Two-year temporal response of benthic macrofauna and sediments to hypoxia in a tropical semi-enclosed bay (Cienfuegos, Cuba) / Respuesta temporal durante dos años de la macrofauna bentónica y sedimentos a la hipoxia en una bahía semi-cerrada tropical (Cienfuegos, Cuba)

ABSTRACT

AbstractHypoxia is the depletion of dissolved oxygen below 2 mg O2/L. Relatively few studies on hypoxia and its effects on benthic macrofauna have been done in tropical marine ecosystems. This study describes the temporal response of the water column, sediments and macrofauna to seasonal hypoxia in a semi-enclosed bay (Cienfuegos, Caribbean Sea). The Calisito site was sampled monthly from June 2010 until February 2012, yielding 21 sampling times. At each sampling event water and sediment samples were collected for measuring the abiotic variables (temperature, salinity, dissolved oxygen, nutrients, redox potential discontinuity, silt/clay and organic matter content) and macrofauna (abundance and species richness). Temperature and surface salinity followed a typical temporal pattern during the summer/rainy and the winter/dry periods. Salinity stratification occurred in the rainy period, lasting three months in 2010 and six months in 2011. The bottom water dissolved oxygen indicated hypoxic and anoxic events during the wet periods of 2010 and 2011 associated with salinity stratification, low hydrodynamics and oxidation of the accumulated organic matter. Over the study period, 817 individuals were collected and identified. Polychaetes were the dominant group in terms of abundance (57 % of total) followed by mollusks (41%). Hypoxia (and occasionally anoxia) caused strong deleterious effects on the abundance and species richness of macrofaunal communities in the study site. The most abundant polychaetes were opportunistic species with high tolerance to hypoxic conditions Prionospio steenstrupi, Polydora sp.and Paraprionospio pinnata. Most of them colonized relatively fast once hypoxia ended. Persistent species such as Caecum pulchellum and Parvanachis obesa were present during hypoxia with fluctuating densities and apparently recover to higher abundances when normoxic conditions are re-established. Macoma tenta and Tellina consobrina colonized approximately 1-2 months later than the first polychaete peak during normoxia. Probably, the deleterious effects of hypoxia on the macrofauna were intensified by negative interspecific relationships such as competition by suitable space and predation. The recolonization of macrofauna depended possibly on local transport by currents within the bay because the connection with the Caribbean Sea is relatively limited. In summary, seasonal hypoxia in Cienfuegos Bay influences the water and sediment geochemistry and reduces both the abundance and diversity of macrofauna.

RESUMEN

ResumenLa hipoxia es la disminución del oxígeno disuelto por debajo de 2 mg O2/L. Relativamente pocos estudios sobre la hipoxia y sus efectos en la macrofauna bentónica han sido realizados en ecosistemas marinos tropicales. Este estudio describe la respuesta temporal de la columna de agua, los sedimentos y la macrofauna a la hipoxia estacional en una bahía semicerrada en Cienfuegos, Mar Caribe. La estación de Calisito fue muestreada mensualmente de Junio 2010 a Febrero 2012, resultando en 21 eventos de muestreo. En cada oportunidad se recolectaron muestras de agua y sedimento para la medición de las variables abióticas (temperatura, salinidad, oxígeno disuelto, discontinuidad del potencial redox, contenido de limo/arcilla y materia orgánica) y macrofauna (abundancia y riqueza de especies). La temperatura y la salinidad superficial presentaron un patrón temporal típico durante los periodos de verano/ lluvia e invierno/seca. Ocurrió estratificación por salinidad en el periodo lluvioso, que duró tres meses en 2010 y seis en 2011. El oxígeno disuelto de fondo indicó eventos de hipoxia y anoxia durante los periodos lluviosos de 2010 y 2011 asociados con la estratificación de la columna de agua, la hidrodinámica lenta y la oxidación de la materia orgánica acumulada. Esto causó efectos deletéreos en la abundancia y diversidad de la macrofauna. Los poliquetos más abundantes fueron especies oportunistas con alta tolerancia a condiciones hipóxicas Prionospio steenstrupi, Polydora sp. y Paraprionospio pinnata. La mayoría de estos colonizaron relativamente rápido una vez que terminó la hipoxia. Especies persistentes como Caecum pulchellum y Parvanachis obesa estuvieron presentes durante la hipoxia con densidades fluctuantes y aparentemente recuperaron sus abundancias cuando las condiciones normóxicas fueron re-establecidas. Macoma tenta y Tellina consobrina colonizaron 1-2 meses después que el primer pico de poliquetos durante la normoxia.Probablemente, los efectos deletéreos de la hipoxia en la macrofauna fueron intensificados por relaciones interespecíficas negativas como la competencia por espacio y la depredación. La recolonización de la macrofauna dependió probablemente del transporte local por las corrientes dentro de la bahía pues la conexión con el mar Caribe es relativamente limitada. En resumen, la hipoxia estacional en la bahía de Cienfuegos influencia la geoquímica del agua y los sedimentos y reduce la abundancia y diversidad de la macrofauna.