Modeling chlorophyll-a and dissolved oxygen concentration in tropical floodplain lakes (Paraná River, Brazil) / Predição das concentrações de clorofila-a e oxigênio dissolvido em lagoas da planície de inundação do Alto Rio Paraná

The need for prediction is widely recognized in limnology. In this study, data from 25 lakes of the Upper Paraná River floodplain were used to build models to predict chlorophyll-a and dissolved oxygen concentrations. Akaike's information criterion (AIC) was used as a criterion for model selection. Models were validated with independent data obtained in the same lakes in 2001. Predictor variables that significantly explained chlorophyll-a concentration were pH, electrical conductivity, total seston (positive correlation) and nitrate (negative correlation). This model explained 52 percent of chlorophyll variability. Variables that significantly explained dissolved oxygen concentration were pH, lake area and nitrate (all positive correlations); water temperature and electrical conductivity were negatively correlated with oxygen. This model explained 54 percent of oxygen variability. Validation with independent data showed that both models had the potential to predict algal biomass and dissolved oxygen concentration in these lakes. These findings suggest that multiple regression models are valuable and practical tools for understanding the dynamics of ecosystems and that predictive limnology may still be considered a powerful approach in aquatic ecology.

O objetivo desse estudo foi o de construir modelos para predizer as concentrações de clorofila-a e oxigênio dissolvido em lagoas da planície de inundação do Alto Rio Paraná. Para tanto, foram selecionadas 25 lagoas na planície de inundação. O critério de Akaike (AIC) foi utilizado para a seleção dos modelos. Posteriormente, os modelos foram validados utilizando dados independentes obtidos nas mesmas lagoas. As variáveis que explicaram significativamente as concentrações de clorofila-a (52 por cento) foram pH, condutividade elétrica, material em suspensão (relação positiva) e nitrato (relação negativa). As variáveis que melhor explicaram as concentrações de oxigênio dissolvido (54 por cento) foram pH, área das lagoas, nitrato (relação positiva), temperatura da água e condutividade elétrica (relação negativa). A elevada capacidade preditiva desses modelos foi demonstrada através da utilização de dados independentes. Esses resultados demonstraram que a limnologia preditiva continua sendo uma importante área de pesquisa na ecologia aquática.

Temporal and spatial patterns of aquatic macrophyte diversity in the Upper Paraná River floodplain / Padrões temporais e espaciais da diversidade de macrófitas aquáticas na planície de inundação do Alto Rio Paraná

Although the importance of long-term data has been emphasized by ecologists in recent years, little is known about how communities may change over time. In this study, we describe the general patterns of aquatic macrophyte diversity in the Paraná River floodplain observed during six years of study. Temporal changes in community composition were also evaluated. Data on the presence or absence of aquatic macrophytes were collected between March 2002 and March 2008, in six lakes associated with three rivers. Different analytical strategies were used to evaluate the dynamics of aquatic macrophyte communities between the different systems in the floodplain. The composition of aquatic macrophytes differed among the rivers, mainly with respect to the different vegetation life forms (floating, submersed, emergent and rooted with floating stems). The temporal similarity of species composition during the six years and the beta-diversity index indicated that the month-to-month species turnover was, in general, lower in the connected lakes, which are directly influenced by the river. Probably the water level fluctuation is a selective force that contributes to maintaining diversity or richness. Our findings indicated the importance of abiotic characteristics and connectivity of the lakes in determining macrophyte composition and community stability over a long time frame.

Estudos utilizando ampla escala temporal ainda são escassos na ecologia, mesmo considerando sua importância no estudo de comunidades. Esse trabalho teve como objetivo principal descrever padrões gerais sobre a diversidade de macrófitas aquáticas na planície de inundação do Alto Rio Paraná utilizando uma ampla escala temporal (seis anos de estudo). Mudanças na composição das comunidades ao longo do tempo também foram avaliadas. Dados de presença ou ausência de macrófitas foram obtidos entre Março de 2002 e Março de 2008 em seis lagoas associadas a três rios na planície de inundação. Diferentes técnicas foram utilizadas para avaliar a dinâmica das comunidades de macrófitas aquáticas entre os diferentes ambientes. De maneira geral, a composição das comunidades foi dissimilar entre os diferentes rios, principalmente considerando os diferentes grupos funcionais de macrófitas (flutuante livre, submersa, emergente e enraizada com folha flutuante). A similaridade temporal na composição de espécies e o índice de diversidade beta indicaram que a substituição de espécies ao longo dos meses foi, de maneira geral, menor nas lagoas conectadas ao rio principal. Provavelmente, a flutuação no nível da água representa uma pressão seletiva que ajuda a manter a diversidade de espécies nas lagoas diretamente influenciadas pelo rio. Os resultados desse estudo indicaram a importância das características abióticas e da conectividade das lagoas na composição e estabilidade temporal das comunidades de macrófitas aquáticas na planície de inundação do Alto Rio Paraná.

Limnology in the Upper Paraná River floodplain: large-scale spatial and temporal patterns, and the influence of reservoirs / Limnologia na planície de inundação do Alto Rio Paraná: padrões em amplas escalas espaciais e temporais e influência de reservatórios

Knowledge of abiotic limnological factors is important to monitor changes caused by humans, and to explain the structure and dynamics of populations and communities in a variety of inland water ecosystems. In this study, we used a long term data-set (eight years) collected in 10 habitats with different features (river channels, and connected and isolated lakes) to describe the spatial and temporal patterns of some of the principal limnological factors. In general, the degree of connectivity of the lakes, together with the rivers to which the lakes are connected, were important determinants of their limnological characteristics. These differences are expected, because rivers entering the floodplain come from different geological regions and are subject to different human impacts. At large spatial scales, these differences contribute to the increased habitat diversity of the floodplain and thus to its high biodiversity. With regard to temporal variation, Secchi-disk transparency increased, and total phosphorus decreased in the Paraná River main channel during the last 20 years. Although these changes are directly attributed to the several reservoir cascades located upstream, the closing of the Porto Primavera dam in 1998 enhanced this effect. The increase in water transparency explains biotic changes within the floodplain. The lower-phosphorus Paraná River water probably dilutes concentrations of this element in the floodplain waterbodies during major floods, with future consequences for their productivity.

Fatores limnológicos abióticos têm sido importante para monitorar as mudanças causadas pelo homem e para explicar a estrutura e a dinâmica de populações e comunidades em uma variedade de ecossistemas aquáticos. Neste estudo, foram usados dados de vários anos (oito anos) coletados em 10 habitats com características distintas (rios, canais, lagoas isoladas e conectadas) para descrever padrões espaciais e temporais de alguns fatores limnológicos. Em geral, o grau de conectividade das lagoas com o rio ao qual estão conectadas foi importante para determinar as suas características limnológicas. Estas diferenças são esperadas porque os rios que chegam à planície de inundação vêm de diferentes regiões geológicas e estão sujeitos a diferentes impactos humanos. Em grandes escalas espaciais, tais diferenças contribuem para o aumento da diversidade de habitats da zona sujeita a inundações e assim, a sua alta biodiversidade. A respeito da variação temporal, observou-se um aumento nos valores de disco de Secchi e diminuição na carga de fósforo total no canal principal do rio Paraná nos últimos 20 anos. Embora estas mudanças estejam diretamente atribuídas ao efeito cascata de vários reservatórios a montante, o fechamento da represa de Porto Primavera em 1998 realçou este efeito. O aumento na transparência da água explica as mudanças bióticas observadas na planície de inundação. Em função das baixas concentrações de fósforo no rio Paraná, este está provavelmente diluindo a sua planície de inundação durante as grandes cheias, o que poderá acarretar em efeitos negativos para a sua produtividade no futuro.

The study of aquatic macrophytes in Neotropics: a scientometrical view of the main trends and gaps / O estudo de macrófitas aquáticas na região neotropical: uma visão cienciométrica dos principais padrões e lacunas

Aquatic macrophytes comprises a diverse group of organisms including angiosperms, ferns, mosses, liverworts and some macroalgae that occur in seasonally or permanently wet environments. Among other implications, aquatic macrophytes are highly productive and with an important structuring role on aquatic environments. Ecological studies involving aquatic plants substantially increased in the last years. However, a precise view of researches devoted to aquatic macrophytes in Neotropics is necessary to reach a reliable evaluation of the scientific production. In the current study, we performed a scientometrics analysis of the scientific production devoted to Neotropical macrophytes in an attempt to find the main trends and gaps of researches concerning this group. The publication devoted to macrophytes in Neotropics increased conspicuously in the last two decades. Brazil, Argentina, Mexico and Chile were the most productive among Neotropical countries. Our analyses showed that the studies dealt mostly with the influences of aquatic macrophytes on organisms and abiotic features. Studies with a predictive approach or aiming to test ecological hypothesis are scarce. In addition, researches aiming to describe unknown species are still necessary. This is essential to support conservation efforts and to subsidize further investigations testing ecological hypotheses.

Macrófitas compreendem um diverso grupo de organismos macrofíticos, incluindo angiospermas, samambaias, musgos, hepáticas e algumas macroalgas que ocorrem em ambientes sazonalmente ou permanentemente inundados. Dentre outras implicações, as macrófitas aquáticas são altamente produtivas e com um importante papel na estruturação nos ambientes aquáticos. Estudos ecológicos envolvendo plantas aquáticas cresceram substancialmente nos últimos anos. Entretanto, uma visão precisa das pesquisas sobre macrófitas na região Neotropical é necessária para uma avaliação confiável da produção científica. No presente estudo, uma análise cienciométrica sobre macrófitas Neotropicais foi realizada com o intuito de identificar os principais padrões e lacunas nas pesquisas sobre esse grupo biológico. As publicações sobre macrófitas na região Neotropical cresceu conspicuamente nas últimas duas décadas. Brasil, Argentina, México e Chile foram os mais produtivos dentre os países Neotropicais. As análises mostraram que os estudos enfocaram principalmente as influências das macrófitas nos organismos e nas características abióticas. Estudos com uma abordagem preditiva ou testando hipóteses ecológicas são escassos. Adicionalmente, pesquisas com o objetivo de descrever espécies desconhecidas ainda são necessárias. Isso é essencial para subsidiar esforços de conservação e investigações futuras testando hipóteses ecológicas.

Effects of temperature on decomposition of a potential nuisance species: the submerged aquatic macrophyte Egeria najas planchom (Hydrocharitaceae)

Inúmeros fatores bióticos e abióticos influenciam a decomposição de plantas aquáticas, destacando-se, entre eles, a temperatura. Apesar do grande número de estudos descrevendo os efeitos da temperatura sobre a decomposição de macrófitas aquáticas, pouca atenção tem sido dada à decomposição de espécies submersas. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o efeito da temperatura sobre a perda de peso e composição química do detrito da macrófita aquática submersa Egeria najas Planchon (Hydrocharitaceae). O material vegetal fresco foi mantido em temperaturas constantes de 17ºC e 27ºC, no escuro, em uma câmara de incubação. O modelo que melhor descreveu o processo de decomposição foi o modelo linear, com taxas de 0,014 dia-1 (R2 = 94%) e 0,045 dia-1 (R2 = 96%) obtidas às temperaturas de 17ºC e 27ºC, respectivamente. A análise de covariância (ANCOVA) indicou diferença significativa entre as taxas de decomposição nas duas temperaturas estudadas. É possível que o baixo conteúdo de compostos de resistência presentes na planta, como celulose e lignina, seja o responsável pela alta taxa de decomposição de E. najas, indicada pelo coeficiente de decomposição. As variáveis analisadas (pH, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido na água, concentração de matéria orgânica, nitrogênio total e fósforo total no detrito) demonstraram resposta acentuada a 27ºC. Provavelmente, as maiores temperaturas aumentam a atividade microbiana, aumentando, assim, o consumo de oxigênio na água e, conseqüentemente, afetando o pH e a taxa de liberação de íons e nutrientes para o ecossistema aquático. Em razão da rápida decomposição de E. najas em altas temperaturas, espera-se uma baixa taxa de exportação dessa espécie de seus estandes para regiões distantes em reservatórios tropicais, onde é considerada uma espécie potencialmente daninha.

Microbial respiration and chemical composition of different sediment fractions in waterbodies of the upper Paraná River floodplain, Brazil

Four size fractions of the sediment of six environments of the upper Paranß River floodplain were analyzed for carbon, nitrogen, and phosphorus contents and microbial respiration (oxygen consumption). Particle size did not affect nitrogen and phosphorus content or microbial activity, but did affect carbon content (F = 4.274, df = 3; 20, p = 0.020). The carbon concentration of ultra-fine particles was significantly lower than that of other sizes of sediment particles. Microbial respiration values were well predicted by sediment chemical composition, as shown by multiple regression (microbial respiration = -0.39 - 0.210C + 0.108N + 0.796P; F = 7.0495, p = 0.0022). However, phosphorus was the element which best explained the microbial respiration (partial coefficient = 0.796, p = 0.0039, n = 23). Considering that i) phosphorus was the best predictor of microbial respiration; ii) phosphorus is trapped in the series of reservoirs located upstream from the section of the floodplain studied; and iii) microbial respiration is a measure of decomposition rates and nutrient cycling, we hypothesize that the long-term accumulation of litter detritus and reduction of nutrient cycling in environments of the upper Paraná River floodplain are probable impacts of this decrease in phosphorus caused by the upstream reservoirs