Aquatic macroinvertebrate persistence in intermittent streams

Mgr. Bc. Barbora Loskotová, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Vysychavé (intermitentní) toky jsou převažující složkou celosvětové říční sítě, ve které vysychání představuje environmentální disturbanci utvářející společenstva osidlující tok. V aridních, semi-aridních a mediteránních oblastech se vysychavé toky vyskytují přirozeně a hostí organismy dlouhodobě evolučně adaptované na podmínky těchto dynamických ekosystémů. Ve vlhčích oblastech, jakými jsou kontinentální oblasti temperátního klimatu, se vysychavé toky hojně objevují až recentně, avšak s předpokládaným prudkým nárůstem výskytu souvisejícím především s postupující klimatickou změnou a vzrůstajícími nároky na vodu v posledních desetiletích. U temperátní, k vysychání neadaptované bioty, zejména pak u makrozoobentosu, lze tak očekávat odlišnou odpověď na nově působící disturbanci vysycháním. Perzistence makrozoobentosu v opakovaně disturbovaných ekosystémech, jakými jsou vysychavé toky, je umožněna díky resistenci a resilienci taxonů vedoucí k celkové obnově společenstva do stavu před disturbancí. Tyto strategie jsou podpořeny specifickými vlastnostmi druhů (species traits), které v sobě odrážejí biologické a ekologické adaptace na podmínky prostředí a charakterizují tak funkční složení společenstva. Tato disertační práce zahrnuje čtyři publikace zabývající se perzistencí makrozoobentosu ve vysychavých tocích kontinentálního klimatu temperátní zóny s důrazem na odpověď společenstva makrozoobentosu na vzájemné působení faktorů vysychání a obohacení živinami. V těchto klimatických podmínkách byly zjištěny klíčové abiotické faktory pro resistenci makrozoobentosu přímo ve vysychajícím korytě toku, a to zachování vlhkosti, doba trvání suché periody, propojenost a propustnost intersticií, a s nimi spojené specifické vlastnosti druhů jako je malé či tenké tělo, pružnost, aktivní pohyb, hrabání či vnější tělní ochrana. Semenná banka makrozoobentosu (seedbank) s resistentními stádii in situ představuje zásadní příspěvek pro obnovu společenstva, především v počátečních fázích po znovu zaplavení toku, kdy tvoří významný zdroj pro rekolonizaci. Kromě toho zde v semenné bance převažují aktivní formy nad dormantními stádii. V této práci bylo dále zjištěno, že i přes negativní vliv vysychání a obohacení živinami na makrozoobentos může při vzájemném působení těchto stresorů vysychání částečně zmírnit efekt živinového obohacení, které se tak jeví jako dominantnější stresor v říčních sítích kontinentálního klimatu temperátní zóny.

Abstract:

Intermittent streams are globally dominant lotic freshwater bodies, in which stream drying acts as an environmental disturbance shaping instream biotic communities. In arid, semi-arid and Mediterranean regions are intermittent streams naturally present with instream organisms long-term evolutionary adapted to these dynamic ecosystems. Whereas in more humid climates, such as temperate continental regions, these streams are quite new, but predicted to be a rapidly spreading phenomenon due to progressing climate change and increasing water demands during the last decades. Temperate biota unadapted to desiccation, particularly aquatic macroinvertebrates, is thus expected to reveal a different response to such novel intermittency. Macroinvertebrate persistence in repeatedly disturbed ecosystems, as are intermittent streams, is achieved through taxa resistance and resilience strategies, which promote community recovery to pre-disturbed state. These strategies are enhanced by specific species traits reflecting biological and ecological adaptations to environmental conditions characterising functional community composition. This thesis includes four publications focusing on aquatic macroinvertebrate persistence in intermittent streams in temperate continental climate with an emphasis on macroinvertebrate community response to multiple stressor interaction of stream drying and nutrient enrichment. Under these climatic conditions, key environmental factors determining taxa resistance in drying streambed were identified: moisture retention, dry period duration, interstitial connection and permeability, the same as specific species traits facilitating in situ resistance, such as small or thin body size, body flexibility, active locomotion, burrowing abilities or armouring. The macroinvertebrate seedbank (resistant stages in situ) was recognized as a crucial contributor to stream community recovery, especially in the initial phases after flow resumption where constitutes the major source of recolonization. Moreover, the seedbank here is more likely composed of active forms than of dormant life stages. Furthermore, this thesis revealed that despite the negative effect of stream drying and nutrient enrichment on aquatic macroinvertebrates, in interaction, the effect of nutrient enrichment could be partly mitigated by drying, indicating nutrient enrichment a more dominant stressor in stream networks of temperate continental climate.

Keywords

Vysychavé toky, Makrozoobentos, Perzistence, Resistence, Resilience, Semenná banka, Vlastnosti druhů, Obohacení živinami, Intermittent Streams, Aquatic Macroinvertebrates, Persistence, Resistance, Seedbank, Species Traits, Nutrient Enrichment

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 2. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 28. 4. 2022
• Supervisor: RNDr. Petr Pařil, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Martin Rulík, Ph.D., dr hab. Małgorzata Poznańska-Kakareko, prof. UMK

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Ecological and Evolutionary Biology / Hydrobiology