Catastrophic shifts in the aquatic primary production revealed by a small low-flow section of tropical downstream after dredging

Abstract

Dredging is a catastrophic disturbance that directly affects key biological processes in aquatic ecosystems, especially in those small and shallow. In the tropics, metabolic responses could still be enhanced by the high temperatures and solar incidence. Here, we assessed changes in the aquatic primary production along a small section of low-flow tropical downstream (Imboassica Stream, Brazil) after dredging. Our results suggested that these ecosystems may show catastrophic shifts between net heterotrophy and autotrophy in waters based on three short-term stages following the dredging: (I) a strongly heterotrophic net primary production -NPP-coupled to an intense respiration -R-likely supported by high resuspended organic sediments and nutrients from the bottom; (II) a strongly autotrophic NPP coupled to an intense gross primary production -GPP-favored by the high nutrient levels and low solar light attenuation from suspended solids or aquatic macrophytes; and (III) a NPP near to the equilibrium coupled to low GPP and R rates following, respectively, the shading by aquatic macrophytes and high particulate sedimentation. In conclusion, changes in aquatic primary production could be an important threshold for controlling drastic shifts in the organic matter cycling and the subsequent silting up of small tropical streams after dredging events.Keywords: primary production, catastrophic shifts, dredging, tropical streams.Mudanças catastróficas na produção primária aquática revelada por uma pequena seção de baixa vazão a jusante de um riacho após dragagem ResumoDragagem é um distúrbio catastrófico que afeta diretamente processos biológicos chave nos ecossistemas aquáticos, especialmente naqueles pequenos e rasos. Nos trópicos, as respostas metabólicas podem ser ainda mais intensificadas pelas altas temperaturas e incidência solar. No presente estudo, avaliamos mudanças na produção primária aquática ao longo de uma pequena seção de um riacho tropical após uma dragagem (riacho Imboassica, Brasil). Nossos resultados sugeriram que estes ecossistemas podem apresentar mudanças catastróficas desde heterotrofia à autotrofia líquida na água, baseadas em três etapas de curto prazo após a dragagem: (I) uma produção primária líquida -PPL-fortemente heterotrófica associada a uma intensa respiração -R-, provavelmente sustentada por sedimentos orgânicos e nutrientes advindos do fundo; (II) uma PPL fortemente autotrófica associada a uma intensa produção primária bruta -PPBfavorecida pelos elevados níveis de nutrientes e baixa atenuação da luz solar pelos sólidos em suspensão ou macrófitas aquáticas; e (III) uma PPL próxima ao equilíbrio associada às reduzidas taxas de PPB e R seguindo os sombreamento pelas macrófitas aquáticas e elevada sedimentação de particulados. Como conclusão, mudanças na produção primária aquática poderiam ser um importante limiar para controlar drásticas alterações na ciclagem da matéria orgânica e no subsequente assoreamento de pequenos riachos tropicais após eventos de dragagem.Palavras-chave: produçã...

A synthesis of floodplain aquatic ecosystem metabolism and carbon flux using causal criteria analysis

“…Evidence was inconsistent for our hypothesis that shading limits GPP in macrophyte dominated habitats (H6), with three studies in favor and six studies providing evidence not in favor of our hypothesis. There appears to be a balance between the negative influence on aquatic autotrophs of decreased light from macrophyte shading (Ahn and Mitsch 2002; Marotta and Enrich‐Prast 2015) and the positive influence of structural support provided by macrophytes for periphyton growth (Ward et al 2016). The contribution to aquatic GPP by different autotrophic groups (e.g., submerged macrophytes and planktonic, benthic, and epiphytic algae) is dynamic and it is likely that the importance of each driver will co‐vary strongly with a range of other variables.…”