Responses of aquatic decomposers to resource availability and increased temperature

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Fernandes, Isabel Rodrigues
Data de Publicação: 2013
Idioma: eng
Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/27391
Resumo: Tese de doutoramento in Sciences Specialization in Biology
id RCAP_b16b8a8243a92bbc40ebe777bc6eca60
oai_identifier_str oai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/27391
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository_id_str https://opendoar.ac.uk/repository/7160
spelling Responses of aquatic decomposers to resource availability and increased temperature574.5Tese de doutoramento in Sciences Specialization in BiologyFreshwater ecosystems are very important to humans as running waters provide essential ecosystem goods and services to human well-being. Decomposition of allochthonous plant litter is a key process for the functioning of low-order forested streams, as plant litter constitutes the main source of food and energy for aquatic biota in detritus food webs. Microorganisms, including fungi and bacteria, play an important role in this process by conditioning leaf material resulting in a softer, palatable and nutritious food source for invertebrate shredders. Currently, freshwater ecosystems are heavily impacted by multiple stressors that include the increase of global temperature, the increase of nutrient loading and the loss of biodiversity. These stressors may occur simultaneously raising the need to further assess their interactive effects on key ecosystem processes, such as leaf decomposition in streams. We examined the impacts of riparian plant diversity loss on diversity and activity of aquatic microbial decomposers. Mixtures of three leaf species (alder, oak and eucalyptus), commonly found in riparian corridors of Iberian streams, were immersed in a stream to allow microbial colonization. Simulation of species loss was done in microcosms by including a set of all leaf species, retrieved from the stream, and non-colonized leaves of three, two or one leaf species. Leaves were renewed every month throughout 6 months, and microbial inoculum was ensured by a set of colonized leaves from the previous month. To assess the potential impacts of time after leaf diversity loss on microbial diversity and activity, results were compared at 2 and 6 months after leaf diversity loss. We found that leaf diversity loss led to a decrease in molecular diversity of fungi and bacteria. Fungal biomass also decreased with leaf species loss for oak and eucalyptus leaves (lower quality; higher C:N ratio). Decomposition of alder and eucalyptus leaves was affected by leaf species identity, mainly after 6 months of diversity loss. Results suggest that effects of leaf diversity on microbial decomposers depended on leaf species number and also on which species were lost from the system, especially after longer times Besides affecting microbial activity, we expected that changes in litter diversity would affect higher trophic levels dependent on plant litter. To assess the potential impacts of time after leaf diversity loss on the feeding behaviour and elemental body composition of a stream invertebrate shredder, leaves subjected to leaf species loss simulation after 2 and 6 months were used to feed an invertebrate shredder. We found that the number and identity of leaf species affected leaf consumption and FPOM production by a common invertebrate shredder. Moreover, time after leaf diversity loss increased the positive diversity effects on leaf consumption and FPOM production. C and N composition of invertebrate body and of FPOM changed with the quality of leaf litter consumed by the shredder. Leaf consumption by the animals decreased linearly with the increase in C:N imbalance between leaf litter and invertebrate body. This suggests that riparian plant diversity can affect invertebrate shredder activity and the quality of resources (FPOM and invertebrate shredders) available to higher trophic levels. Streams are exposed to multiple stressors making it difficult to predict the potential effects of changes in riparian vegetation on leaf decomposition and associated aquatic biota. Although eutrophication is a major problem in freshwater ecosystems, the knowledge of their potential interactive effects with leaf diversity on leaf decomposition is still scarce. To evaluate the potential interactive effects of stream eutrophication and leaf litter diversity we carried out a field experiment in which leaf mixtures up to 5 species were immersed in 6 streams along a gradient of eutrophication. Leaf species identity affected leaf mass loss, and fungal and invertebrate biomass on leaves. Leaf mass loss was higher in leaf mixtures than in single leaf species. N immobilization was higher in moderately and highly eutrophic streams and in leaves with the lowest initial N concentration. In general, a positive linear relationship between initial N concentration in leaves and leaf mass loss was found, and the slopes of the relationship increased with increasing eutrophication. Positive leaf diversity effects were observed because decomposition of leaf mixtures was higher than that expected from decomposition of individual leaf species. However, these effects were lost with increasing levels of eutrophication. This suggests that nutrient concentration in streams may modulate the effects of leaf diversity on leaf litter decomposition by enhancing the effects of leaf quality and attenuating the effects of leaf species number. Global warming is an expected consequence of the ongoing climate change whose effects may interact with changes in riparian vegetation and eutrophication, further disturbing freshwater biota and ecosystem functioning. So, we evaluated the effects of litter quality (alder and oak, as high and low quality leaf types, respectively), increased inorganic nutrient concentration and increased stream water temperature on leaf decomposition and activity of the associated microbes. For that, alder and oak leaves naturally colonized in a stream were exposed in microcosms to a gradient of eutrophication under two temperatures: 12 ºC, a temperature typically found in Iberian streams in autumn and 18 ºC to simulate a warming scenario. Nitrogen immobilization in leaves increased with N concentration and temperature in the stream water, but was higher in alder than in oak leaves. In general, microbial activity increased asymptotically with N concentration in the stream water, following a Michaelis- Menten kinetic. Increased temperature led to an increase in maximum fungal activity. Interestingly, temperature potentiated the effects of nutrients because at increased temperature maximum fungal activity was achieved with lower N concentrations, especially on alder leaves (higher quality). This suggests that oligotrophic streams may be particularly vulnerable to increases in temperature because higher microbial activities might lead to faster organic matter turnover, especially in streams bordered by riparian vegetation delivering high quality leaf litter.Os ecossistemas de água doce são muito importantes pois providenciam bens e serviços essenciais ao bem-estar humano. A decomposição de detritos vegetais alóctones é um processo chave para o funcionamento dos ribeiros florestados, constituindo os detritos a principal fonte de alimento para os organismos aquáticos. Os microrganismos, incluindo fungos e bactérias, desempenham um papel importante neste processo, condicionando as folhas que se tornam uma fonte de alimento mais nutritiva para os invertebrados detritívoros. Atualmente, os ecossistemas de água doce estão muito alterados devido à ação de agentes múltiplos de stress, incluindo o aumento da temperatura, o aumento da carga de nutrientes nos rios e a perda de biodiversidade. Estes stressores podem ocorrer simultaneamente pelo que se torna importante avaliar os seus efeitos interativos em processos chave do ecossistema, como é o caso da decomposição de detritos em rios. Primeiramente, foi avaliado o impacto da perda de diversidade da vegetação ribeirinha na diversidade e atividade de decompositores microbianos aquáticos. Misturas de três espécies de folhas (amieiro, carvalho e eucalipto), vulgarmente encontradas nos corredores ribeirinhos Ibéricos, foram imersas num rio para permitir a colonização microbiana. A perda de espécies foi simulada em microcosmos juntando conjuntos das 3 espécies de folhas, retirados do rio, a conjuntos com 3, 2 ou 1 espécie de folhas não colonizadas. As folhas foram renovadas todos os meses durante 6 meses, e o inóculo microbiano foi assegurado usando um conjunto de folhas colonizadas no mês anterior. Para avaliar os impactos do tempo após a perda de diversidade de folhas na diversidade e atividade microbianas, os resultados foram comparados aos 2 e 6 meses após a simulação da perda de espécies. A perda de espécies de folhas levou a uma diminuição da diversidade de fungos e bactérias. A biomassa de fungos diminuiu com a perda de espécies de folhas, especialmente nas folhas de carvalho e eucalipto (menor qualidade; maior razão C:N). A decomposição do amieiro e do eucalipto foi afetada pela identidade das espécies de folhas, especialmente após 6 meses da perda de espécies. Os resultados sugerem que os efeitos da diversidade de folhada nos decompositores microbianos dependeram do número de espécies e da identidade da espécie que foi perdida, especialmente a tempos mais longos. Para além de afetar a atividade microbiana, espera-se que a alteração da diversidade da folhada possa afetar níveis tróficos superiores. Para avaliar os efeitos do tempo após a perda de diversidade na alimentação e na composição elementar do corpo de um invertebrado detritívoro, os animais foram alimentados com as folhas sujeitas aos tratamentos de simulação de perda de espécies de folhas após 2 e 6 meses. O número e a identidade das espécies de folhas afetaram o consumo de folha e a produção de matéria orgânica particulada fina (FPOM). O tempo após a perda da diversidade de folhas aumentou os efeitos positivos da diversidade no consumo de folha e na produção de FPOM. A composição do corpo do invertebrado e da FPOM em termos de C e N alterou-se com a qualidade da folha consumida. O consumo de folha diminuiu linearmente com o aumento do desequilíbrio na razão C:N entre a folhada e o corpo do animal. Isto sugere que a diversidade de plantas ribeirinhas pode afetar a atividade dos invertebrados detritívoros e a qualidade dos recursos (FPOM e invertebrados detritívoros) para níveis tróficos superiores. O facto de os rios estarem expostos a muitos agentes de stress pode dificultar a previsão dos efeitos das alterações da vegetação ribeirinha no processo de decomposição da folhada. Apesar da eutrofização ser um problema nos ecossistemas de água doce, o conhecimento sobre os seus efeitos interativos com a diversidade da vegetação ribeirinha são ainda escassos. Para colmatar essa lacuna, foi feita uma experiência de campo na qual misturas até 5 espécies de folhas foram imersas em 6 ribeiros ao longo de um gradiente de eutrofização. A identidade das espécies de folha afetaram a decomposição da folhada, e a biomassa de fungos e de invertebrados. A decomposição da folhada foi maior nas misturas de folhas do que nas espécies isoladas. A imobilização de N foi maior nos rios moderada e altamente eutrofizados e nas folhas com menor concentração inicial de N. No geral, foi observada uma relação linear positiva entre a concentração inicial de N nas folhas e a perda de massa foliar, e o declive da regressão aumentou com o aumento da eutrofização. Foram observados efeitos positivos da diversidade da folhada porque a decomposição nas misturas foi maior do que a esperada baseada na decomposição das espécies isoladamente. Contudo, estes efeitos positivos foram perdidos com o aumento da eutrofização. Isto sugere que a concentração de nutrientes nos rios pode modelar os efeitos da diversidade da folhada na decomposição das folhas aumentando os efeitos da qualidade das folhas e diminuindo os efeitos do número de espécies. O aquecimento global é uma consequência esperada das atuais alterações climáticas globais que pode interagir com as alterações da vegetação ribeirinha e com a eutrofização, perturbando ainda mais os ecossistemas de água doce. Por isso, foram avaliados os efeitos da qualidade da folhada (amieiro e carvalho, folha de maior e menor qualidade, respetivamente), do aumento da concentração de nutrientes e da temperatura da água na decomposição de folhada e na atividade dos microrganismos. Folhas de amieiro e de carvalho, naturalmente colonizadas num rio, foram transferidas para microcosmos e expostas a um gradiente de eutrofização sob 2 temperaturas: 12 ºC, uma temperatura típica de ribeiros Ibéricos no outono e 18 ºC para simular um cenário de aquecimento global. A imobilização de N nas folhas aumentou com o aumento da concentração de N e da temperatura na água, e foi maior no amieiro do que no carvalho. No geral, a atividade microbiana aumentou assimptoticamente com a concentração de N na água, seguindo uma cinética de Michaelis-Menten. A temperatura mais elevada levou a um aumento da atividade máxima dos fungos. Curiosamente, a temperatura potenciou os efeitos dos nutrientes porque à temperatura mais alta a atividade fúngica máxima foi atingida com uma menor concentração de N na água, especialmente nas folhas de amieiro (maior qualidade). Isto sugere que os ribeiros oligotróficos podem ser particularmente vulneráveis ao aumento da temperatura porque as maiores atividades microbianas podem levar a um rápido consumo da matéria orgânica, especialmente em ribeiros cuja vegetação ribeirinha produz folhada de maior qualidade.Cássio, FernandaPascoal, ClaúdiaUniversidade do MinhoFernandes, Isabel Rodrigues2013-09-182013-09-18T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/27391eng101369972info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-05-11T06:44:38Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/27391Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T16:03:12.609450Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
dc.title.none.fl_str_mv Responses of aquatic decomposers to resource availability and increased temperature
title Responses of aquatic decomposers to resource availability and increased temperature
spellingShingle Responses of aquatic decomposers to resource availability and increased temperature
Fernandes, Isabel Rodrigues
574.5
title_short Responses of aquatic decomposers to resource availability and increased temperature
title_full Responses of aquatic decomposers to resource availability and increased temperature
title_fullStr Responses of aquatic decomposers to resource availability and increased temperature
title_full_unstemmed Responses of aquatic decomposers to resource availability and increased temperature
title_sort Responses of aquatic decomposers to resource availability and increased temperature
author Fernandes, Isabel Rodrigues
author_facet Fernandes, Isabel Rodrigues
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Cássio, Fernanda
Pascoal, Claúdia
Universidade do Minho
dc.contributor.author.fl_str_mv Fernandes, Isabel Rodrigues
dc.subject.por.fl_str_mv 574.5
topic 574.5
description Tese de doutoramento in Sciences Specialization in Biology
publishDate 2013
dc.date.none.fl_str_mv 2013-09-18
2013-09-18T00:00:00Z
dc.type.driver.fl_str_mv doctoral thesis
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/1822/27391
url http://hdl.handle.net/1822/27391
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.relation.none.fl_str_mv 101369972
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron:RCAAP
instname_str FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
collection Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository.name.fl_str_mv Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
repository.mail.fl_str_mv info@rcaap.pt
_version_ 1833595703877697536

Registros relacionados