Acta Limnologica Brasiliensia
https://app.periodikos.com.br/journal/alb/article/doi/10.1590/S2179-975X5823
Acta Limnologica Brasiliensia
Original Article

Factors associated with macrophyte beta diversity in Caxiuanã Bay, located in the Eastern Amazon

Fatores associados à diversidade beta de macrófitas na Baía de Caxiuanã, localizada na Amazônia Oriental

Elaine Suzi Nascimento Vieira; Francieli de Fátima Bomfim; Joás Silva Brito; Nayara Louback Franco; Flávia Alessandra da Silva Nonato; Thaisa Sala Michelan

Downloads: 0
Views: 703

Abstract

Aim: In this study, we investigated the beta diversity of macrophytes (total, turnover, and nestedness) in Caxiuanã Bay, localized in the Eastern Amazon. We also investigated the environmental factors determining the beta diversity and its components.

Methods: Macrophytes and physical-chemical variables (pH, water temperature, electrical conductivity, dissolved oxygen, and water turbidity) were sampled in 45 sites in 2017. Beta diversity was calculated based on Jaccard dissimilarity (using a presence/absence matrix) and partitioned in turnover and nestedness. We performed a Generalized Dissimilarity Modeling to analyze the influence of local (physical-chemical) and spatial factors (geographic distance) on total beta diversity and its components.

Results: A total of 16 macrophyte species were identified belonging to five morphological groups (free-floating, emergent, submerged, epiphytes, and rooted with floating leaves). The total beta diversity of macrophytes was 0.29, the turnover component had the highest contribution to total beta compared to nestedness. The beta total was influenced by geographic distance and conductivity, turnover by geographic distance and turbidity, and nestedness was explained by conductivity and pH.

Conclusions: In our study, physical-chemical factors influenced the structure of the macrophyte community, indicating that niche processes (deterministic) were acting and changing species composition. However, the spatial component and the low explanatory power of the models, especially for turnover, can also indicate the influence of stochastic processes such as ecological drift and/or limitations in dispersal. Our study provides new insights into the diversity patterns of macrophytes in Amazonian ecosystems, particularly in blackwater rivers. Our data also contribute to a better understanding of the processes that structure the species composition of macrophytes in these environments.

Keywords

aquatic plants, nestedness, turnover, aquatic biodiversity, niche processes

Resumo

Objetivo: Neste estudo, investigamos a diversidade beta de macrófitas aquáticas (total, turnover e aninhamento) na baía de Caxiuanã, localizada na Amazônia Oriental. Também investigamos os fatores ambientais que determinam a diversidade beta e seus componentes.

Métodos: As macrófitas e as variáveis físico-químicas (pH, temperatura da água, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido e turbidez da água) foram amostradas em 45 pontos em 2017. A diversidade beta foi calculada usando a dissimilaridade de Jaccard (com matriz de presença/ausência das espécies) e particionada em turnover e aninhamento. Realizamos um Modelo Generalizado de Dissimilaridade para analisar a influência de fatores locais (físico-químicos) e espaciais (distância geográfica) na diversidade beta total e seus componentes.

Resultados: Um total de 16 espécies de macrófitas foi identificado pertencentes a cinco grupos morfológicos (flutuantes livres, emergentes, submersas, epífitas e enraizadas com folhas flutuantes). A diversidade beta total das macrófitas foi de 0,29, sendo que o componente turnover contribuiu mais para a diversidade beta total em comparação com o aninhamento. A diversidade beta total foi influenciada pela distância geográfica e condutividade, o turnover pela distância geográfica e turbidez, e o aninhamento foi explicado pela condutividade e pH.

Conclusões: Em nosso estudo, fatores físico-químicos influenciaram a estrutura da comunidade de macrófitas, indicando que processos de nicho (determinísticos) estavam atuando e alterando a composição das espécies. No entanto, o componente espacial e o baixo poder explicativo dos modelos, especialmente para o turnover, também podem indicar a influência de processos estocásticos, como a deriva genética e/ou limitações na dispersão. Nosso estudo traz novos insights sobre os padrões de diversidade das macrófitas em ecossistemas amazônicos, especialmente em rios de águas pretas. E auxiliam em uma melhor compreensão dos processos que estruturam a mudança na composição de espécies de macrófitas nesses ambientes.

Palavras-chave

plantas aquáticas, aninhamento, turnover, biodiversidade aquática, processos de nicho

References

Akasaka, M., Takamura, N., Mitsuhashi, H., & Kadono, Y., 2010. Effects of land use on aquatic macrophyte diversity and water quality of ponds. Freshw. Biol. 55(4), 909-922. http://dx.doi.org/10.1111/j.1365-2427.2009.02334.x.

Amaral, D.C., Bomfim, F.F., & Lansac-Tôha, F.A., 2022. Environmental heterogeneity drives the distribution of copepods (Crustacea: Copepoda) in the Amazon, Araguaia, Pantanal, and Upper Paraná floodplains. An. Acad. Bras. Cienc. 94(2), e20191260. PMid:35703685. http://dx.doi.org/10.1590/0001-3765202220191260.

Amaral, M.C.E., Bittrich, V., Faria, A.D., Anderson, L.O., & Aona, L.Y.S., 2008. Guia de Campo para Plantas Aquáticas e Palustres do Estado de São Paulo. Ribeirão Preto: Holos Editora.

Anderson, M.J., Ellingsen, K.E., & McArdle, B.H., 2006. Multi- variate dispersion as a measure of beta diversity. Ecol. Lett. 9(6), 683-693. PMid:16706913. http://dx.doi.org/10.1111/j.1461-0248.2006.00926.x.

Baselga, A., 2010. Partitioning the turnover and nestedness components of beta diversity. Glob. Ecol. Biogeogr. 19(1), 134-143. http://dx.doi.org/10.1111/j.1466-8238.2009.00490.x.

Baselga, A., Bonthoux, S., & Balent, G., 2015. Temporal beta diversity of bird assemblages in agricultural landscapes: land cover change vs. stochastic processes. PLoS One 10(5), e0127913. PMid:26010153. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0127913.

Bolar, K., 2019. STAT: Interactive Document for Working with Basic Statistical Analysis in R. Vienna: The R Project for Statistical Computing.

Bomfim, F.F., Fares, A.L.B., Melo, D.G.L., Vieira, E., & Michelan, T.S., 2023. Land use increases macrophytes beta diversity in Amazon streams by favoring amphibious life forms species. Community Ecol. 24(2), 159-170. http://dx.doi.org/10.1007/s42974-023-00139-5.

Castello, L., & Macedo, M.N., 2016. Large-scale degradation of Amazonian freshwater ecosystems. Glob. Change Biol. 22(3), 990-1007. PMid:26700407. http://dx.doi.org/10.1111/gcb.13173.

Chase, J.M., & Myers, J.A., 2011. Disentangling the importance of ecological niches from stochastic processes across scales. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 366(1576), 2351-2363. PMid:21768151. http://dx.doi.org/10.1098/rstb.2011.0063.

Cook, C.D.K. 1996. Aquatic and Wetland Plants of India. New York: Oxford University Press.

de Paiva, C.K.S., Faria, A.P.J., Calvão, L.B., & Juen, L., 2021. The anthropic gradient determines the taxonomic diversity of aquatic insects in Amazonian streams. Hydrobiologia 848(5), 1073-1085. http://dx.doi.org/10.1007/s10750-021-04515-y.

Deosti, S., Bomfim, F. de F., Lansac-Tôha, F.M., Quirino, B.A., Bonecker, C.C., & Lansac-Tôha, F.A., 2021. Zooplankton taxonomic and functional structure is determined by macrophytes and fish predation in a Neotropical river. Hydrobiologia 848(7), 1475-1490. http://dx.doi.org/10.1007/s10750-021-04527-8.

Díaz, S., 2012. Does biodiversity matter to terrestrial ecosystem processes and services?. In Steffen, W., Jäger, J., Carson, D.J., Bradshaw, C., eds. Challenges of a Changing Earth. Global Change — The IGBP Series. Berlin, Heidelberg: Springer, 165-167. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-19016-2_31.

Dray, S., Bauman, D., Blanchet, G., Borcard, D., Clappe, S., Guenard, G., Jombart, T., Larocque, G., Legendre, P., Madi, N., & Wagner, H. H., 2020. Adespatial: multivariate multiscale spatial analysis. Vienna: The R Project for Statistical Computing.

Esteves, F.A., 2011. Fundamentos de limnologia (3. ed.). Rio de Janeiro: Interciência.

Fares, A.L.B., Calvão, L.B., Torres, N.R., Gurgel, E.S.C., & Michelan, T.S., 2020. Environmental factors affect macrophyte diversity on Amazonian aquatic ecosystems inserted in an anthropogenic landscape. Ecol. Indic. 113, 106231. http://dx.doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.106231.

Ferrier, S., Manion, G., Elith, J., & Richardson, K., 2007. Using generalized dissimilarity modelling to analyse and predict patterns of beta diversity in regional biodiversity assessment. Biodivers Res. 13(3), 252-264. http://dx.doi.org/10.1111/j.1472-4642.2007.00341.x.

Fitzpatrick, M. C., Mokany, K., Manion, G., Lisk, M., Ferrier, S., & Nieto-Lugilde, D., 2020. Generalized Dissimilarity Modeling (GDM) in R. Vienna: The R Project for Statistical Computing.

Gardner, T.A., Ferreira, J., Barlow, J., Lees, A.C., Parry, L., Guimarães Vieira, I.C., Berenguer, E., Abramovay, R., Aleixo, A., Andretti, C., Aragão, L.E.O.C., Araújo, I., de Ávila, W.S., Bardgett, R.D., Batistella, M., Begotti, R.A., Beldini, T., de Blas, D.E., Braga, R.F., de Lima Braga, D., de Brito, J.G., de Camargo, P.B., dos Santos, F.C., de Oliveira, V.C., Nunes Cordeiro, A.C., Cardoso, T.M., de Carvalho, D.R., Castelani, S.A., Mário Chaul, J.C., Cerri, C.E., de Assis Costa, F., da Costa, C.D.F., Coudel, E., Coutinho, A.C., Cunha, D., D’Antona, Á., Dezincourt, J., Dias-Silva, K., Durigan, M., Dalla Mora Esquerdo, J.C., Feres, J., de Barros Ferraz, S.F., de Melo Ferreira, A.E., Fiorini, A.C., da Silva, L.V.F., Frazão, F.S., Garrett, R., dos Santos Gomes, A., da Silva Gonçalves, K., Guerrero, J.B., Hamada, N., Hughes, R.M., Igliori, D.C., da Conceição Jesus, E., Juen, L., Junior, M., de Oliveira, J.M.B., de Oliveira, R.C., Junior, C.S., Kaufmann, P., Korasaki, V., Leal, C.G., Leitão, R., Lima, N., de Fátima Lopes Almeida, M., Lourival, R., Louzada, J., Mac Nally, R., Marchand, S., Maués, M.M., Moreira, F.M.S., Morsello, C., Moura, N., Nessimian, J., Nunes, S., Fonseca Oliveira, V.H., Pardini, R., Pereira, H.C., Pompeu, P.S., Ribas, C.R., Rossetti, F., Schmidt, F.A., da Silva, R., da Silva, R.C.V.M., da Silva, T.F.M.R., Silveira, J., Siqueira, J.V., de Carvalho, T.S., Solar, R.R.C., Holanda Tancredi, N.S., Thomson, J.R., Torres, P.C., Vaz-de-Mello, F.Z., Stulpen Veiga, R.C., Venturieri, A., Viana, C., Weinhold, D., Zanetti, R., & Zuanon, J., 2013. A social and ecological assessment of tropical land uses at multiple scales: The Sustainable Amazon Network. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 368(1619), 20120166. PMid:23610172. http://dx.doi.org/10.1098/rstb.2012.0166.

Gaston, K.J., & Blackburn, T.M., 2000. Pattern and process in macroecology. Oxford: Blackwell Science. http://dx.doi.org/10.1002/9780470999592.

Heino, J., Melo, A.S., & Bini, L.M., 2015. Reconceptualising the beta diversity-environmental heterogeneity relationship in running water systems. Freshw. Biol. 60(2), 223-235. http://dx.doi.org/10.1111/fwb.12502.

Hutchinson, G., 1957. Population studies- animal ecology and demography- concluding remarks. Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 22(0), 415-427. http://dx.doi.org/10.1101/SQB.1957.022.01.039.

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE, 2023. Caxiuanã : desafios para a conservação de uma floresta nacional na Amazônia. Rio de Janeiro: IBGE.

Legendre, P., & De Cáceres, M., 2013. Beta diversity as the variance of community data: dissimilarity coefficients and partitioning. Ecol. Lett. 16(8), 951-963. PMid:23809147. http://dx.doi.org/10.1111/ele.12141.

Lima, M., Firmino, V.C., de Paiva, C.K.S., Juen, L., & Brasil, L.S., 2022. Land use changes disrupt streams and affect the functional feeding groups of aquatic insects in the Amazon. J. Insect Conserv. 26(2), 137-148. http://dx.doi.org/10.1007/s10841-022-00375-6.

Lisboa, P.L.B., 2002. Caxiuanã: populaçõestradicionais, meio físico e diversidade biológica. Belém: Museu Paraense Emílio Goeldi.

Lolis, L.A., Alves, D.C., Fan, S., Lv, T., Yang, L., Li, Y., Liu, C., Yu, D., & Thomaz, S.M., 2020. Negative correlations between native macrophyte diversity and water hyacinth abundance are stronger in its introduced than in its native range. Divers. Distrib. 26(2), 242-253. http://dx.doi.org/10.1111/ddi.13014.

Lorenzi, H., 2008. Plantas daninhas do Brasil: terrestres, aquática, parasitas e toxicas (4. ed.). Nova Odessa: Instituto Plantarum.

McClain, M.E., Victoria, R., & Richey, J.E., 2001. The biogeochemistry of the Amazon basin. Oxford: Oxford University Press. http://dx.doi.org/10.1093/oso/9780195114317.001.0001.

Michelan, T.S., Thomaz, S.M., Bando, F.M., & Bini, L.M., 2018. Competitive effects hinder the recolonization of native species in environments densely occupied by one invasive exotic species. Front. Plant Sci. 9, 1261. PMid:30233613. http://dx.doi.org/10.3389/fpls.2018.01261.

Mormul, R.P., Esteves, F. de A., Farjalla, V.F., & Bozelli, R.L., 2015. Space and seasonality effects on the aquatic macrophyte community of temporary Neotropical upland lakes. Aquat. Bot. 126, 54-59. http://dx.doi.org/10.1016/j.aquabot.2015.06.007.

Moura-Júnior, E.G., de Paiva, R.M.S., Ferreira, A.C., Pacopahyba, L.D., Tavares, A.S., Ferreira, F.A., & Pott, A., 2015. Lista atualizada de macrófitas aquáticas da região Norte do Brasil. Acta Amazon. 45, 111-132. http://dx.doi.org/10.1590/1809-4392201402662.

Peláez, O., & Pavanelli, C.S., 2019. Environmental heterogeneity and dispersal limitation explain different aspects of β-diversity in Neotropical fish assemblages. Freshw. Biol. 64(3), 497-505. http://dx.doi.org/10.1111/fwb.13237.

Pereira, S.A., Trindade, C.R.T., Albertoni, E.F., & Palma-Silva, C., 2012. Macrófitas aquáticas como indicadores da qualidade da água em pequenos lagos rasos subtropicais, Sul do Brasil. Acta Limnol. Bras. 24, 52-63. http://dx.doi.org/10.1590/S2179-975X2012005000026.

Piedade, M.T.F., Junk, W., D’Ângelo, S.A., Wittmann, F., Schöngart, J., & Barbosa, K.M., 2010. Aquatic herbaceous plants of the Amazon floodplains: state of the art and research needed. Acta Limnol. Bras. 22(2), 165-178. http://dx.doi.org/10.4322/actalb.02202006.

Pott, V.J., & Pott, A., 2000. Plantas aquáticas do Pantanal. Brasília: Embrapa Comunicação para Transferência de Tecnologia.

Pozzobom, U.M., Heino, J., Brito, M., & Landeiro, V.L., 2020. Untangling the determinants of macrophyte beta diversity in tropical floodplain lakes : insights from ecological uniqueness and species contributions. Aquat. Sci. 82(3), 56-67. http://dx.doi.org/10.1007/s00027-020-00730-2.

Qian, H., Ricklefs, R.E., & White, P.S., 2005. Beta diversity of angiosperms in temperate floras of eastern Asia and eastern North America. Ecol. Lett. 8(1), 15-22. http://dx.doi.org/10.1111/j.1461-0248.2004.00682.x.

Quirino, B.A., Lansac-Tôha, F.M., Thomaz, S.M., Heino, J., & Fugi, R., 2021. Macrophyte stand complexity explains the functional α and β diversity of fish in a tropical river-floodplain. Aquat. Sci. 83(1), 1-12. http://dx.doi.org/10.1007/s00027-020-00768-2.

R Core Team, 2020. R Core Team: A language and environment for statistical computing [online]. Retrieved in 2023, March 18, from https://www.r-project.org.

Rezende, R.S., Petrucio, M.M., & Gonçalves Junior, J.F., 2014. The effects of spatial scale on breakdown of leaves in a tropical watershed. PLoS One 9(5), e97072. PMid:24810918. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0097072.

Southwood, T.R.E., 1977. Habitat, the Templet for Ecological Strategies? J. Anim. Ecol. 46(2), 336-365. http://dx.doi.org/10.2307/3817.

Stein, A., Gerstner, K., & Kreft, H., 2014. Environmental heterogeneity as a universal driver of species richness across taxa, biomes and spatial scales. Ecol. Lett. 17(7), 866-880. PMid:24751205. http://dx.doi.org/10.1111/ele.12277.

Thomaz, S.M., 2023. Ecosystem services provided by freshwater macrophytes. Hydrobiologia 850(12-13), 2757-2777. http://dx.doi.org/10.1007/s10750-021-04739-y.

Wickham, H., Chang, W., Henry, L., Pedersen, T. L., Takahashi, K., Wilke, C., Woo, K., Yutani, H., & RStudio. 2019. (ggplot2): create elegant data visualisations using the grammar of graphics. New York: Springer-Verlag.

Yeakley, A.J., Ervin, D., Chang, H., Granek, E.F., Dujon, V., Shandas, V., & Brown, D., 2016. Ecosystem services of streams and rivers. In Gilvear, D.J., Greenwood, M.T., Thoms, M.C., Wood, P.J., eds. River science: research and applications for the 21st century. UK: Wiley, 335-352. http://dx.doi.org/10.1002/9781118643525.ch17.
 


Submitted date:
03/26/2023

Accepted date:
10/18/2023

Publication date:
11/24/2023

65609a5aa9539563696903e3 alb Articles
Links & Downloads

Acta Limnol. Bras. (Online)

Share this page
Page Sections