Environmental stressors of the stream functioning in Uruguay. (Biomonitoring based on macroinvertebrate taxonomic and functional structure and leaf litter decomposition process)

Abstract

Los ecosistemas fluviales son altamente dinámicos y complejos, influenciados por factores climáticos, geomorfológicos y humanos. Estos ecosistemas están interconectados con los ambientes terrestres, dependiendo del flujo recíproco de organismos, materia y energía. Las variaciones en las condiciones ambientales debidas a los estresores antropogénicos pueden seleccionar macroinvertebrados con capacidades de tolerancia específicas o rasgos funcionales, afectando el funcionamiento de los ecosistemas. En los arroyos subtropicales de Uruguay, el efecto de los factores de estrés, como la eliminación de los bosques ribereños o la introducción de plantaciones exóticas como Eucaliptus spp. en las condiciones ecológicas de los ríos, ha sido poco evaluado. Estas actividades pueden afectar a las estructuras comunitarias taxonómicas y funcionales a través de cambios en las condiciones del hábitat y la dependencia de las comunidades acuáticas del subsidio terrestre, afectando a procesos ecológicos como la descomposición de hojarasca. Esta tesis tiene como objetivo estimar los efectos de estos estresores (aforestación de Eucaliptus y de la pérdida de bosques de los ríos) en la condición ecológica de los ecosistemas fluviales, centrándose en los arroyos subtropicales en Uruguay. En el caso de la aforestación de Eucaliptus, la calidad del agua y las métricas de los macroinvertebrados se utilizaron como bioindicadores para identificar los impactos de este uso de la tierra. El estudio también exploró cómo la aforestación puede afectar indirectamente la composición y la diversidad de los rasgos funcionales de los macroinvertebrados a través de cambios en las condiciones del hábitat y la disponibilidad de recursos basales. Para evaluar el impacto de la eliminación de los bosques de las riberas, el estudio se basó en evaluar la descomposición de hojarasca en arroyos y los factores abióticos y bióticos que influyen en este proceso. Mediante el uso de bioindicadores como las métricas relacionadas con la estructura de la comunidad de macroinvertebrados y los parámetros de calidad del agua, el estudio identificó los efectos adversos de la aforestación de Eucaliptus. Sin embargo, estos efectos variaron entre las estaciones verano e invierno, especialmente en relación con las altas concentraciones de NO3-N y NH4-N en agua y una menor proporción (abundancia relativa) de las familias Ephemeroptera-Plecoptera-Trichoptera y Zygoptera en verano, mientras que, en invierno, se observó una mayor conductividad, así como mayores concentraciones de sólidos suspendidos y proporción de los colectores-recolectores. Los enfoques basados en los rasgos funcionales también reflejaron los efectos de los aumentos de la aforestación, mediados por cambios en los recursos basales, especialmente la biomasa de macrófitas. En este caso, encontramos que las macrófitas sumergidas y emergentes desempeñan un papel significativo, albergando macroinvertebrados de tallas pequeñas y atrayendo a los depredadores debido a las complejas estructuras de estas macrófitas. Al analizar el funcionamiento ecológico, el estudio no encontró efectos significativos de la eliminación de la cobertura ribereña en las tasas de descomposición de hojarasca. En este caso, encontramos que la identidad de las especies de hojas influyó más en las tasas de descomposición que los tipos de arroyos, posiblemente ocultando los efectos de los estresores antropogénicos. Sin embargo, la cobertura ribereña amortiguó los efectos de los factores abióticos y bióticos en el procesamiento de la hojarasca. El conocimiento producido por esta tesis contribuye a identificar nuevas vías de investigación y mejorar la comprensión de cómo las comunidades acuáticas y los procesos ecológicos responden a la degradación ambiental causada por los estresores humanos. Los hallazgos de la tesis tienen el potencial de servir de herramienta para el desarrollo de prácticas de gestión encaminadas a prevenir o mitigar los efectos de los estresores antropógenos examinados en este estudio, y posiblemente ampliar la evaluación de otros estresores humanos.

River ecosystems are highly dynamic and complex, influenced by climatic, geomorphological, and human factors. These ecosystems are interconnected with terrestrial environments, relying on the reciprocal flow of organisms, matter, and energy. Variations in environmental conditions due to anthropogenic stressors can select macroinvertebrates with specific tolerance capacities or functional traits, impacting ecosystem functioning. In subtropical Uruguayan streams, the effect of stressors such as the removal of riparian forests or the introduction of exotic plantations like Eucalyptus spp. on ecological conditions of streams have been poorly assessed. These activities may affect taxonomic and functional community structure through changes in habitat conditions and aquatic community reliance on terrestrial carbon, impacting ecological processes such as leaf litter decomposition. This thesis aims to estimate the effects of these stressors on stream ecosystems' ecological conditions, focusing on subtropical Uruguayan streams. In this case, we analysed the impacts of Eucalyptus afforestation and riparian forest loss. In the case of Eucalyptus afforestation, water quality and macroinvertebrate metrics were used as bioindicators to identify the impacts of this land use. The study also explored how Eucalyptus afforestation may indirectly affect macroinvertebrate functional trait composition and diversity through changes in habitat conditions and basal resource availability. To assess the impact of riparian forest removal, the study monitored leaf litter decomposition in streams and the abiotic and biotic factors influencing this process. The study found adverse effects of Eucalyptus afforestation on macroinvertebrate community structure and water quality. However, these effects varied seasonally, particularly higher concentrations NO3-N and NH4-N, and lower proportion (relative abundance) of Ephemeroptera-Plecoptera-Trichoptera families and Zygoptera in summer, while in winter, higher conductivity, total suspended solids, and collector-gatherer proportions. Functional trait-based approaches also reflected the impacts of afforestation increases, mediated by changes in basal resources, especially macrophyte biomass. In this case, we found that submerged and emerged macrophytes played important roles, supporting small macroinvertebrates and attracting predators due to their complex structures. When analysing ecological functioning, the study found no significant effects of riparian cover removal on rates of litter decomposition in streams. For instance, we found that leaf species identity influenced decomposition rates more than stream types, possibly masking the effects of anthropogenic stressors. However, riparian cover buffered the effects of biotic and abiotic drivers on litter decomposition process. The knowledge produced by this thesis contributes to the identification of new research avenues and enhancing the understanding of how aquatic communities and ecological processes respond to environmental deterioration caused by human stressors. These thesis findings have the potential to serve as a tool for developing management practices aimed at preventing or mitigating the effects of the anthropogenic stressors examined in this study, and possibly extending the evaluation of other human stressors.