Meteorological drivers and ENSO influence on phytoplankton community in a southern subtropical coastal lake

Abstract

A comunidade fitoplanctônica foi estudada quanto à biomassa, estrutura, dinâmica e grupamento funcional como resposta à variação climática causada pelo El Niño Oscilação Sul (ENSO) em uma lagoa rasa subtropical. Com o intuito de investigar a influência desses eventos na estrutura e dinâmica da comunidade fitoplanctônica na Lagoa Mangueira, nossos objetivos foram: i) identificar quais os direcionadores meteorológicos da dinâmica da clorofila a; ii) identificar a influência do ENSO nos padrões de clorofila a; iii) analisar a influência do ENSO na estrutura e dinâmica do fitoplâncton; iv) verificar a composição dos grupos funcionais baseados na morfologia entre os períodos de ENSO e v) identificar os principais direcionadores dos grupos funcionais baseados na morfologia entre os períodos ENSO. O estudo contou com uma base de dados de 12 anos de monitoramento (2001 à 2013), com coletas na zona pelágica, em três pontos da lagoa (norte, centro e sul). Foram analisados parâmetros físicos, químicos e biológicos. Os resultados evidenciados reveleram que i) os direcionadores meteorológicos da clorofila a foram precipitação, temperatura do ar, radiação, direção do vento e Oceanic Niño Index (ONI); ii) a concentração de clorofila a variou entre os períodos de El Niño, La Niña e ano regular (sem evento), demonstrando maior concentração em anos de La Niña; iii) os eventos de ENSO não influenciaram a estrutura da comunidade, no que tange padrões de riqueza, diversidade, equitabilidade e dominância, no entanto, entanto foi possível identificar guildas formadas por espécies em cada período; iv) foi possível identificar a formação de sete grupos funcionais baseados na morfologia e v) os grupos funcionais baseados na morfologia apresentaram diferença significativa entre os períodos analisados, sendo que durante os eventos de El Niño foi observada biomassa significativamente maior para MBFG I (pequenos organismos com alta relação superfície/volume) associada à precipitação, maior concentração de sílica reativa solúvel e fósforo solúvel reativo, confirmando a influência da disponibilidade de nutriente neste grupo, e MBFG IV (organismos de tamanho médio sem traços especializados) associado à maior transparência, nitrogênio total e sílica reativa solúvel. No período de La Niña o MBFG VII (grandes colônias mucilaginosas) foi associado à elevada temperatura do ar e da água, nitrogênio total, condutividade e UVB. Os resultados demonstraram que os fatores associados às mudanças climáticas estão relacionados às mudanças no cenário limnológico dos lagos rasos, podendo ser observados durante os eventos de ENSO. Salientamos a importância de incluir variáveis meteorológicas em estudos limnológicos para entender o funcionamento dos ecossistemas aquáticos e suas relações com produtores primários.

The phytoplankton community was studied for biomass, structure, dynamics and functional grouping in response to climate variation caused by the El Niño Southern Oscillation (ENSO) in a subtropical shallow lake. In order to investigate the influence of these events on the structure and dynamics of the phytoplankton community in Lake Mangueira, our aim were: i) identify the meteorological drivers of chlorophyll a dynamics; ii) identify the influence of ENSO on chlorophyll a patterns; iii) analyze the influence of ENSO on the structure and dynamics of phytoplankton; iv) verify the composition of between ENSO periods and v) identify the main drivers of morphology-based functional groups between ENSO periods. The study relied on a database of 12 years of monitoring (2001 to 2013), with sampling in the pelagic zone, in three points of the lake (north, center and south). Physical, chemical and biological parameters were analyzed. The evidenced results revealed that i) the meteorological drivers of chlorophyll a were precipitation, air temperature, radiation, wind direction and Oceanic Niño Index (ONI); ii) the concentration of chlorophyll a varied between periods of El Niño, La Niña and regular year (without event), showing higher concentration in La Niña years; iii) the ENSO events did not influence the structure of the community, in terms of patterns of richness, diversity, equitability and eveness, however, it was possible to identify guilds formed by species in each period; iv) it was possible to identify the formation of seven morphology-based functional groups and v) the morphology-based functional groups showed a significant difference between the analyzed periods, and during El Niño events significantly higher biomass was observed for MBFG I (small organisms with high surface/volume ratio) associated with precipitation, higher concentration of soluble reactive silica and reactive soluble phosphorus, confirming the influence of nutrient availability in this group, and MBFG IV (medium-sized organisms without specialized traits) associated with greater transparency, total nitrogen and soluble reactive silica. In the La Niña period, MBFG VII (large mucilaginous colonies) was associated with high air and water temperature, total nitrogen, conductivity and UVB. The results showed that the factors associated with climate change are related to changes in the limnological scenario of shallow lakes, which can be observed during ENSO events. We emphasize the importance of including meteorological variables in limnological studies to understand the functioning of aquatic ecosystems and their relationships with primary producers.