Periphyton on non-serpentine and serpentine-derived substrates and small-scale distribution of macroinvertebrates in tropical streams

Abstract

A common approach to manage and conserve public lands is to survey their ecosystems and their biodiversity. Understanding how complex ecosystems, such as rivers, operate is important to reveal the multifaceted interactions that govern river’s health and productivity. The Maricao Commonwealth Forest, situated in what is known as the serpentine belt of Puerto Rico, is considered one of the most biodiverse regions in the island due to its serpentine substrates and soils. However, scientific publications and information on the periphytic communities and aquatic macroinvertebrates in the forest’s streams are very limited and mostly outdated. In the present study, the periphytic communities of the Maricao River were evaluated during seven months using serpentine-derived and non-serpentine-derived substrates. Furthermore, the small-scale distribution of macroinvertebrates communities were evaluated in the Maricao River and the Lajas River within the forest. Chlorophyll-a analyses and light microscopy techniques were used to assess the periphytic communities; meanwhile, macroinvertebrates were collected using drifting techniques and identified to family taxonomic rank. Periphytic communities were composed of diatoms of the genera Synedra/Ulnaria complex, Diatoma, Cymbella, Nitzchia, Achnanthidium, Gomphonema, and Amphora. A Wilcoxon test showed no significant differences on the biomass accrual between the substrates. However, correlation matrixes negatively correlated the water current velocity and the algal biomass accrual. Also, variations on the collected diatoms were related to temporal changes. A total of 2,149 macroinvertebrates belonging to 10 orders and 32 families typical of tropical streams were collected. The dominant families found were Leptophlebiidae, Elmidae, and Chironomidae. Principal Component Analysis and Correspondence Analysis showed that water current velocity and water depth influence the taxonomic and functional composition of the macroinvertebrates communities in both rivers. According to the biological index “Biological Monitoring Working Party” (BMWP) for Puerto Rico and Cuba, both rivers have excellent water quality. This is the first work that describes the periphytic communities in serpentine substrates of the Maricao River and that provides an inventory of benthic macroinvertebrates in the Maricao State Forest.

Un enfoque común para el manejo y la conservación de terrenos públicos es el examinar sus ecosistemas y su biodiversidad. El comprender cómo funcionan los ecosistemas complejos, como los ríos, es importante para así revelar las interacciones multifacéticas que rigen la salud y la productividad de los ríos. El Bosque Estatal de Maricao, situado en lo que se conoce como el cinturón de serpentina de Puerto Rico, se considera una de las regiones más diversas en Puerto Rico debido a sus suelos y sustratos de serpentina. Sin embargo, las publicaciones científicas y la información sobre las comunidades perifíticas y los macroinvertebrados acuáticos en los ríos del bosque son muy limitadas y en su mayoría antiguas. En este estudio, las comunidades perifíticas del río Maricao fueron evaluadas durante siete meses utilizando sustratos derivados y no derivados de serpentina. Además, se evaluó la distribución a pequeña escala de las comunidades de macroinvertebrados en el río Maricao y el río Lajas dentro del bosque. Análisis de clorofila-a y técnicas de microscopía óptica fueron utilizadas para evaluar las comunidades perifíticas; mientras tanto, los macroinvertebrados se colectaron utilizando técnicas de deriva y se identificaron hasta el rango taxonómico de familia. Las comunidades perifíticas estuvieron compuestas por diatomeas del género Synedra/Ulnaria, Diatoma, Cymbella, Nitzchia, Achnanthidium, Gomphonema y Amphora. Una prueba de Wilcoxon no mostró diferencias significativas en la acumulación de biomasa entre los sustratos. Sin embargo, matrices de correlación mostraron relaciones negativas entre la velocidad de la corriente de agua y la acumulación de biomasa. Además, las variaciones en las comunidades perifíticas colectadas durante el estudio se relacionaron con cambios temporales. Se colectaron un total de 2,149 macroinvertebrados pertenecientes a 10 órdenes y 32 familias típicas de ríos tropicales. Las familias dominantes encontradas fueron Leptophlebiidae, Elmidae y Chironomidae. Los análisis de componentes principales y análisis de correspondencia mostraron que la velocidad de la corriente de agua y la profundidad del agua podrían influenciar en la composición taxonómica y funcional de las comunidades de macroinvertebrados en ambos ríos. Según el índice biológico “Biological Monitoring Working Party” (BMWP) para Puerto Rico y Cuba, ambos ríos tienen una excelente calidad de agua. Éste es el primer trabajo que describe las comunidades perifíticas en sustratos serpentinos del río Maricao y que proporciona un inventario de macroinvertebrados bentónicos del Bosque Estatal de Maricao.