Algal recolonization following an extraordinary drought in permanent lowland streams

Abstract

Droughts reduce habitat and fragment the continuity of running water systems producing lasting effects on sediment biota and affecting density and biomass of algae. When droughts occur, the survival of algae and cyanobacteria of the biofilm depends on different alternatives to overcome the stress. In Pampean streams, periods of low flow causing desiccation stress in the biofilm may be linked to El Niño/Southern Oscillation phenomenon, and to water management practices (irrigation and extraction), that can reduce stream base flows for prolonged periods, reducing wetted area and dewatering the stream bed. The aim of this study was to determine the response of epipelic algae (analyzed by greater algal groups Cyanobacteria, Euglenophyta, Dinoflagellates, Green Algae, Diatoms) to desiccation as a disturbance, in streams without frequent periods of drought. First, we studied the in situ vertical distribution of epipelic algae in stream sediment during the drought period as a refuge strategy, along with the vertical distribution of sediment humidity in 10 cm sediment corers divided in 6 segments at depths 0-1 cm (uppermost layer), 1-2 cm, 2-3 cm, 3-4 cm, 4-5 cm and 5-10 cm. Secondly, we analyzed the recolonization patterns of the epipelic algal assemblage after the drought by studying the succession of autotrophic organisms, in order to better understand the role of sediments as a source of algae populations. For this, 2 cm deep corers were placed with water in microcosms and monitored during 2 weeks. Our results indicate that when the streams are affected by a severe drought, algae and cyanobacteria survive; this could be related with the moisture content of the sediment. Besides, after hydratation of the sediment, the community rapidly increased its density. Cyanobacteria were the most resistant group to desiccation and the one who had the faster reaction to hydratation.Las sequías reducen el hábitat y fragmentan la continuidad de los sistemas lóticos, produciendo efectos duraderos en la biota de los sedimentos y afectando densidad y biomasa de algas. Al producirse sequías, la supervivencia de algas y cianobacterias del biofilm depende de diferentes alternativas para superar el estrés. En los arroyos pampeanos, los periodos de interrupción o bajo caudal que estresan el biofilm pueden relacionarse con el fenómeno de El Niño/Oscilación del Sur y con la gestión del agua (e.g., riego/extracción), que reducen los caudales base, disminuyen el área húmeda y secan el lecho del arroyo. El objetivo de este estudio fue determinar la respuesta de las algas epipélicas a la desecación, analizadas por grandes grupos algales (Cianobacterias, Dinoflagelados, Algas verdes, Diatomeas) en arroyos sin períodos frecuentes de sequía. Primero, estudiamos la distribución vertical de las algas en el sedimento del arroyo como estrategia de refugio durante el período de sequía, junto con la variación de la humedad del sedimento, en corers de sedimento de 10 cm divididos en seis segmentos a las profundidades 0-1 cm (superior), 1-2 cm, 2-3 cm, 3-4 cm, 4-5 cm y 5-10 cm. Segundo, analizamos los patrones de recolonización del ensamble de algas epipélicas tras la sequía, estudiando la sucesión de organismos autótrofos para comprender el papel de los sedimentos fluviales como fuente de poblaciones de algas. Para esto, corers de sedimento de 2 cm de profundidad fueron colocados en microcosmos con agua y estudiados durante 2 semanas. Nuestros resultados indicaron que cuando una sequía severa afecta a los arroyos, algas y cianobacterias sobreviven, pudiendo relacionarse con el contenido de humedad del sedimento. Además, tras la hidratación del sedimento, la comunidad autotrófica aumentó rápidamente su densidad. Las cianobacterias fueron el grupo más resistente a la desecación y el que más rápido reaccionó a la hidratación.