Effects of light intensity on leaf litter quality for the shredder Sericostoma vittatum

Abstract

Os ribeiros florestados são altamente heterotróficos dependendo da matéria orgânica de origem terrestre para suportar as cadeias alimentares aquáticas. A cobertura ripícola, além de fornecer grande parte dessa matéria orgânica, determina o grau de insolação dos cursos de água reduzindo a quantidade de radiação solar que chega à superfície da água e criando uma distribuição desigual de zonas de luz (L) e de sombra (S). Ao longo da decomposição foliar, desenvolve-se um biofilme (camada composta maioritariamente por fungos, bactérias e algas embebidas numa matriz mucilaginosa) na superfície das folhas que vai enriquecer a matéria orgânica para os invertebrados. A luz pode afectar o desenvolvimento e a proporção dos componentes autotróficos presentes nesse biofilme (perifíton) condicionando a qualidade do alimento para os trituradores. O principal objectivo deste estudo foi avaliar in situ os efeitos da intensidade da luz (L 35.653 μmol m-2 s-1 vs. S 0.281 μmol m-2 s-1) na alimentação e performance do triturador endémico Sericostoma vittatum, através de alterações na qualidade da folhada. Adicionalmente, foi realizada uma experiência em microcosmos para testar a discriminação de folhas condicionadas à L ou S pelos invertebrados (mantidos num fotoperíodo de 12h luz : 12 escuro ou continuamente em condições de sombra). A folhada de carvalho (Quercus robur), condicionada durante três semanas nas condições de L e S, foi avaliada em termos de perda de massa e qualidade foliar: C, N, P, lenhina, dureza, biomassa fúngica, concentração de clorofila-a no biofilme assim como a sua biomassa. Estas folhas foram fornecidas semanalmente a oito grupos de 10 larvas cada, mantidos em jaulas de malha de 0.5 mm, nas zonas correspondentes de luz ou sombra do curso de água. O consumo e massa dos invertebrados foram avaliados a cada semana, ao longo de um mês. A biomassa do biofilme e a qualidade (conteúdo em algas) assim como as características físico-químicas da folhada (N, P e dureza) foram significativamente diferentes entre as folhas condicionadas no ambiente de L ou S; no entanto, a decomposição foliar não foi afectada pela intensidade da luz. As folhas expostas ao sol indicaram maior qualidade, foram preferidas pelos trituradores e permitiram uma sobrevivência mais alta. O consumo de folhas de S foi maior indicando um mecanismo de alimentação compensatório, dado que não houve diferenças nas taxas de crescimento relativo das larvas. De acordo com os resultados, os padrões de luz num curso de água podem afectar o comportamento de forrageamento e a aptidão dos trituradores através de alterações na qualidade do biofilme da folhada. Cursos de água com coberturas vegetais distintas (em qualidade e quantidade) ou zonas diferencialmente ensolaradas poderão apresentar taxas de reciclagem de nutrientes diferentes; a quantidade de luz parece afectar a qualidade foliar (através da qualidade do seu biofilme) e o seu processamento pelos trituradores. Os resultados demonstraram a importância e alguns dos efeitos da luz nos ecossistemas ribeirinhos. A gestão das áreas ripícolas deve considerar a disponibilidade de luz para o curso de água, visto que, alterações na cobertura vegetal poderão ter consequências ténues, mas significativas na dinâmica dos detritos em ribeiros.

Forested streams are highly heterotrophic relying on organic matter from terrestrial origin to support the aquatic food webs. Riparian canopy, besides providing most of this organic matter, determine the insolation degree of the stream channel, reducing the amount of solar radiation that reaches the water surface and creating a patchy distribution of unshaded (U) and shaded (S) areas. In the course of leaves decomposition, a biofilm (a layer mainly composed of fungi, bacteria and algae embedded in a mucilaginous matrix) develops in leaf’s surface enriching the organic matter to invertebrates. Sunlight may affect the development and autotroph proportion present in that biofilm determining food quality for shredders. The main objective of this study was to evaluate in situ the effects of light intensity (U 35.653 μmol m-2 s-1 vs. S 0.281 μmol m-2 s-1) on the endemic shredder Sericostoma vittatum feeding and performance through changes in leaf litter quality. Additionally, a microcosm experiment was conducted to test the selectivity of these invertebrates (kept under a 12h light : 12h dark photoperiod or continuous dark conditions) for unshaded or shaded conditioned leaves. Oak (Quercus robur) leaf litter conditioned for three weeks under U and S conditions were assessed in terms of mass loss and litter quality: C, N, P, lignin, toughness, fungal biomass, chlorophyll-a concentration in the biofilm and its biomass. These leaves were weekly provided to eight groups of 10 larvae, kept in 0.5 mm mesh cages, in correspondent unshaded or shaded areas of the watercourse. Consumption and invertebrates mass were evaluated each week for one month. Biofilm biomass and quality (algae content) and leaf litter physic-chemical characteristics (N, P and toughness) significantly differed between leaves conditioned in U and S environment, although leaves decomposition was not affected by light intensity. Leaves conditioned in U area indicated higher quality food, were further preferred by shredders and allowed greater survival. Consumption was higher in S leaves indicating a compensatory feeding as no differences were found in relative growth rate of the larvae. According to the results, light patterns in the stream channel may affect shredder foraging behaviour and fitness through changes in the quality of the leaf litter biofilm. Streams with distinct canopy cover (in quality and quantity) or areas differentially illuminated may have different nutrient recycling rates; the amount of sunlight seems to affect leaf litter quality (through quality of its biofilm) and processing by shredders. Results showed evidence of the importance and some effects of sunlight in stream ecosystem. Riparian areas management should take in to account the light availability to the streambed since changes in canopy cover may have subtle but, significant consequences on detritus dynamics in streams.