Effect of temperature and presence of a dominant shredder (Allogamus laureatus) in the variability patterns of macroinvertebrate assemblages associated with decomposing leaf litter

Abstract

Vários modelos climáticos prevêem, durante este século, um aumento da temperatura média do ar até 4,7ºC, a temperatura da água irá acompanhar esta subida. As consequências do aumento de temperatura na composição das comunidades e interacções biológicas estabelecidas dentro delas, ainda são pouco conhecidas nos ecossistemas lóticos. Neste estudo foi avaliado o efeito, individual e em conjunto, do aumento de temperatura e da presença de um detritívoro dominante (Allogamus laureatus) na decomposição de folhas de carvalho, e nas comunidades de detritívoros associados à folhada. Para tal, um pequeno ribeiro foi dividido longitudinalmente em duas secções; numa das secções a água foi mantida á temperatura ambiente (12,4ºC, média), na outra secção a água foi aquecida cerca de 3ºC acima da temperatura ambiente. Os sacos de carvalho foram incubados durante a primavera de 2011 em ambos os lados do ribeiro, metade dos sacos continham uma larva de A. laureatus. Os sacos de folhada foram removidos do rio a cada duas semanas durante seis semanas, para posterior determinação da massa final da folhada de carvalho e identificação dos detritívoros. Verificou-se que a presença do A. laureatus estimulou a decomposição das folhas de carvalho e o aparecimento de outros detritívoros à temperatura ambiente. O aumento da temperatura, na presença do A. laureatus, causou uma diminuição na taxa de decomposição da folhada e a relação positiva entre A. laureatus e os outros detritívoros desapareceu. O padrão natural de variabilidade da comunidade de detritívoros não diferiu entre tratamentos, contudo a riqueza específica dos macroinvertebrados que colonizaram as folhas foi significativamente superior à temperatura elevada. Estes resultados sugerem que o A. laureatus desempenha uma função importante nos ecossistemas lóticos, quer pelas suas elevadas taxas de consumo quer através mecanismos de facilitação para com outros invertebrados. O aumento da temperatura causou uma inibição da actividade do A. laureatus alterando substancialmente a força da interacção entre ele e outros detritívoros, consequentemente limitando a taxa de decomposição foliar. Apesar de não terem sido encontradas diferenças significativas no padrão natural de variabilidade dos detritívoros, parece que o aumento de temperatura aumenta a variabilidade em termos da composição da comunidade e que a presença do A. laureatus tende a aumentar a variabilidade agregada. Este estudo mostra que os efeitos do aquecimento global no funcionamento dos ecossistemas são complexos pois este é moderado por factores bióticos. Entender a susceptibilidade de interacções biológicas ao aumento da temperatura da água pode fornecer pistas importantes e melhorar previsões sobre as alterações nos ecossistemas lóticos sob o cenário do aquecimento global, podem ainda constituir uma importante ferramenta em procedimentos de remediação.

Climate models predict an increase in mean global air temperature up to 4.7ºC during this century and water temperature should follow this increase. The consequences of this temperature increase on communities’ composition and biotic interactions establish within them are mostly unknown for stream ecosystems. In this study I assessed the individual and combined effects of rising temperature and presence of a dominant detritivore (Allogamus laureatus) on the decomposition of submerged oak litter and associated shredder communities. For this, a headwater stream was divided longitudinally into two sides; one side was kept at ambient temperature (12.4ºC, mean) while the other side was warmed ~3ºC above ambient temperature. Oak litter bags were incubated in spring 2011 on both stream sides, with half of bags having one A. laureatus larvae. Replicate litter bags were collected every two weeks over six weeks for determination of oak litter remaining mass and detritivores identity. The presence of A. laureatus stimulated decomposition of oak litter and the appearance of other shredders at ambient stream side. Temperature increase, in the presence of A. laureatus, caused a decrease on decomposition rate and the positive relationship of A. laureatus and the other shredders disappeared. The natural variability patterns of shredder communities did not differ among treatments, but the total macroinvertebrate richness was significant higher at elevated temperature. These results suggest that A. laureatus play an important role on stream ecosystems either by high consumption rates or through facilitation mechanisms for other shredders. The temperature increase caused an inhibition of A. laureatus activity thus cause a substantial change on strength of interactions between him and other shredders, limiting leaf litter decomposition. In spite no significant differences on variability patterns it seems that rising temperature, increases compositional variability and the presence of A. laureatus increases aggregate variability. This study highlights that the effects of global warming on ecosystem functioning are complex as they are moderated by biotic factors. Understanding the susceptibility of biological interactions to increased water temperature may give important clues to make better predictions on stream ecosystems changes under global warming scenarios and may constitute an important tool for remediation procedures.