El rol de las macrótas y los invertebrados para el diagnóstico y la rehabilitación de sistemas lóticos pampeanos

Abstract

Los ríos y arroyos son uno de los ecosistemas más amenazados a nivel mundial. El avance de la industrialización y de la producción agrícola, junto con el cambio del uso del suelo asociado a la urbanización se encuentran entre las principales amenazas que provocan eldeterioro la calidad ecológica en estos escosistemas. Además, los arroyos de baja pendiente como los de la ecorregión pampeana, son fuertemente modificados por obras hidráulicas, con la finalidad de mejorar el drenaje de las tierras circundantes. Estos arroyos se caracterizan por presentar, entre otros atributos, ausencia de bosqueribereño, lo cual determina una alta incidencia de radiación solar y permite el desarrollo de un diverso y abundante ensamble de macrófitas. Estas especies poseen un papel fundamental en este tipo de arroyos ya que estructuran el hábitat. Además aumentan la complejidad en el sitio, la cual está correlaciona positivamente con el número deindividuos y de taxa presentes, debido a que al aumentar la cantidad de disecciones en las hojas, aumenta el número de nichos y refugios disponibles. La implementación de medidas de rehabilitación con el objetivo de contrarrestar la degradación de la calidad ecológica de ríos y arroyos, se ha convertido en una necesidad apremiante en todo el mundo, un ejemplo de éste tipo de técnicas son los trasplantes.Sin embargo para lograr una reintroducción de macrófitas exitosa, es necesario un detallado entendimiento sobre cómo responden estas especies a las características fisicoquímicas, hidrogeomorfológicas y a distintas perturbaciones, como la herbivoría. El objetivo general de este estudio fue analizar el rol de las macrófitas en el diagnóstico y larehabilitación de ecosistemas acuáticos pampeanos. Conocer los factores que afectan la distribución de las macrófitas, su dinámica estacional, el ensamble de macroinvertebrados que presentan y sus interacciones con los herbívoros, nos permitirá analizar el rol de las mismas en la rehabilitación de los ecosistemas lóticos afectado porobras hidráulicas Los arroyos pampeanos seleccionados para realizar este trabajo fueron el arroyo Martín y el Carnaval, dos arroyos tributarios del río de La Plata. Se muestrearon en 7 sitios, 4 enel arroyo Martín y 3 en el Carnaval, durante dos años en las siguientes fechas: mayo 2014(otoño-F1), agosto 2014 (invierno-F2), noviembre 2014 (primavera-F3), marzo 2015 (verano-F4), junio 2015 (invierno-F5) y noviembre 2015 (verano-F6). Durante los cuales se tomaron datos fisicoquímicos e hidrogeomorfológicos: oxígeno disuelto, conductividad, pH, temperatura y turbidez. También se registró la velocidad de la corriente, profundidad media, ancho y caudal. Se colectaron muestras de agua y desedimento, las muestras de agua se utilizaron para determinar la concentración de nitritos, nitratos, amonio y fosfatos, demanda biquímica de oxígeno y demanda química de oxígeno. Las muestras de sedimento se utilizaron para el cálculo de la materiaorgánica y la granulometría. Para analizar el ensamble de macrófitas se realizó el relevamiento de todas las especies de macrófitas, se calculó la cobertura y se clasificarondependiendo de sus formas de vida.Para realizar los muestreos de macroinvertebrados, se seleccionaron algunas de las especies que estuvieron mejor representadas en la mayoría de los sitios durante todo el estudio. Las especies seleccionadas fueron: Ludwigia peploides (Kunth) P. H. Raven(Onagraceae) flotante, Gymnocoronis spilanthoides (Don) DC. (Asteraceae) emergente, Egeria densa Planch (Hydrocharitaceae) sumergida, Schoenoplectus californicus (C. A. Meyer) Soják (Cyperaceae) emergente, Hydrocotyle ranunculoides L. (Umbelliferae) flotante arraigada, Polygonum punctatum Elliot (Polygonacea) emergente.Para el analizar de las interacciones de las macrófitas con los herbívoros, se seleccionó a Pomacea canaliculata (Lamark) para realizar ensayos de consumo y la preferencia contres de las especies de macrófitas mencionadas anteriormente (L. peploides, G. spilanthoides y E. densa). Además se colectaron muestras de estas especies para determinar el contenido de materia seca, cenizas y la concentración de nitrógeno, de fósforo, de carbono y defenoles.Además se realizó un trasplante de tres especies de macrófitas (L. peploides, G. spilanthoides y E. densa), en el un tramo del arroyo Martín que había sido dragado, rectificado y ensanchado. Se monitoreó el crecimiento de los ejemplares trasplantados yel incremento en la cobertura del manchón, se tomaron muestras para analizar el biofilm epifítico y para cuantificar las puestas y los ejemplares de P. canaliculata en los manchones trasplantados a lo largo del experimento. Las variables fisicoquímicas analizadas permitieron caracterizar los mismos como típicos arroyos de la llanura pampeana. A partir del resultado del RDA los sitios se separaron en tres grupos. Un grupo estuvo compuesto por los sitios que presentaron una mayorconcentración de NH4 que corresponden al tramo medio del arroyo Martín. Otro grupo estuvo compuesto por las cabeceras, que se caracterizaron por una alta concentración de fósforo. Mientras que el último grupo estuvo compuesto por el tramo medio del arroyo Carnaval caracterizados por una baja concentración de PO4 y alto porcentaje de materia orgánica (MO).Se registraron un total 13 especies de macrófitas, las especies con el porcentaje de cobertura mayor fueron: Hydrocotyle ranunculoides (24,3±23,0), Tipha latifolia (18,2±5,9), L. peploides (LUD) (16,8±11,8), Polygonum punctatum (8,3±20,0), G. spilanthoides (GYM) (6,8±5,6), Senecio bonariensis (6,2±12,00), Nasturtium officinale(9,8±9,4) y S. californicus (3,9±4,2). En el caso de GYM y LUD, fueron las dos especies que se registraron en la mayoría de los sitios de estudio. Estas especies, además estuvieron bien representadas durante todo el muestreo. Debido a su elevada frecuencia y cobertura en los arroyos estudiados, podrían ser buenas candidatas para su utilización enproyectos de rehabilitación. A partir del mismo análisis de RDA se graficó un biplot entre las especies de macrófitasen función de las variables fisicoquímicas que resultaron significativas. Las especies que estuvieron mejor representadas en los sitios con altos niveles de NH4 fueron N. officinale, E. densa (EGE) y H. ranunculoides (HYD) Mientas que Eleocharis montana y P.punctatum fueron abundantes en los sitios C1 y C2, los cuales se caracterizaron por presentar altas concentraciones de PO4. En el caso de GYM, estuvo asociada a concentraciones altas de materia orgánica.En cuanto al análisis del ensamble de macroinvertebrados presentes en las distintas especies, los MLM realizados para el índice de Shannon-Wiener, riqueza, densidad y equitatividad indicaron que existen diferencias significativas entre las especies de macrófitas. En relación a los grupos funcionales alimentarios registrados en las distintasespecies de macrófitas los resultados fueron similares, todas las especies presentaron diferentes proporciones, siendo los ?colectores-recolectores? el grupo mejor representado durante todo el estudio. Un análisis global del ensamble de macroinvertebrados presente en las macrófitas estudiadas, dio como resultado que losensambles difieren significativamente entre ellas. LUD y GYM presentaron ensambles similares entre sí, al igual que EGE, HYD y POL. Por último, el ensamble de macroinvertebrados presente en SCH mostró diferencias significativas con todos los otros ensambles analizados.Los ensayos para evaluar la tasa de consumo relativo (RCR) de P. canaliculata por LUD, GYM y EGE indicaron que caracol presenta una RCR menor por EGE, en comparación con las otras dos especies. En cuanto a la preferencia, no se encontraron diferencias. Además, la RCR sólo se pudo relacionar con el contenido de materia seca en los tejidos de lasmacrófitas. En relación al trasplante de macrófitas realizado en un tramo del arroyo Martín, se observó que sólo LUD se estableció y creció luego del trasplante. Por otro lado, el análisisdel biofilm epifítico desarrollado en LUD y en GYM antes del trasplante (en SND) no mostró diferencias significativas en la densidad total ni en la proporción de grupos algales. Similares resultados fueron observados para la densidad y la proporción de grupos algales en el SD en las fechas analizadas. La cuantificación de individuos y puestas de P. canaliculata, en los manchones trasplantados dio como resultado que la abundancia de caracoles en EGE y en GYM no fue significativamente diferente durante el experimento y que estas abundancia fueronsignificativamente superiores a la registrada en LUD. Por otro lado, GYM presentó significativamente más puestas que LUD.Ludwigia peploides (LUD) fue la especie que presentó un consumo intermedio, resistió el trasplante y pudo establecerse y crecer en las condiciones del nuevo sitio. Además, esta especie presentó el menor número de individuos y puestas de P. canaliculata en losmanchones trasplantados. Este uso diferencial podría ser reflejo de una menor preferencia. Por otro lado GYM fue la especie más consumida y presentó el mayor número de puestas y de ejemplares de P. canaliculata. El uso selectivo de los manchones, junto con el consumo y las nuevas condiciones del sitio, probablemente causaron que esta especie, a pesar de haberse establecido con éxito en el sitio dragado, noincrementara su cobertura. Por estas razones y a pesar de ser una especie abundante en los arroyos pampeanos, con una elevada tasa de crecimiento relativo, no es recomendable su utilización en trasplantes. En el caso de EGE, fue la especie menos consumida durante los experimentos en el laboratorio, lo que podría indicar una ventajaen el nuevo sitio. Sin embargo no resistió el trasplante, probablemente debido a fluctuaciones en el nivel del agua. Cabe destacar que a pesar de los diversos beneficios que aportan las macrófitas sumergidas a los arroyos de baja pendiente, no se recomienda el uso de EGE en la rehabilitación de este tipo de arroyos debido a las frecuentesfluctuaciones hidrológicas que presentan.La información de las asociaciones de macrófitas recopilada durante este trabajo fue de mucho valor para conocer la dinámica de este ensamble y contribuir al conocimiento de las variables ambientales que determinan la distribución y abundancia de estas especies.De manera que resaltamos la importancia de realizar este tipo de estudios en zonas donde se planifica la aplicación de técnicas de rehabilitación que impliquen la utilización de la vegetación acuática. Además, el estudio de los herbívoros presentes y conocer susinteracciones con la vegetación acuática es de suma importancia para aumentar las probabilidades de éxito o, en caso de ser necesario tomar medidas para evitar el consumo de las plantas trasplantadas. Este trabajo contribuyó con el desarrollo de esta técnica enarroyos de baja pendiente, con el objetivo de generar herramientas adecuadas para el manejo de arroyos pampeanos.

Rivers and streams are among the most threatened ecosystems worldwide. The increase in industralization and agricultural production, along with changes in land use associated to urbanization, are among the main threats that lead to detriments in the ecological quality of these ecosystems. Besides, lowland streams such as the ones in the Pampean ecoregion, are modified by river engineering works to better drain their surrounding lands. These streams are characterized, among other attributes, by their low or absent riverine vegetation, which allows a high incidence of solar radiation allowing a diverse and abundant macrophyte assemblage to develop. These macrophytes have a fundamental role in habitat structuring for macroinvertebrates. They also increase the site’s complexity, which is positively correlated to the amount of taxa and individuals present, since the increase of leaf sections increases the number of available shelters for invertebrates. Rehabilitation efforts have the main goal to counteract the ecological degradation of rivers and streams, and has become an urgent necessity throughout the world; an example of these techniques is the transplanting of macrophyte. This technique involves the reintroduction (transplanting) of macrophytes from nearby streams to reaches that had been altered by river engineering works, such as dredging. To achieve a successful macrophyte reintroduction in an environment, a detailed understanding is needed of how these plant species respond to the physical-chemical and hydrogeomorphological characteristics, along with their interaction with hervibores. The main objective of this thesis was to analyze the role of macrophytes in the assessment and rehabilitation of Pampean streams. The study of the factors that affect macrophyte distribution, seasonal variation, macroinvertebrate and their interaction with herbivores, will allow a more detailed understanding of their role in ecosystem rehabilitation after hydrological engineering works have been conducted in streams. The Pampean streams selected for this thesis were the Martín and Carnaval Streams, both tributaries to the Río de la Plata estuary. Seven sites were sampled (4 in the Martín stream and 4 in the Carnaval Stream) for two years in the following dates: May 2004 (fall-F1), August 2014 (winter-F2), November 2014 (spring-F3), March 2015 (summer-F4), June 2015 (winter-F5) and November 2015 (spring-F6). At each date, the following physicalchemical and hydrogeomorfological parameters were measured: dissolved oxygen, conductivity, pH, temperature, turbidity, water velocity, mean depth width and flow. Also water and sediment samples were collected; the former were analyzed for nitrites, nitrates, ammonium, phosphate, biochemical oxygen demand (BOD5) and chemical oxygen demand (COD). Sediment samples were analyzed for organic matter content and granulometry. The macrophyte assemblage was analyzed by calculating specific coverage and life form classification. To sample the macroinvertebrates present in the aquatic vegetation, those species that were frequently found in most sites throughout the entire study were selected: Ludwigia peploides (Kunth) P. H. Raven (Onagraceae, free floating; LUD), Gymnocoronis spilanthoides (Don) DC. (Asteraceae, emergent; GYM), Egeria densa Planch (Hydrocharitaceae, submerged; EGE), Schoenoplectus californicus (C. A. Meyer) Soják (Cyperaceae, emergent; SCH), Hydrocotyle ranunculoides L. (Umbelliferae, floatingleaved; HYD), Polygonum punctatum Elliot (Polygonacea, emergent; POL). To analyze the interactions between macrophytes and hervibores, the snail Pomacea canaliculata (Lamark) was selected to conduct consumption and trophic preference studies using three of the aforementioned plants (LUD, GYM and EGE). Samples of these species were also collected to determine their content of dry matter and ashes, and their concentration of phosphorous, nitrogen, carbon and phenols. Besides, a transplanting experiment of three species of macrophytes (LUD, GYM and EGE) was conducted. Two sampling sites were established for experimental purposes, one was located upstream where macrophytes were collected (SND); this site had not been affected by the river engineering work. The other site, which was downstream (SD), had been recently dredged, rectified, widened, and the aquatic plants removed. The growth and coverage of the transplanted macrophytes was measured, along Pomacea canaliculata individuals and egg masses throughout the experiment. Also, epiphytic biofilm samples were collected from the macrophytes. The physical-chemical variables analyzed showed that the stream reaches are representative of the typical Pampean streams. From the RDA analysis conducted, sites were separated in three groups: a) a first group, composed by the middle reach of the Martín Stream, with a higher ammonium concentration; b) a second group, composed by the streams sources, with a naturally high phosphorous concentration, and; c) a third group consisting of the middle reach of the Carnaval Stream, with a low phosphorous concentration and high organic matter content. A total of 13 macrophyte species were recorded, being the ones with greater coverage: Hydrocotyle ranuncloides (24.3±23.0), Tipha latifolia (18.2±5.9), L. peploides (16.8±11.8), Polygonum punctatum (8.3±20.0), G. spilanthoides (6.8±5.6), Senecio bonariensis (6.2±12.0), Nasturtium officinale (9.8±9.4) y S. californicus (3.9±4.2). Both GYM and LUD were registered in most study sites, and were well represented in all sampling dates. Due to their high frequency and coverage in the studied streams, they might represent a suitable alternative in rehabilitation projects. Also, an RDA biplot analysis of the macrophyte species and the significant physicalchemical variables was performed. The species that were better represented in the sites with high ammonium concentrations were N. officinale, E. densa and H. ranunculoides, while Eleocharis montana and P. punctatum were abundant in sites C1 and C2, that were defined by their high phosphorous concentrations. Regarding GYM, the species was associated with high concentrations of organic matter. Regarding the macroinvertebrate analysis present in the different macrophyte species, the mixed lineal models analyses using the Shannon-Wiener index, species richness, density and evenness indicated that there were significant differences associated to the macrophyte species. As for functional feeding groups present in the different macrophyte species, the results were similar: despite the different proportion of species, the collector-gatherers were the most represented group through the study. A global analysis of the macroinvertebrate assemblage present in the macrophytes showed that LUD and GYM presented similar associations, and so did EGE, HYD and POL, while the assemblage present in SCH was significantly different from all the others. Consumption analyses were conducted to assess the relative consumption rate (RCR) of Pomacea canaliculata of LUD, GYM and EGE, and showed that the snail has a lower RCR in EGE when compared to the other two macrophyte species. As for preference, no significant differences were found, and the RCR was only related to the dry organic matter content in the macrophyte’s tissues.