities. In the present study, surface water samples were collected monthly from November 2007 to September 2008 to provide taxonomical composition and biovolume of planktonic cyanobacteria of the lake Lagartos from State of Quintana Roo, Mexico. Water temperature, pH, conductivity, salinity, soluble reactive phosphorus (SRP), dissolved inorganic nitrogen (DIN), and soluble reactive silica (SRSi) levels were also analyzed. A total of 22 species were identified. Chroococcales and Oscillatoriales dominated the phytoplankton assemblages during the study period. Chroococcus pulcherrimus, Coelosphaerium confertum, Cyanodyction iac, Phormidium pachydermaticum and Planktolyngbya contorta were recorded for the first time in Mexico. A surplus of DIN (mean value of 42.7µM) and low concentrations of SRP (mean value of 1.0µM) promoted the enhanced growth and bloom formation of cyanobacteria. The mean biovolume was 3.22X10(8)µm³/mL, and two biovolume peaks were observed; the first was dominated by Microcystis panniformis in November 2007 (7.40X10(8)µm³/mL), and the second was dominated by Oscillatoria princeps in April 2008 (6.55X10(8)µm³/mL). Water quality data, nitrates enrichment, and trophic state based on biovolume, indicated that Lagartos is a hyposaline, secondarily phosphorus-limited, and eutrophic lake, where the cyanobacteria flora was composed mainly by non-heterocystous groups.

Los lagos cársticos tropicales en la costa del Caribe mexicano son numerosos. Sin embargo, existe un enorme desconocimiento acerca de sus condiciones limnológicas y de las comunidades de microalgas que se desarrollan en ellos. El objetivo del presente estudio fue estudiar las condiciones limnológicas en las que crecen las poblaciones de cianobacterias planctónicas del lago Lagartos, Quintana Roo, México. Las recolectas se realizaron de forma mensual entre noviembre 2007 y septiembre 2008. Las especies fueron identificadas y su biovolumen determinado. Se midieron in situ la temperatura del agua, pH, conductividad y salinidad. También, se analizaron las concentraciones de fósforo reactivo soluble (SRP), nitrógeno inorgánico disuelto (DIN) y sílice reactivo soluble (SRSi). Se identificaron 22 especies de cianobacterias. Chroococcus pulcherrimus, Coelosphaerium confertum, Cyanodyction iac, Phormidium pachydermaticum y Planktolyngbya contorta fueron nuevos registros para México. Un exceso de DIN (valor promedio de 42.7µM) y bajas concentraciones de PRS (valor promedio de 1.0µM) promovieron la proliferación de cianobacterias. El biovolumen presentó dos picos: el primero en noviembre 2007, dominado por Microcystis panniformis (7.40X10(8)µm³/mL) y el segundo en abril 2008, representado por Oscillatoria princeps (6.55X10(8)µm³/mL). Los datos de calidad del agua, el enriquecimiento por nitratos y el estado trófico basado en el biovolumen, indican que Lagartos es un lago hiposalino, eutrófico, con limitación secundaria por fósforo, donde los crecimientos masivos de cianobacterias sin heterocitos fueron recurrentes.

Environmental influences on the composition and structure of the freshwater mussels in shallow lakes in the Cuiabá River floodplain / Influências ambientais na composição e estrutura de bivalves em lagoas da planície de inundação do rio Cuiabá

The maintenance of the freshwater mussels' community in lakes is determined by abiotic factors at the local scale and at regional scale by interspecific relations between the larvae of bivalves and fish host. Whereas the distribution pattern at local scale, our goal was to understand the abundance and community composition of bivalves and relate the environmental agents structuring this community. We sampled 20 lakes in the floodplain of the Cuiabá River using a standardized method of sampling. To evaluate the effect of environment on the community we applied multivariate inferential analyses. We found 1.143 individuals alive belonging into six species distributed at the family Hyriidae, Mycetopodidae, Sphaeridae and Corbiculidae. The results showed that in the Pantanal the bivalve assemblage structure is influenced locally by organic matter and particle size, variables that reflect the intense interactions between water-sediment. However it is important to emphasize that these environmental characteristics are the result of the dynamics of this system which is dependent on the flood pulse, a regional factor.

A manutenção da comunidade de bivalves límnicos em lagos é determinada por fatores abióticos em escala local e em escala regional pelas relações interespecíficas entre as larvas do bivalve e o peixe hospedeiro. Considerando o padrão de distiribuição em escala local, nosso objetivo foi conhecer a abundância e a composição da comunidade de bivalves e relacionar os agentes de estruturação desta comunidade. Foram amostrados 20 lagos na planície de inundação do rio Cuiabá usando método padronizado de amostragem. Para avaliar o efeito dos fatores abióticos sobre a comunidade aplicamos análises multivariadas inferenciais. Encontramos 1.143 indivíduos vivos, distribuidos em seis espécies pertencentes às famílias Hyriidae, Mycetopodidae, Sphaeridae e Corbiculidae. Os resultados demonstraram que no Pantanal, a estrutura da assembléia de bivalves é influenciada localmente pela matéria orgânica e granulometria, variáveis que refletem as intensas interações entre água-sedimento. No entanto é importante ressaltar que tais características ambientais são resultantes da dinâmica deste sistema o qual é dependente do pulso de inundação periódico, um fator de escala regional.