Benthic algae biological indicators of trophic status in tropical streams

Abstract

This study describes the stressor-response relationships between water quality parameters and periphyton biomass on artificial and natural substrates of three tropical streams with contrasting trophic status. At the nutrient enriched study site, Río Piedras, a 2-day antecedent discharged volume exceeding 3.0x105 m3 negatively impacted the periphyton biomass growth on natural substrates due to physical scouring. No significant negative effects of antecedent cumulative hydrologic discharge were observed at the two other sites, Río Mameyes and Río Guanajibo. To minimize the effect of physical scouring, concrete blocks were used as artificial growth media for periphyton biomass. A seven-day accrual time resulted in positive correlations between periphyton biomass with total phosphorus (TP) (R2 =0.74, p<0.01) and total nitrogen (TN) (R2 =0.58, p<0.01) suggesting that artificial substrates for periphyton growth could be a potential tool for setting the degree of biological impairments as related to nutrient concentrations in stream waters. The benthic chlorophyll-a limit of 70 mg/m2 in natural substrates suggested by Dodds et al. (1998) was used to predict a 7-day periphyton biomass value indicative of impairment of 19.2 mg/m2 in artificial substrates. The nutrient concentrations associated with said threshold (19.2 mg/m2 ) were 0.169 mg TP/L and 1.64 mg TN/L. Numeric nutrient criteria suggested by Sotomayor-Ramírez et al. (2011) for Puerto Rico based on a frequency distribution approach are 0.160 mg TP/L and 1.70 mg TN/L which are similar to the predicted values obtained in this study. The periphyton community structure on the moderately nutrient enriched site experienced a shift from diatoms to cyanobacteria during ten days of incubation. Further studies should be conducted in order to validate the predictions made in this study as well as investigate the population dynamics of periphyton community on streams with moderate enriched nutrient conditions.

Este estudio describe las relaciones estrés-respuesta entre los parámetros de calidad del agua y la biomasa del perifiton en sustratos artificiales y naturales de tres ríos tropicales con contraste en el estado trófico. En el sitio enriquecido de nutrientes, Río Piedras, un volumen de descarga hidrológica antecedente de 2 días al muestreo que excede 3.0 x 105 m3 redujo la biomasa del perifiton colonizado en sustratos naturales. No se observaron efectos negativos significantes de descarga hidrológica antecedente cumulativa en los otros dos sitios, Río Mameyes y el Río Guanajibo. Para minimizar el efecto de abrasión, bloques de concreto se utilizaron como medio de crecimiento artificial para la biomasa de perifiton. Un tiempo de acumulación de siete días resultó en correlaciones positivas entre la biomasa del perifiton con fósforo total (TP) (R2 =0.74; p<0.01) y el nitrógeno total (TN) (R2 =0.58; p<0.01) sugiriendo que los sustratos artificiales para el crecimiento de perifiton podría ser una herramienta potencial para establecer el grado de alteraciones biológicas en relación con las concentraciones de nutrientes en las aguas de los ríos. El límite de clorofila-a béntica de 70 mg/m2 en sustrato natural sugerido por Dodds et al. (1998) fue utilizado para predecir una biomasa de perifiton de 7 días en sustratos artificiales de 19.2 mg/m2 . Las concentraciones de nutrientes asociados con dicho umbral (19.2 mg/m2 ) fueron 0.169 mg TP/L y 1.64 mg TN/L. Los criterios numéricos de nutrientes sugeridos por Sotomayor-Ramírez et al. (2011) para Puerto Rico, basados en un enfoque de distribución de frecuencias, son 0.160 mg TP/L y 1,70 mg TN/L, que son similares a los valores predichos obtenidos en este estudio. La estructura de la comunidad de perifiton en el sitio moderadamente enriquecido de nutrientes experimentó un cambio de diatomeas a cianobacterias durante los diez días de incubación. Nuevos estudios deben llevarse a cabo con el fin de validar las predicciones realizadas en este estudio, así como investigar dinámicas de población de la estructura de la comunidad de perifiton en los ríos con condiciones enriquecidas moderadamente de nutrientes.