The study of aquatic macrophytes in Neotropics: a scientometrical view of the main trends and gaps / O estudo de macrófitas aquáticas na região neotropical: uma visão cienciométrica dos principais padrões e lacunas

Aquatic macrophytes comprises a diverse group of organisms including angiosperms, ferns, mosses, liverworts and some macroalgae that occur in seasonally or permanently wet environments. Among other implications, aquatic macrophytes are highly productive and with an important structuring role on aquatic environments. Ecological studies involving aquatic plants substantially increased in the last years. However, a precise view of researches devoted to aquatic macrophytes in Neotropics is necessary to reach a reliable evaluation of the scientific production. In the current study, we performed a scientometrics analysis of the scientific production devoted to Neotropical macrophytes in an attempt to find the main trends and gaps of researches concerning this group. The publication devoted to macrophytes in Neotropics increased conspicuously in the last two decades. Brazil, Argentina, Mexico and Chile were the most productive among Neotropical countries. Our analyses showed that the studies dealt mostly with the influences of aquatic macrophytes on organisms and abiotic features. Studies with a predictive approach or aiming to test ecological hypothesis are scarce. In addition, researches aiming to describe unknown species are still necessary. This is essential to support conservation efforts and to subsidize further investigations testing ecological hypotheses.

Macrófitas compreendem um diverso grupo de organismos macrofíticos, incluindo angiospermas, samambaias, musgos, hepáticas e algumas macroalgas que ocorrem em ambientes sazonalmente ou permanentemente inundados. Dentre outras implicações, as macrófitas aquáticas são altamente produtivas e com um importante papel na estruturação nos ambientes aquáticos. Estudos ecológicos envolvendo plantas aquáticas cresceram substancialmente nos últimos anos. Entretanto, uma visão precisa das pesquisas sobre macrófitas na região Neotropical é necessária para uma avaliação confiável da produção científica. No presente estudo, uma análise cienciométrica sobre macrófitas Neotropicais foi realizada com o intuito de identificar os principais padrões e lacunas nas pesquisas sobre esse grupo biológico. As publicações sobre macrófitas na região Neotropical cresceu conspicuamente nas últimas duas décadas. Brasil, Argentina, México e Chile foram os mais produtivos dentre os países Neotropicais. As análises mostraram que os estudos enfocaram principalmente as influências das macrófitas nos organismos e nas características abióticas. Estudos com uma abordagem preditiva ou testando hipóteses ecológicas são escassos. Adicionalmente, pesquisas com o objetivo de descrever espécies desconhecidas ainda são necessárias. Isso é essencial para subsidiar esforços de conservação e investigações futuras testando hipóteses ecológicas.

Phytoplankton biodiversity changes in a shallow tropical reservoir during the hypertrophication process / Mudanças na biodiversidade fitoplanctônica em um reservatório tropical raso durante o processo de hipereutrofização

Study aimed at evaluating phytoplankton biodiversity changes in a shallow tropical reservoir during its hypertrophication process. Samplings were carried out monthly during 8 consecutive years (1997-2004) in 5 depths. Conspicuous limnological changes in the reservoir derived from the presence and/or removal of the water hyacinth, characterized 3 different phases. Over the time series, reservoir changed from a typical polymictic eutrophic system to hypertrophic one, leading to a reduction of approximately 70 species (average 37 percent). Chlorophyceae accounted for the highest species richness (46 percent) among all algal classes and strictly followed total species richness variation. Internal feedback mechanisms intensification over phase III clearly promoted the sharp decrease in biodiversity. Highest decreases, mainly during springs, occurred simultaneously to the highest Cyanobacteria blooms. Increased turbidity due to heavy phytoplankton blooms suppressed all other algal groups, so that at the end of the present study even Cyanobacteria species richness decreased. Total dissolved phosphorous was included in most of the best selected models used to analyze the temporal patterns in species richness loss. Present data show that biodiversity loss following trophic change was not a single dimension of a single factor but, rather, a template of factors (e.g. light, stability) co-varying in consequence of the larger levels of biomass supported in the reservoir.

Estudo avaliou as mudanças na biodiversidade da comunidade fitoplanctônica em um reservatório tropical raso durante processo de hipereutrofização. Foram realizadas amostragens mensais durante oito anos consecutivos (1997-2004) em cinco profundidades. Mudanças limnológicas conspícuas no reservatório foram a conseqüência da presença e/ou remoção do aguapé, caracterizando três fases limnológicas. Durante a série temporal, o reservatório mudou de um sistema eutrófico polimítico típico para um sistema hipereutrófico, levando à redução de aproximadamente 70 espécies (média de 37 por cento). Chlorophyceae foi a classe com a maior riqueza de espécies (46 por cento) entre todas e seguiu, intimamente, a variação da riqueza total de espécies. A intensificação dos mecanismos internos de retroalimentação durante a fase III claramente promoveram uma acentuada queda da biodiversidade. Os decréscimos mais acentuados, especialmente durante as primaveras, ocorreram simultaneamente às maiores florações de Cyanobacteria. O aumento de turbidez provocado pelas florações maciças suprimiu outros grupos de algas de forma que, no final do presente estudo, até mesmo a riqueza de Cyanobacteria decaiu. Fósforo total dissolvido foi incluído na maioria dos melhores modelos selecionados para análise dos padrões temporais da perda da biodiversidade. Os presentes dados mostram que a perda da biodiversidade durante a mudança trófica não esteve relacionada a apenas um fator, mas a um conjunto deles (exemplos: luz, estabilidade), que co-variaram em conseqüência dos elevados níveis de biomassa mantidos pelo reservatório.

Autoregressive modelling of species richness in the Brazilian Cerrado / Modelagem por auto-regressão da riqueza de espécies no Cerrado Brasileiro

Spatial autocorrelation is the lack of independence between pairs of observations at given distances within a geographical space, a phenomenon commonly found in ecological data. Taking into account spatial autocorrelation when evaluating problems in geographical ecology, including gradients in species richness, is important to describe both the spatial structure in data and to correct the bias in Type I errors of standard statistical analyses. However, to effectively solve these problems it is necessary to establish the best way to incorporate the spatial structure to be used in the models. In this paper, we applied autoregressive models based on different types of connections and distances between 181 cells covering the Cerrado region of Central Brazil to study the spatial variation in mammal and bird species richness across the biome. Spatial structure was stronger for birds than for mammals, with R² values ranging from 0.77 to 0.94 for mammals and from 0.77 to 0.97 for birds, for models based on different definitions of spatial structures. According to the Akaike Information Criterion (AIC), the best autoregressive model was obtained by using the rook connection. In general, these results furnish guidelines for future modelling of species richness patterns in relation to environmental predictors and other variables expressing human occupation in the biome.

Autocorrelação espacial é definida como a falta de independência entre pares de observações a uma dada distância geográfica e é um fenômeno muito freqüente em dados ecológicos. É importante levar em consideração os efeitos de autocorrelação espacial em ecologia geográfica, tanto para realizar uma descrição mais detalhada dos dados quanto para corrigir estimativas enviesadas do erro Tipo I das análises estatísticas convencionais. Entretanto, para resolver efetivamente esses problemas, é preciso avaliar a melhor forma de incorporar estruturas espaciais nos modelos. Neste estudo, modelos autoregressivos, baseados em diferentes tipos de conexões e distâncias entre 181 células de uma rede cobrindo a região do Cerrado brasileiro, foram ajustados para avaliar a variação espacial de riqueza de mamíferos e aves dentro do bioma. A estrutura espacial foi ligeiramente mais forte para aves do que para mamíferos, com valores de R² variando entre 0,77 e 0,94 para mamíferos e 0,77 e 0,97 para aves, em modelos baseados em diferentes formas de conexão espacial. Segundo o Critério de Informação Akaike (AIC), o modelo autoregressivo melhor ajustado foi obtido através da conexão "em torre". Em geral, esses resultados fornecem diretrizes para futuras modelagens dos padrões de riqueza de espécies que estão associados a preditores ambientais e/ou a variáveis que expressam a ocupação humana no Cerrado.

Ephemeroptera, Plecoptera and Trichoptera assemblages from riffles in mountain streams of Central Brazil: environmental factors influencing the distribution and abundance of immatures

A influência de fatores ambientais sobre a distribuição de imaturos de Ephemeroptera, Plecoptera e Trichoptera (EPT) foi investigada em riachos do Centro Oeste Brasileiro (Serra do Pireneus, Pirenópolis, Estado de Goiás). Os insetos foram amostrados lavando pedras em frente a um rede (0,5 mm de malhas) e removendo os insetos tanto das pedras quanto das redes. A amostragem foi feita durante 1 h em cinco pontos de coleta em um período de 14 meses. Temperaturas do ar e da água (°C), velocidade da água (m/s), vazão (m3/s), condutividade elétrica (µS/cm), pH, e precipitação pluviométrica (mm) também foram registradas. Em geral, podemos afirmar que a altitude, a classificação hidrológica (ordem) e a cobertura vegetal foram os fatores mais importantes na distribuição de imaturos de Ephemeroptera, Plecoptera e Trichoptera. A influência da precipitação pluviométrica sobre a variação temporal da abundância foi maior em trechos de ordem média (3ª, 4ª ordem) quando comparado aos menores riachos (primeira ordem).

Spatial synchrony of a highly endemic fish Assemblage (Segredo Reservoir, Iguaçu River, Paraná State, Brazil)

Neste estudo, os padrões de sincronia espacial de uma assembléia de peixes endêmica em um reservatório neotropical (reservatório de Segredo, rio Iguaçu, Paraná, Brasil) foram descritos. Primeiro, foi estimado o nível de sincronia (correlação entre as densidades ao longo do tempo) para 20 espécies. Segundo, a matriz de sincronia populacional foi correlacionada, utilizando o teste de Mantel, com a distância geográfica entre os locais (n = 11) e com a sincronia ambiental (temperatura da água). Nove espécies apresentaram correlações significativas entre sincronia espacial e distância geográfica (Astyanax sp. b, Astyanax sp. c, Pimelodus sp., Hoplias malabaricus, Crenicichla iguassuensis, Hypostomus derbyi, Hypostomus myersi, Rhamdia branneri e R. voulezi). Considerando a ecologia das espécies e a relação significativa entre a sincronia populacional e a sincronia ambiental, é possível inferir que estocasticidade ambiental é a hipótese mais plausível para explicar os padrões de sincronia detectados.

Priority areas for anuran conservation using biogeographical data: a comparison of greedy, rarity, and simulated annealing algorithms to define reserve networks in Cerrado

Os padrões espaciais da variação da biodiversidade em escalas regionais raramente são considerados na escolha de uma reserva (unidades de conservação), a despeito dos diversos métodos disponíveis para esse fim. Neste trabalho, usamos dados da extensão de ocorrência de 105 espécies de Anura (Amphibia) na região de Cerrado, no Brasil Central, para estabelecer um sistema regional de áreas potenciais que preserve toda a diversidade da região. Para tanto, três algoritmos de seleção de redes de reservas foram testados: "greedy", raridade e "annealing" simulado. Com base na complementação, esses algoritmos geraram redes com 10, 12 e 8 regiões, respectivamente, sendo estas amplamente distribuídas no bioma e contemplando diferentes Estados da União. Esses algoritmos buscam o menor número de regiões que representem todas as espécies pelo menos uma vez. No entanto, 67,6%, 76,2% e 69,5% das espécies foram representadas ("preservadas") em duas ou mais regiões nas três redes de reservas selecionadas pelos métodos citados. O algoritmo "annealing" simulado resultou na menor rede, no entanto, não incluiu áreas para a preservação de três espécies (sendo uma delas endêmica). Por outro lado, embora o algoritmo de "greedy" tenha resultado em menor solução, o método baseado na raridade garante que mais espécies sejam representadas mais de uma vez, o que pode ser vantajoso considerando a elevada taxa de perda de habitat no Cerrado. Embora imprecisas, as abordagens em grandes escalas espaciais podem indicar estratégias gerais para a conservação e definir esforços de conservação locais e mais efetivos. Isto é especialmente importante quando se trata de um grupo taxonômico como os anuros, com declínios populacionais acentuados registrados mundialmente.

Patterns of the aquatic macrophyte cover in Cachoeira Dourada Reservoir (GO-MG)

Neste trabalho, foi realizado um levantamento da riqueza e da composição de espécies de macrófitas aquáticas no reservatório de Cachoeira Dourada (GO-MG). Os dados obtidos foram utilizados para testar se há relação positiva e significativa entre a cobertura de macrófitas aquáticas nos segmentos superiores dos tributários (próximo às nascentes) e a cobertura de macrófitas aquáticas nos mesmos tributários, próxima ao corpo central. Foram identificados 16 taxa, pertencentes a 12 famílias. Eichhornia azurea, a espécie mais freqüente no reservatório, ocorreu em 92% dos locais visitados, enquanto E. crassipes ocorreu em 44% dos locais. Os trechos superiores dos tributários foram as principais regiões colonizadas por macrófitas aquáticas. A relação positiva entre a cobertura de macrófitas aquáticas nos segmentos superiores e inferiores dos tributários indica a importância da dispersão para a colonização dos braços e corpo central do reservatório.

Effects of temperature on decomposition of a potential nuisance species: the submerged aquatic macrophyte Egeria najas planchom (Hydrocharitaceae)

Inúmeros fatores bióticos e abióticos influenciam a decomposição de plantas aquáticas, destacando-se, entre eles, a temperatura. Apesar do grande número de estudos descrevendo os efeitos da temperatura sobre a decomposição de macrófitas aquáticas, pouca atenção tem sido dada à decomposição de espécies submersas. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o efeito da temperatura sobre a perda de peso e composição química do detrito da macrófita aquática submersa Egeria najas Planchon (Hydrocharitaceae). O material vegetal fresco foi mantido em temperaturas constantes de 17ºC e 27ºC, no escuro, em uma câmara de incubação. O modelo que melhor descreveu o processo de decomposição foi o modelo linear, com taxas de 0,014 dia-1 (R2 = 94%) e 0,045 dia-1 (R2 = 96%) obtidas às temperaturas de 17ºC e 27ºC, respectivamente. A análise de covariância (ANCOVA) indicou diferença significativa entre as taxas de decomposição nas duas temperaturas estudadas. É possível que o baixo conteúdo de compostos de resistência presentes na planta, como celulose e lignina, seja o responsável pela alta taxa de decomposição de E. najas, indicada pelo coeficiente de decomposição. As variáveis analisadas (pH, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido na água, concentração de matéria orgânica, nitrogênio total e fósforo total no detrito) demonstraram resposta acentuada a 27ºC. Provavelmente, as maiores temperaturas aumentam a atividade microbiana, aumentando, assim, o consumo de oxigênio na água e, conseqüentemente, afetando o pH e a taxa de liberação de íons e nutrientes para o ecossistema aquático. Em razão da rápida decomposição de E. najas em altas temperaturas, espera-se uma baixa taxa de exportação dessa espécie de seus estandes para regiões distantes em reservatórios tropicais, onde é considerada uma espécie potencialmente daninha.

Anurans from a local assemblage in Central Brazil: linking local processes with macroecological patterns

Variáveis macroecológicas de uma assembléia local de espécies de anfíbios anuros do Brasil Central (Silvânia, Estado de Goiás) foram relacionadas com estatísticas de dinâmica de população dessas espécies. A extensão de ocorrência (GRS), o tamanho de corpo e o centro de distribuição das espécies foram as variáveis macroecológicas investigadas para as espécies da assembléia local e para todas as outras espécies (105 no total) encontradas no bioma de Cerrado. Também foram obtidos dados de abundância para 15 espécies da assembléia local. Usando esses dados, a variabilidade populacional foi estimada pelo coeficiente de variação. A distribuição de médias, medianas, máximos, assimetrias e curtoses, para GRS e tamanho de corpo, da assembléia local foi comparada, por intermédio de modelos nulos, com os dados do conjunto de espécies do Cerrado. Os resultados indicaram clara relação macroecológica entre a GRS e o tamanho do corpo, bem como diminuição da abundância local com o aumento da distância entre os centros de distribuição das espécies e a localidade analisada. De acordo com os modelos nulos, os valores do tamanho de corpo e da GRS das espécies da assembléia local podem ser considerados uma amostra aleatória proveniente da composição regional de todo o Cerrado. Finalmente, uma análise tridimensional considerando o tamanho do corpo, a GRS, a abundância local e a variabilidade populacional indicou que espécies menos abundantes, com maior variabilidade populacional, estão próximas ao limite inferior da relação poligonal entre GRS e tamanho de corpo. Assim, os resultados macroecológicos, quando relacionados a dados obtidos em pequenas escalas espaciais, corroboraram o modelo de população mínima viável.

Is the relationship between population density and body size consistent across independent studies? A meta-analytical approach

The Energetic Equivalence Rule (EER) is a controversial issue in ecology. This rule states that the amount of energy that each species uses per unit of area is independent of its body size. Here, we perform a meta-analytical procedure to combine and compare the slopes of population density and body size relationships across independent studies of mammals and birds. We then compared a distribution of 50,000 bootstrap combined slopes with the expected slope (b = -0.75) under the EER. The combined slopes obtained for mammals and birds separately were -0.755 and -0.321, respectively. The homogeneity hypothesis (i. e. within studies the slopes differ by no more than would be expected due sampling variation) was rejected in both cases. So, EER cannot be supported since the use of an exponent of -0.75 is, in fact, an oversimplification. Significant heterogeneity of slopes within each group (mammals and birds) is an indicator of inferential problems related with variation in body size, spatial scale, the regression model adopted and phylogenetic relationships among species. So, we consider that questions regarding the estimation and validity of slopes is the next challenge of density-body size relationship studies