Phytoplankton species diversity control through competitive exclusion and physical disturbances

Abstract

Competitive exclusion theory suggests that phytoplankton species number in an assemblage at equilibrium will be limited to the number of simultaneously limiting resources, generally three or fewer. However, natural phytoplankton assemblages usually exhibit high species diversity, hence the concept of Hutchinson's ''paradox of the plankton.'' Recent works have suggested that this apparent paradox is a result of disturbances intermediate in frequency relative to the time period necessary for species succession to lead to equilibrium conditions (sensu Connell's intermediate disturbance hypothesis [IDH]). Moreover, evidence indicates that disturbances of intermediate intensities are also conducive to maintenance of high species diversity in phytoplankton communities. Using a longterm data record from hypereutrophic subtropical Hartbeespoort Dam (South Africa) that was typically dominated by a single species, but annually subjected to physical disturbance, we demonstrate here that disturbances can indeed enhance phytoplankton species diversity. However, these data fail to support Connell's IDH per se, as moderateand high-intensity disturbances yielded similarly high species diversity. These data also suggest that community resilience (the ability or time to return to predisturbed conditions) is negatively related to disturbance intensity, such that higher intensity disturbances maintained high diversity for longer periods of time relative to lower intensity disturbances.

The role of phytoplankton diversity metrics in shallow lake and river quality assessment

“…The decisive role of physical disturbances in supporting diversity (Connell, 1978;Padisák et al, 1988;Hambright and Zohary, 2000) and the unimodal character of the phytoplankton productivitydiversity relationship in lakes (Skácelová and Lepš, 2013) raise the question of whether and to what extent diversity metrics can be used for water quality assessment.…”

Diversity of cyanobacteria and cyanotoxins in Hartbeespoort Dam, South Africa

“…and Cylindrospermopsis sp., and a few non-heterocytous cyanobacterial species e.g. Oscillatoria maxima, Pseudanabaena sp., Aphanocapsa sp., Planktothrix sp., have been reported in the phytoplankton community in Hartbeespoort Dam in conjunction with M. aeruginosa (Allanson and Gieskes 1961;Zohary 1985;Hambright and Zohary 2000;Van Ginkel 2003;Janse van Vuuren and Kriel 2008;Conradie and Barnard 2012).…”

Variaciones estacionales de la estructura comunitaria del fitoplancton en zonas de descarga de agua subterránea en la costa norte de la Península de Yucatán

“…Este componente también fue estudiado por Tróccoli-Ghinaglia durante el 2001 en el Puerto de Dzilam, en donde se reportó que los silicatos de este sitio provienen netamente de las descargas y en Progreso de fracturas de roca en el suelo y descargas no puntuales en el margen costero. En este sentido el efecto de la turbulencia causada por las descargas, no sólo implica el aporte de nutrientes más abundantes para el fitoplancton, en este caso compuestos nitrogenados y silicatos, sino que habría que considerar el efecto de perturbación generado por la turbulencia que estas producen en la columna de agua (Hambright & Zohary 2000). Esto genera un incremento de la biomasa del fitoplancton en la columna de agua por la resuspensión de especies bentónicas del fitoplancton, además de los nutrientes transportados desde el sedimento hacia la superficie, originados de la remineralización de la materia orgánica en la cama de pastos marinos (Aguayo-González 2003).…”

“…En cuanto al número de especies identificadas se registró mayor riqueza en Dzilam, sin embargo tomando en cuenta el fitoplancton total (diatomeas+dinoflagelados), se observó que el 32% es común para ambas localidades, lo que sugiere que el patrón de corrientes local favorece esta conectividad hidrológica, y coincide con lo reportado por Tróccoli-Ghinaglia (2001) en la misma área. La diversidad y equitatividad están relacionadas con la intensidad de las perturbaciones costeras causadas por las diferentes actividades y aportes de nutrimentos que se dan hacia la zona costera (Hambright & Zohary 2000). La menor diversidad promedio se registró en Dzilam durante secas probablemente, debido al efecto de los manantiales explicada por la hipótesis de perturbaciones intermedias, en la cual la turbulencia, nutrientes y flujo de agua promovida por las descargas subterráneas resuspenden, fertilizan y dispersan nutrientes y células de fitoplancton (Margalef 1974, Lindenschmidt & Chorus 1998, Hambright & Zohary 2000.…”

“…La diversidad y equitatividad están relacionadas con la intensidad de las perturbaciones costeras causadas por las diferentes actividades y aportes de nutrimentos que se dan hacia la zona costera (Hambright & Zohary 2000). La menor diversidad promedio se registró en Dzilam durante secas probablemente, debido al efecto de los manantiales explicada por la hipótesis de perturbaciones intermedias, en la cual la turbulencia, nutrientes y flujo de agua promovida por las descargas subterráneas resuspenden, fertilizan y dispersan nutrientes y células de fitoplancton (Margalef 1974, Lindenschmidt & Chorus 1998, Hambright & Zohary 2000. Por lo tanto, al ser nula o muy escasa la influencia de los manantiales en secas esto se ve reflejado en la baja diversidad.…”