Phytoplankton functional groups in a tropical reservoir in the Brazilian semiarid region / Grupos funcionales de fitoplancton en una represa tropical de una región semiárida de Brazil

ABSTRACT

Abstract Phytoplankton functional groups structure and species abundance vary according to environmental conditions. The present study investigated the natural and anthropogenic stressors that affect phytoplankton functional group biomass in a Brazilian semiarid region reservoir (Argemiro de Figueiredo reservoir). Sampling occurred between August 2007 and July 2009 on a bi-monthly basis for the first year, and in a monthly basis for the last two years. There were three collection points (PC river confluence; PNC near the cages; PD dam site). The water environment analysis of abiotic variables included temperature, transparency, coefficient of vertical light attenuation, dissolved oxygen, pH, electrical conductivity, alkalinity, dissolved inorganic nitrogen, and reactive soluble phosphorus. Phytoplankton samples were collected into a Van Dorn bottle, and were then preserved in acetic lugol and were quantified using an inverted microscope to determine phytoplankton density and biomass; the identified species were assembled in functional groups. The data were explored by canonical correspondence analysis. Individual analyses were made to test the temporal and spatial variability of the data and the factors that interfered most with the biotic and abiotic variables. Functional groups S1, SN, and K, consisting of filamentous Planktothrix agardhii (Gomont) Anagnostidis & Komárek, Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenaya & Subba Raju, and the coccoid Aphanocapsa incerta (Lemmermann) Cronberg & Komárek, respectively, dominated the dry months when the water was warm, turbid, and alkaline. The overflow reservoir served as a natural disturbance reducing the phytoplankton biomass to less than 50 % and the dominance of cyanobacteria, promoting the domain of functional groups F, M, MP, Lo, and X2. The nutrient inputs from intensive fish farming, associated with a low local depth (Zmax = 7.7 m) close to the cages (PNC), resulted in a significant human disturbance that increased the prevalence of functional groups S1, SN, and K, which are composed primarily of cyanobacteria. We concluded that, in reservoirs, overflow events are natural disturbances that have the ability to reduce phytoplankton biomass and alter the structure of local communities, and that intensive fish farming is an anthropogenic disturbance that increases the availability of nutrients and stimulates an increase in biomass of the functional groups that include cyanobacteria. Furthermore, the functional groups of phytoplankton were reliable control of environmental conditions in the reservoirs of tropical semiarid regions. Rev. Biol. Trop. 65 (3) 1129-1141. Epub 2017 September 01.

RESUMEN

Resumen La estructura de grupos funcionales del fitoplancton y la abundancia de especies varían de acuerdo con las condiciones ambientales. Este estudio investigó los estresores naturales y antropogénicos que afectan la biomasa de grupos funcionales de fitoplancton en una represa (la represa de Argemiro de Figueiredo) en una región semiárida de Brasil. La recolecta de datos fue entre agosto 2007 y julio 2009 de forma bimensual durante el primer año, y de forma mensual durante los últimos dos años. Estos se recolectaron en tres sitios (PC confluencia del río; PNC cerca de las jaulas; PD sitio de la represa). El análisis de las variables abióticas del agua incluyó temperatura, transparencia, coeficiente de atenuación vertical de la luz, oxígeno disuelto, pH, conductividad eléctrica, alcalinidad, nitrógeno inorgánico disuelto y fósforo reactivo soluble. Las muestras de fitoplancton fueron recolectadas en una botella Van Dorn, y fueron preservadas en lugol acético y cuantificadas utilizando un microscopio invertido para determinar la densidad y la biomasa del fitoplancton, las especies identificadas fueron agrupadas en grupos funcionales. Los datos fueron explorados mediante un análisis de correspondencia canónica. Los análisis individuales fueron hechos para probar la variabilidad espacial y temporal de los datos y los factores que más interfieren con las variables bióticas y abióticas. Los grupos funcionales S1, SN, y K, incluyen las algas filamentosas Planktothrix agardhii (Gomont) Anagnostidis & Komárek, Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenaya & Subba Raju, y algas cocoides Aphanocapsa incerta (Lemmermann) Cronberg & Komárek, respectivamente dominando los meses cálidos cuando el agua estuvo caliente, turbia y alcalina. El desbordamiento de la reserva funciona como una alteración natural, reduciendo la biomasa del fitoplancton a menos de un 50 % y la dominancia de cianobacterias, promoviendo el dominio de los grupos funcionales F, M, MP, Lo y X2. La llegada de nutrientes debido a la pesca intensiva, asociado con una baja profundidad local (Zmax = 7.7 m), cerca de las jaulas (PNC), resulta en una alteración humana significativa que incrementa la prevalencia de los grupos funcionales S1, SN y K, los cuales están compuestos principalmente por cianobacterias. Concluimos que, en las represas, eventos de desborde son perturbaciones naturales que tienen la habilidad para reducir la biomasa del fitoplancton y alterar la estructura de las comunidades locales, y que la pesca intensa es una alteración antropogénica que incrementa la disponibilidad de nutrientes y estimula el incremento de la biomasa de los grupos funcionales que incluyen las cianobacterias. Además, los grupos funcionales de fitoplancton fueron controles confiables de las condiciones ambientales en las represas de las regiones semiáridas tropicales.