Leaf litter decomposition and macroinvertebrate assemblages in a tropical Andean stream (Ibagué, Colombia) / Descomposición de hojas y ensamblaje de macroinvertebrados en una quebrada tropical andina (ibagué, colombia)

RESUMEN El funcionamiento ecosistémico de quebradas o arroyos altoandinos de Colombia aún es poco conocido. El objetivo de este estudio fue evaluar la descomposición de hojas de aliso (Alnusacuminata), sietecueros (Andesanthuslepidotus) y una mezcla 1:1 de estas especies (Mixto), utilizando bolsas de hojarasca de poro amplio y fino, de 5 y 0,5 mm respectivamente, en la quebrada Las Perlas (2390 m.s.n.m.). Se recolectaron cuatro réplicas por tratamiento a los 3, 7, 15, 20 y 30 días, y se analizó la descomposición y la colonización por invertebrados (densidad, grupos funcionales de alimentación-GFA). Las tasas de descomposición (k) fueron significativamente distintas entre tratamientos y durante el experimento: A. acuminata (62 % de pérdida de masa seca) > Mixto (53 %) > A. lepidotus (31 %), principalmente en la primera semana y hacia el final del estudio. El mayor valor de k se registró en A. acuminata (- 0,019 días1) y el menor en A. lepidotus (- 0,004 días1). La densidad de macroinvertebrados colonizadores mostró una tendencia a aumentar durante el experimento, fue mayor en el día 20, y estuvo dominada principalmente por Diptera (Chironomidae, Simuliidae), Trichoptera (Hydroptilidae), Coleoptera (Elmidae) y Ephemeroptera (Leptohyphidae), mientras que en los GFA predominaron los recolectores, con los valores más altos en Mixto que en las especies por separado. En general, nuestros resultados sugieren que la colonización y la función de los invertebrados están relacionadas con la diversidad de hojas y sus mezclas, las cuales pueden definir la dinámica de la descomposición y de nutrientes en sistemas acuáticos tropicales altoandinos.

ABSTRACT The ecosystem functioning in headwater Colombian Andean streams is still poorly understood. The objective of this study was to evaluate the leaf decomposition of alder (Alnusacuminata), sietecueros (Andesanthus lepidotus) and a 1:1 mixture of the two species using coarse- (5 mm) and fine-mesh litter bags (0.5 mm) in the Las Perlas stream, a high-altitude tropical Andean aquatic system (2390 m.a.s.l.). A subset of 4-litterbags of each treatment was retrieved at 3, 7, 15, 20, and 30 days and analyzed for litter decomposition and invertebrate colonization (density, functional feeding groups-FFG). Decomposition rates (k) were significantly distinct between treatments and over the experiment: A. acuminata (62 % leaf dry mass loss) > Mixture (53 %) > A. lepidotus (31 %), mainly during the first week and toward the final phase of the study. The highest k-value was registered in A. acuminata (- 0.019 days1) and was lower in A. lepidotus (- 0.004 days1). Macroinvertebrate density tended to increase over the incubation period, was higher in the day 20, and was primarily dominated by Diptera (Chironomidae, Simuliidae), Trichoptera (Hydroptilidae), Coleoptera (Elmidae), and Ephemeroptera (Leptohyphidae), whereas the collectors predominated, attaining higher values in the Mixture than in the species alone. Overall, our results slightly suggest that invertebrate colonization and their function are related to the leaflitter diversity and mixing, which can define the dynamics of the decomposition and nutrients in tropical high-Andean aquatic systems.

La descomposición de la hojarasca como herramienta para evaluar la integridad funcional de ríos altoandinos del sur del Ecuador / Leaf-litter breakdown as a tool to assess the functional integrity of high Andean streams of Southern Ecuador

ResumenLas condiciones ecológicas de los ríos altoandinos tropicales estan amenazadas por numerosas actividades humanas que incluyen aquellas derivadas del cambio de la cobertura y uso del suelo de la cuenca. Para su evaluación se han propuesto protocolos que diagnostican el estado de la estructura pero no del funcionamiento de estos ecosistemas fluviales. En este trabajo se propone una herramienta de evaluación adaptada a las condiciones locales, incluyendo la metodología y los valores umbrales, utilizando el proceso de descomposición de la hojarasca como una medida del funcionamiento y salud de los ríos altoandinos del sur del Ecuador. Se seleccionaron 15 tributarios distribuidos en tres microcuencas (Mazán, Llaviuco y Matadero) dentro o en las adyacencias del Parque Nacional Cajas. En cada tributario se incubaron bolsas de descomposición elaboradas con dos tipos de malla (gruesa y fina) para separar la contribución de macroinvertebrados y microorganismos en el proceso. Como substrato vegetal se emplearon hojas de Alnus acuminata y Miconia bracteolata. Las bolsas fueron colocadas en los ríos y mantenidas durante 15, 28 y 64 días. Las tasas de descomposición (-K) fueron obtenidas a partir del período de tiempo en el cual se produjo la pérdida de aproximadamente el 50 % de la masa seca libre de ceniza. En cada período de recolección se determinaron parámetros físicos y químicos. Adicionalmente, se aplicaron los índices de calidad de ribera (QBR-And) y de habitat fluvial (IHF). Para la elaboración de los umbrales de condición funcional se utilizaron las métricas Ktotal y el cociente entre la tasa de descomposición en malla gruesa y malla fina (Kg/Kf). Para probar la sensibilidad de las métricas se emplearon métodos gráficos, Anova de una vía y se calculó la eficiencia discriminativa (ED) de las mismas. Los resultados del análisis de usos y coberturas del suelo revelaron un gradiente de intervención Matadero ≥ Llaviuco > Mazán. La composición de las variables ambientales de las corrientes de la microcuenca Mazán resultaron diferentes con respecto a las de Llaviuco y Matadero, cuyos valores parecen ser más semejantes entre sí. La evaluación de la calidad de ribera mediante el índice QBR-And muestra un gradiente importante desde valores muy bajos en las corrientes de Matadero (27.5), valores medios a altos en Llaviuco (66.5) y valores más altos en los tributarios de Mazán (87). Las tasas de descomposición de la hojarasca de los tributarios de la microcuenca del Río Mazán resultaron significativamente más rápidas que en los tributarios de los Ríos Matadero y Llaviuco para las hojas de A. acuminata pero no para las hojas de Miconia. La métrica Kg/Kf se consideró sensible y suficiente para discriminar los impactos en las áreas estudiadas. Los valores del cociente Kg/Kf resultaron significativamente mayores en Mazán en comparación a Llaviuco y Matadero, que no resultaron diferentes entre sí. Nuestros resultados apoyan la utilización del proceso de descomposición de la hojarasca como una herramienta adecuada para evaluar la condición ecológica funcional, complementando las evaluaciones estructurales, de los ríos altoandinos.

Abstract:The ecological condition of tropical Andean rivers are threatened by many human activities including changes in land use and cover in watersheds. Current protocols diagnose the structural condition of streams but not their function. In this study we proposed an assessment tool using the leaf-litter breakdown as a measure of the functional condition and health of high Andean streams in Southern Ecuador, including methodology and threshold values adapted to local conditions. We selected 15 streams in three micro-basins (Mazán, Llaviuco and Matadero) within or in the vicinity of Cajas National Park where we deployed litterbags for 15, 28 and 64 days. We used two types of mesh (coarse and fine) for the litterbags in order to separate the contribution of macro-invertebrates and microorganisms in the decomposition process and also tested two different leaf substrates: Alder (Alnus acuminata) and Miconia (Miconia bracteolata). In each collection period we determined physical and chemical parameters, applied the riparian quality index (QBR-And) and river habitat index (IHF). Decomposition rates (-k) were determined from the time period at which approximately 50 % ash-free mass would have been lost. We used Ktotal and the ratio of the rate of decomposition between coarse and fine mesh (Kg/Kf) to define the functional condition thresholds. To test the metrics sensitivity we used graphical methods, one-way ANOVA and discriminative efficiency (ED). The analysis of watershed land-use and cover showed a gradient of intervention: Matadero ≥ Llaviuco > Mazán. The composition of the environmental variables of Mazán streams were different with respect to Llaviuco and Matadero, whose values were similar to each other. The QBR-And index showed a significant gradient from very low levels in Matadero (27.5), moderately high values in Llaviuco (66.5) to high values in Mazán (87). Alder leaf-litter breakdown rates were significantly faster in Mazán than in Matadero and Llaviuco streams, while breakdown rates of Miconia were not significantly different among watersheds. The Kg/Kf ratio was significantly higher in Mazán compared to Llaviuco and Matadero, which did not differ. We consider the Kg/Kf metric sensitive enough to discriminate impacts in the studied areas. Our results support the use of the leaf-litter breakdown as an appropriate tool to assess functional ecological condition, complementing the structural assessments of these Andean rivers. Rev. Biol. Trop. 65 (1): 321-334. Epub 2017 March 01.

Land use effects on leaf litter breakdown in low-order streams draining a rapidly developing tropical watershed in Puerto Rico

Land use has an important role influencing stream ecosystem processes, such as leaf litter breakdown. Here, we assessed rates of leaf litter breakdown in low-order tropical streams draining forest, agriculture, and urban land uses in Puerto Rico. To measure leaf breakdown rates, we placed litter bags made of coarse mesh in nine streams, three for each land use type. At each stream, we measured changes in leaf mass over time, leaf breakdown rates, macroinvertebrate assemblages, and stream physicochemistry. Streams differed in their water physicochemistry, with urban streams showing high values for most variables. Stream physical habitat was evaluated using a visual assessment protocol, which indicated that agricultural and urban streams were more degraded than forested streams. Leaf breakdown rates were fast in all streams (k values ranging 0.006-0.024). Breakdown rates were significantly related to the physical conditions of the stream channel (e.g., visual protocol scores), with fastest rates in forested streams. Invertebrates colonizing leaves were mainly mayflies (Leptophlebiidae, Baetidae, and Caenidae), dipterans (Chironomidae), caddisflies (Polycentropodidae), and beetles (Elmidae and Gyrinidae). Our streams lacked large decapod populations, contrasting with other Puerto Rican streams. We found little evidence for an insect effect on leaf breakdown. Results suggest that land use is an important factor affecting leaf litter processing in streams. In contrast to studies in temperate regions, we found little evidence for a positive nutrient related effect of agricultural land use on decomposition rates. Changes in the physical characteristics of streams appear to be the main drivers behind observed decomposition patterns. Rev. Biol. Trop. 62 (Suppl. 2): 129-142. Epub 2014 April 01.

El uso de la tierra influye significativamente sobre los procesos en ecosistemas de riachuelo, como la descomposición de la hojarasca. En el presente estudio, se evaluaron las tasas de descomposición de la hojarasca en arroyos tropicales menores de zonas boscosa, agrícola y urbana en Puerto Rico. Para medir las tasas de descomposición se colocaron bolsas de malla gruesa en nueve riachuelos, tres para cada uno de los tipos de uso de tierra. Se midieron los cambios en la masa de hojarasca con el tiempo, las tasas de descomposición, la composición de macroinvertebrados y los aspectos fisico-químicos del riachuelo. Los riachuelos mostraron diferencias en la fisico-química del agua: los riachuelos urbanos presentaron los valores más altos en casi todas las variables. Las características físicas del riachuelo fueron evaluadas utilizando un protocolo visual, el cual indica que los riachuelos urbanos y asociados a la agricultura están más degradados que los asociados a bosques. La tasa de descomposición de la hojarasca fue rápida en todos los riachuelos (k=0.006-0.024). La descomposición estuvo relacionada con las condiciones físicas del riachuelo, siendo más rápido en aquellos asociados al bosque. Los invertebrados que colonizaron las hojas fueron principalmente efemerópteros (Leptophlebiidae, Baetidae, and Caenidae), dípteros (Chironomidae), tricópteros (Polycentropodidae) y escarabajos (Elmidae and Gyrinidae). Contrario a lo encontrado en otros estudios, no hallamos decápodos. Hubo poca evidencia de que los insectos afecten la descomposición. Los resultados sugieren que el uso de la tierra es un factor importante que afecta el proceso de descomposición de la hojarasca en los riachuelos. Contrario a los estudios en zonas templadas, hallamos evidencia de una relación positiva de los nutrientes de tierra agrícola con las tasas de descomposición. Los cambios en las características físicas de los riachuelos parecen ser los factores principales en los patrones de descomposición.