Biological invasion in Rio Grande do Sul, Brazil: monitoring ceratium furcoides (levander) langhans, its drivers, and ecological interactions in a high-altitude subtropical reservoir.

Abstract

Ceratium furcoides (Levander) Langhans é uma espécie invasora de fitoplâncton para as águas doces brasileiras, associada a impactos ecológicos que afetam a qualidade da água e a comunidade aquática local. Este estudo explorou as interações entre espécies fitoplanctónicas durante a invasão de C. furcoides e os vetores (variáveis meteorológicas, físicas e químicas), contribuindo para sua dominância e florescimento numa barragem subtropical de altitude (Marrecas, Sul do Brasil). O programa de monitorização foi implementado semanalmente a mensal desde 2014 (n = 116), dependendo da densidade das cianobactérias. Testes descritivos, de hipóteses, correlações e estatística multivariada (PCA e CCA) foram utilizados para compreender os padrões de distribuição temporal (sazonal e interanual) da comunidade fitoplanctónica e as variáveis ambientais. Durante o estudo, C. furcoides (Miozoa) evitou os verões e preferiu as primaveras, exibindo em outubro de 2014 a maior densidade reportada (15.865 ind.mL-1). Apresentou uma correlação com a presença de ferro, manganês e turbidez, evidenciando a sua dependência do período de mistura que re-suspende os seus cistos do fundo, ativando-os com a luz e as altas temperaturas do “epilimnion” (camada superior da coluna de água num lago estratificado) (temperatura ótima para a espécie durante a primavera). Chroomonas, Cryptomonas (Cryptophyta), Discostella (Bacillariophyta), e depois de 2016 também Chlamydomonas (Chlorophyta) foram os únicos taxa presentes durante os picos de C. furcoides. Chroomonas, Cryptomonas e Aulacoseira (Bacillariophyta), que habitam águas turbulentas, correlacionaram-se positivamente com o invasor, enquanto as Chlorophyta (Sphaerocystis, Schroederia e Monoraphidium) e as Bacillariophyta (Urosolenia, Rhizosolenia e Discostella) preferiram o verão e o outono, Cyanobacteria (Pseudanabaena). que preferiram o inverno e o outono, Ochrophyta (Mallomonas) que evitavam a primavera e Chlamydomonas sem sazonalidade, todos apresentaram correlações negativas com o invasor. Os picos de C. furcoides foram associados a maiores níveis de oxigénio dissolvido e menor riqueza de espécies. Ao longo do tempo, C. furcoides e o resto dos picos de densidade do fitoplâncton diminuíram consideravelmente mostrando, embora não conclusivamente, evidências de coexistência estável.

Ceratium furcoides (Levander) Langhans is a phytoplankton species invasive in Brazilian freshwaters, associated with ecological impacts affecting the water quality and local aquatic community. This study explored the interactions between phytoplankton species during the invasion of C. furcoides and the drivers (meteorological, physical, and chemical variables) contributing to its dominance and blooms in a subtropical high-altitude reservoir (Marrecas, Southern Brazil). The monitoring program was implemented weekly to monthly since 2014 (n=116), depending on the cyanobacteria density. Descriptive, hypothesis tests, correlations, and multivariate statistics (PCA and CCA) were employed to understand the temporal (seasonal and interannual) distribution patterns of the phytoplankton community and the environmental variables. During the study, C. furcoides (Miozoa) avoided summers and preferred springs (southern hemisphere), displaying in October of 2014 the highest density ever reported (15,865 ind.mL-1). It showed correlation with iron, manganese, and turbidity evidencing its dependency on the mixing period which resuspends its cysts from the bottom, activating them with the light and high temperatures of the epilimnion/surface (optimal temperature for the species during spring). Chroomonas, Cryptomonas (Cryptophyta), Discostella (Bacillariophyta), and after 2016 also Chlamydomonas (Chlorophyta) were the only taxa present during C. furcoides peaks. Chroomonas, Cryptomonas, and Aulacoseira (Bacillariophyta), which inhabit turbulent waters, correlated positively with the invader while, Chlorophyta (Sphaerocystis, Schroederia, and Monoraphidium) and Bacillariophyta (Urosolenia, Rhizosolenia, and Discostella) that preferred summer and fall, Cyanobacteria (Pseudanabaena) that preferred winter and fall, Ochrophyta (Mallomonas) that avoided spring, and Chlamydomonas with no seasonality, all showed negative correlations with the invader. C. furcoides peaks were associated with higher dissolved oxygen levels and lower species richness. Throughout time, C. furcoides and the rest of the phytoplankton density peaks decreased considerably showing, although not conclusively, evidence of stable coexistence.