Water flow and temperature as main factors that regulate phytoplankton and cyanobacterial blooms in a large subtropical river
DOI:
https://doi.org/10.26461/20.07Keywords:
harmful algal blooms, large rivers, Río de la Plata, diversityAbstract
Seasonal variations and interannual changes (2006-2019) of the phytoplankton community, related to variations in water quality and river discharge, in the lower part of the Uruguay River in South America are presented. In total, 422 microalgae and cyanobacterial taxa were identified. Cryptophytes, cyanobacteria, and diatoms were the most important groups. Although nanoflagellates and cryptophytes were always present in plankton, statistical differences were found in seasonal assemblages of phytoplankton. According to the similarity analysis (SIMPER), the typical species for each season were identified: Aulacoseira spp. in winter, Dolichospermum uruguayense, Durinskia baltica and Ankistrodesmus arcuatus in spring, Microcystis aeruginosa, M. wesenbergii, Dolichospermum uruguayense and D. circinale in summer and Ceratium cf. furcoides, A. arcuatus, Raphidiopsis and Jaaginema sp. in autumn. Under lentic river conditions (<2000 m3 s-1) and above 22ºC, high biomass was recorded due to the blooms of Microcystis and Dolichospermum. In 2010, M. panniformis reached 10.4 µg l-1 microcystin-LR. Raphidiopsis mediterranea and R. raciborskii began to be registered in Spring (2009 and 2014 respectively) reaching 1041 cell ml-1 in Spring 2017. This paper shows that flow, transparency and temperature are the main factors that regulate phytoplankton biomass and cyanobacterial blooms in the Uruguay River. In the summer, when the Uruguay River is in low flow conditions, cyanobacteria remain in the river. When flow increases, cyanobacteria are transported downstream and could reach the estuary of the Rio de la Plata, impacting its beaches.
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References
Basu, B. and Pick, F.R., 1995. Longitudinal and seasonal development of planktonio chlorophyll a in the Rideau River, Ontario. In: Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 52(4), pp.804–815. DOI:10.1139/f95-080
Battarbee, R. W., 1986. Diatom analysis. In: Berglund, B.E. And Ralska‐Jasiewiczowa M., eds. Handbook of Holocene palaeoecology and palaeohydrology. Chichester: Wiley, pp. 527–570.
Berón, L.E., 1990. Features of the limnological behavior of Salto Grande’s reservoir Argentina-Uruguay. In: Ecological Modelling, 52, pp.87–102.
Bonetto, C.A., Zalocar De Domitrovic, Y. and Vallejos, E.R., 1983. Fitoplancton y producción primaria del río Alto Paraná Argentina. In: Physis, 41(101), pp.81–93.
Bonilla, S., Haakonsson, S., Somma, A., Gravier, A., Britos, A., Vidal, L., De León, L., Brena, B., Pírez, M., Piccini, C., Martínez de la Escalera, G., Chalar, G., González-Piana, M., Martigani, F. and Aubriot, L., 2015. Cianobacterias y cianotoxinas en ecosistemas límnicos de Uruguay. En: Innotec, 10, pp. 9-22.
Bonilla, S., 1997. Composición y abundancia fitoplanctónica de tres embalses en cadena sobre el Río Negro, Uruguay. In: Iheringia, Ser. Bot, 49, pp.47–61.
Box, J.D., 1981. Enumeration of cell concentrations in suspensions of colonial freshwater microalgae, with particular reference to Microcystis aeruginosa. In: British Phycological Journal, 16(2), pp.153–164.
CARU, [s.d.]. Archivo de Plan de concientización sobre floraciones algales [On line]. Paysandú, Colón: CARU. [Accessed: May 21, 2020]. Available at: http://www.caru.org.uy/web/category/plan-de-concientizacion-sobre-floraciones-algales/
Clarke, K. and Gorley, R. 2006. Primer v6, user manual/tutorial, plymouth routine in multivariate ecological research. Auckland: Primer-e.
Clarke, K.R. and Warwick, R.M., 2001. Change in marine communities: an approach to statistical analysis and interpretation. 2nd ed. [s.l.]: Primer-E Ltd.
Clarke, K.R., 1993. Non‐parametric multivariate analyses of changes in community structure. In: Australian Journal of Ecology, 18(1), pp.117–143. https://doi.org/10.1111/j.1442-9993.1993.tb00438.x
Cloern, J.E., Foster, S.Q. and Kleckner, A.E., 2014. Phytoplankton primary production in the world’s estuarine-coastal ecosystems. In: Biogeosciences, 11, pp.2477-2501. doi:10.5194/bg-11-2477-2014
Colombo, J.C., Carlos, N., Skorupka, C., Bilos, L., Tatone, N., Cappelletti, M., Migoya, C., Astoviza, M. and Speranza, E., 2015. Seasonal and inter-annual variability of water quality in the Uruguay River, Argentina. In: Hydrological Sciences Journal, 60(6), pp.1155-1163. DOI: 10.1080/02626667.2014.905690
Conde, D. Pintos, W., Gorga, J., De Leon, R., Chalar, G. and Sommaruga, R., 1996. The main factors inducing chemical spatial heterogeneity in the Salto Grande, a reservoir on the Uruguay River. In: Large Rivers, 10 (1–4), pp.571–578.
Chalar, G., 2009. The use of phytoplankton patterns of diversity for algal bloom management. In: Limnologica, 39(3), pp.200–208. https://doi.org/10.1016/j.limno.2008.04.001
Chalar, G., 2006. Dinámica de la eutrofización a diferentes escalas temporales: embalse Salto Grande Argentina-Uruguay. In: Tundisi, J.G., Matsumura-Tundisi, T. and Sidagis, C., eds. Eutrophication in South America: causes, consequences and technologies for management and control. São Carlos: International Institute of Ecology, pp.87–101.
Chalar, G., De Leon, L., Brugnoli, E., Clemente, J., and Paradiso, M., 2002. Antecedentes y nuevos aportes al conocimiento de la estructura y dinámica del Embalse Salto Grande. In: Fernández Cirelli, A. and Chalar, G. eds. El agua en Iberoamérica : de la limnología a la gestión en Sudamérica. Buenos Aires: CYTED, pp.123–142.
Chalar, G., García-Pesenti, P., Silva-Pablo, M., Perdomo, C., Olivero, V. and Arocena, R., 2017. Weighting the impacts to stream water quality in small basins devoted to forage crops, dairy and beef cow production. In: Limnologica, Ecology and Management of Inland Waters, 65, pp.76-84.
De Cabo, L., Arreghini, S., Olguín, H.F., Seoane, R. and Obertello, I., 2003. Physicochemical variables and plankton from the Lower Delta of the Paraná River Argentina. in relation to flow. In: Hydrological Processes, 17(7), pp.1279–1290.
de Díaz, E.N.L., 1961. Algas de aguas continentales de la Argentina: Fitoplancton de Ibicuy Entre Ríos. In: Darwiniana, 122, pp.191–202.
De León, L. and Chalar, G., 2003. Abundancia y diversidad del fitoplancton en el Embalse de Salto Grande Argentina-Uruguay. Ciclo estacional y distribución espacial. In: Limnetica, 22(1), pp.103–113.
Descy, J.P., Leitão, M., Everbecq, E. and Deliège, J.F., 2012. Phytoplankton of the River Loire, France: a biodiversity and modelling study. In: Journal of Plankton Research, 34(2), pp.120–135.
Desortová, B. and Punčochář, P., 2011. Variability of phytoplankton biomass in a lowland river: response to climate conditions. In: Limnologica, 41(3), pp.160-166.
Di Persia, D.H., Neiff, J.J. and Olazarri, J., 1986. The Uruguay river system. In: Davies, B.R. and Walker K.F., eds. The ecology of river systems. Dordrecht: Springer. (Monographiae Biologicae, vol. 60). pp.599-629. https://doi.org/10.1007/978-94-017-3290-1_12
Dodds, W.K., 2006. Eutrophication and trophic state in rivers and streams. In: Limnology and Oceanography, 51(1) part 2, pp.671–680.
Dokulil, M.T., 2014. Phytoplankton of the River Danube: composition, seasonality and long-term dynamics. In: Liska, I., ed. The Danube River casin. Berlin: Springer. (The Handbook of Environmental Chemistry, vol 39).
EcoMetrix, 2006. Cumulative impact study-Uruguay pulp mills. [s.l.]: Internantional Finance Corporation
Ferrari, G., Pérez, M., Dabezies, M., Míguez, D. and Saizar, C., 2011. Planktic cyanobacteria in the lower Uruguay river, South America. In: Fottea, 111 (1), pp. 225–234.
García de Emiliani, M.O. and de Manavella, M.I.A., 1981. Fitoplancton de los principales cauces y tributarios del valle aluvial del río Paraná: tramo Goya-Diamante. In: Rev. Asoc. Cienc. Nat. Litoral, 12, pp.112–125.
García de Emiliani, M.O., 1990. Phytoplankton ecology of the middle Paraná River. In: Acta Limnol. Brasil, 3, pp.391–417.
Garnier, J., Billen, G. and Coste, M., 1995. Seasonal succession of diatoms and Chlorophyceae in the drainage network of the Seine River: observations and modeling. In: Limnol. Oceanogr., 40(4), pp.750–765.
Giblin, S., Kraig, H., Jim, F. and Terry, D., 2010. Evaluation of light penetration on Navigation Pools 8 and 13 of the Upper Mississippi River: Virginia: U.S. Geological Survey. (Technical Report 2010–T001).
Haakonsson, S., Rodríguez-Gallego, L., Somma, A. and Bonilla, S., 2017. Temperature and precipitation shape the distribution of harmful cyanobacteria in subtropical lotic and lentic ecosystems. In: Science of the Total Environment, 609, pp.1132–1139.
Hillebrand, H., Dürselen, C., Kirschtel, D. Pollingher, U. and Zohary, T., 1999. Biovolume calculation for pelagic and benthic microalgae. In: Journal of Phycology, 35(2), pp.403–424.
International Organization for Standarization, 2005. ISO 20179: Water quality — Determination of microcystins — Method using solid phase extraction (SPE) and high performance liquid chromatography (HPLC) with ultraviolet (UV) detection. Ginebra: ISO.
INUMET, [s.d]. Instituto Uruguayo de Meteorología [On line]. Montevideo: INUMET. [Accessed: January 9, 2019]. Available at: http://www.meteorologia.com.uy
Kirk, J.T.O., 1994. Light and photosynthesis in aquatic ecosystems. Cambridge: Cambridge University Press.
Klaveness, D., 1988. Ecology of the Cryptomonadida: a first review. In: Sandgren, Craig D., ed. Growth and reproductive strategies of freshwater phytoplankton. Cambridge: Cambridge University Press. pp.105–133.
Komárek, J., Kaštovský, J., Mareš, J. and Johansen, J.R., 2014. Taxonomic classification of cyanoprokaryotes cyanobacterial genera 2014, using a polyphasic approach. In: Preslia, 864., pp.295–335.
Komárek, J., 2013. Süßwasserflora von Mitteleuropa, Bd. 19/3: Cyanoprokaryota 3. Teil / 3rd part: Heterocytous Genera. Berlín: Springer ISBN: 978-3-8274-0932-4
Komárek, J. and Anagnostidis, K., 2008a. Cyanoprokaryota. Teil 1 / Part 1: Chroococcales. Wiesbaden: Springer Spektrum
Komárek, J. and Anagnostidis, K., 2008b. Cyanoprokaryota. Teil 2 / Part 2: Oscillatoriales, Susswasserflora von Mitteleuropa. Wiesbaden: Springer Spektrum
Kottek, M., Grieser, J., Beck, C., Rudolf, B. and Rubel, F., 2006. World map of the Köppen-Geiger climate classification updated. In: Meteorologische Zeitschrift, 15(3), pp.259–263. DOI: 10.1127/0941-2948/2006/0130
Kozlíková-Zapomělová, E., Ferrari, G. and del Carmen Pérez, M. 2016. Dolichospermum uruguayense sp. nov., a planktic nostocacean cyanobacterium from the Lower Uruguay River, South America. In: Fottea, 16(2), pp.189–200.
Kruk, C., Martinez, A., Martínez de la Escalera Siri, G., Trinchin, R., Manta G., Segura, A., Piccini, C., Berna, B., Fabiano, G., Pirez, M., Gabito, L., Alcántara, I. and Yannicelli B., 2019. Floración excepcional de cianobacterias tóxicas en la costa de Uruguay, verano 2019. In: Innotec, 18, pp.36-68.
Kruk, C., Piccini, C., Segura, A., Nogueira, L., Carballo, C., Martínez de la Escalera Siri, G., Calliari, D., Ferrari, G., Simoens, M., Cea, J., Alcántara, I., Vico, P. and Miguez, D., 2015. Herramientas para el monitoreo y sistema de alerta de floraciones de cianobacterias nocivas: Río Uruguay y Río de la Plata. In: Innotec, 10, pp.23–39.
Lamparelli, M., 2004. Graus de trofia em corpos d'água do estado de São Paulo: avaliação dos métodos de monitoramento [On line]. San Pablo: Universidad de San Pablo. (Tesis de Doctorado). [Accessed: May 27, 2020]. Available at: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/41/41134/tde-20032006-075813/publico/TeseLamparelli2004.pdf
Legendre, P. y Legendre, L., 2012. Numerical ecology. 3ra ed. Amsterdam: Elsevier. 1006p.
Lund, J.W.G., Kipling, C. and Le Cren, E.D., 1958. The inverted microscope method of estimating algal numbers and the statistical basis of estimations by counting. In: Hydrobiologia, 11, pp.143–170.
Menden-Deuer, S. and Lessard, E.J., 2000. Carbon to volume relationships for dinoflagellates, diatoms, and other protist plankton. In: Limnology and Oceanography, 45(3), pp.569–579.
Montesanto, B., Ziller, S., Danielidis, D. and Economou-Amilli, A., 2000. Phytoplankton community structure in the lower reaches of a Mediterranean river Aliakmon, Greece. In: Arch. Hydrobiol., 147(2), pp.171–191. DOI: 10.1127/archiv-hydrobiol/147/1999/171
National Water Agency, ANA, 2005. Aproveitamento do potencial hidráulico para geração de energía [On line]. Brasília: ANA. (Caderno de Recursos Hídricos). [Accessed: May 21, 2020]. Available at: http://arquivos.ana.gov.br/planejamento/planos/pnrh/VF%20Gera%C3%A7aoEnergia.pdf
O’Farrell, I., 1993. Phytoplankton ecology and limnology of the Salado river Buenos Aires, Argentina. In: Hydrobiologia, 271, pp.169–178.
O’Farrell, I., 1994. Comparative analysis of the phytoplankton of fifteen lowland fluvial systems of the River Plate Basin Argentina. In: Hydrobiologia, 289 (1), pp.109–117.
O’Farrell, I. and Izaguirre, I. 1994. Phytoplankton ecology and limnology of the River Uruguay Lower Basin Argentina. In: Arch Hydrobiol Suppl, 99, pp.155–179.
O’Farrell, I. and Izaguirre, I., 2014. Phytoplankton of the middle and lower stretches of the Uruguay River. In: Advances in Limnology, 65, pp.113–126. DOI: 10.1127/1612-166X/2014/0065-0037
O’Farrell, I., Bordet, F. and Chaparro, G., 2012. Bloom forming cyanobacterial complexes co-occurring in a subtropical large reservoir: validation of dominant eco-strategies. In: Hydrobiologia, 698, pp.175–190.
O’Farrell, I., Izaguirre, I. and Vinocur, A., 1996. Phytoplankton ecology of the lower Paraná River Argentina. In: Arch. Hydrobiol. Suppl, 11(1), pp.75–89.
Pérez, M. del C., 2002. Fitoplancton del río Negro, Uruguay. In: Limnetica, 21(1)., pp.81–92.
Pérez, M. del C., Bonilla, S. and Martínez, G., 1999. Phytoplankton community of a polymictic reservoir, La Plata River basin, Uruguay. In: Revista Brasileira de Biologia, 594, pp.535–541.
Pérez, M. del C., Maidana, N.I. and Comas, A., 2009. Phytoplankton composition of the Ebro River estuary, Spain. In: Acta Botanica Croatica, 681, pp.11–27.
Quirós, R. and Luchini, L., 1982. Características limnológicas del embalse de Salto Grande, III: fitoplancton y su relación con parámetros ambientales. In: Revista de la Asociación de Ciencias Naturales del Litoral, 131, pp.49–66.
Reynolds, C.S., 2000. Hydroecology of river plankton: the role of variability in channel flow. In: Hydrological Processes, 14(16‐17), pp.3119–3132. https://doi.org/10.1002/1099-1085(200011/12)14:16/17<3119::AID-HYP137>3.0.CO;2-6
Reynolds, C.S. and Descy, J.P., 1996. The production, biomass and structure of phytoplankton in large rivers. In: Large Rivers, 10, pp.161–187.
Sabater, S., Artigas, J., Duran, C., Pardos, M., Roman, A. M., Tornes, E. and Ylla, I., 2008. Longitudinal development of chlorophyll and phytoplankton assemblages in a regulated large river (the Ebro River). In: Science of the total environment, 404, pp.196-206.
Sabater, S., Muñoz, I., João Feio, M., Romani, A.M. and Graça, Manuel, 2009. The Iberian rivers. In: Tockner, K., Robinson, C., and Uehlinger, U., eds. Rivers of Europe. Amsterdam: Elsevier, pp.113–150.
Salmaso, N. and Braioni, M.G., 2008. Factors controlling the seasonal development and distribution of the phytoplankton community in the lowland course of a large river in Northern Italy (River Adige). In: Aquatic Ecology, 42, pp.533-545.
Salto Grande Mixed Technical Commission, 2017. Memorias de gestión [On line]. Salto: CTMSG. [Accessed: May 21, 2020]. Available at: https://www.saltogrande.org/memoria_gestion/Memoria%20Gestion%202017.pdf
Sienra, D. and Ferrari, G., 2006. Monitoreo de cianobacterias en la costa de Montevideo Uruguay. In: Menafra, R., Conde, D., Scarabino, F., Menafra, R. and Rodríguez-Gallego, L., eds. Bases para la conservación y el manejo de la costa uruguaya. Montevideo: Vida Silvestre, pp. 413–420.
Soares, M. C. S., Huszar, V. and Roland, F., 2007. Phytoplankton Dynamics in two tropical rivers with different degrees of human impact (Southeast Brazil). In: River Research and Applications, 23, pp.698-714.
Sournia, A., ed., 1978. Phytoplankton manual. Paris: UNESCO. (Monographs on oceanographic methodology 6). doi:10.1002/iroh.19800650312
Tana, J., Ferrari, G., Dabezies, M., Boccardi, L., Clemente, J., Teixeira de Mello, F. and Gonzalez, I., 2013. Effects of Pulp Mill effluents in Río Uruguay: a review of monitoring studies in the receiving waters of UPM PULP Mill during 2008-2011. Informe Inédito. (Informe de Asesoramiento Nº 1361295). 60p.
Ter Braak, C.J.F., 1986. Canonical correspondence analysis: a new eigenvector technique for multivariate direct gradient analysis. In: Ecology, 67(5), pp.1167–1179.
UNESCO, Bonilla, S., ed., 2009. Cianobacterias Planctónicas del Uruguay. Manual para la identificación y medidas de gestión. Montevideo: UNESCO. (Documento Técnico PHI-LAC, 16). ISBN 978-92-9089-138-3
Utermöhl, H., 1958. Zur vervollkommnung der quantitativen phytoplankton-methodik: mit 1 Tabelle und 15 abbildungen im Text und auf 1 Tafel. In: SIL Communications, 9(1), pp.1–38. https://doi.org/10.1080/05384680.1958.11904091
Uruguayan Technological Laboratory, LATU, 2019. Informe sobre caracterización biológica en el tramo inferior del Río Uruguay, febrero - noviembre 2018 y evaluación 2006-2018. Informe inédito. (Informe de Ensayo Nº 1751258). 82 p.
Uruguayan Technological Laboratory, LATU, 2018. Informe sobre caracterización biológica en el tramo inferior del Río Uruguay, febrero - noviembre 2017 y evaluación 2006-2017. Informe inédito. (Informe de Ensayo Nº 1669101). 84 p.
Uruguayan Technological Laboratory, LATU, 2017. Informe sobre caracterización biológica en el tramo inferior del Río Uruguay, febrero-noviembre 2016. Informe inédito. (Informe de Ensayo Nº 1597867). 84 p.
Uruguayan Technological Laboratory, LATU, 2016. Informe sobre caracterización biológica en el tramo inferior del Río Uruguay, febrero-noviembre 2015. Informe inédito. (Informe de Ensayo Nº 1508147). 81 p.
Vidal, L., y Britos, A., 2012. Uruguay: occurrence, toxicity and regulation of Cyanobacteria. In: Chorus, I., ed. Current approaches to cyanotoxin risk assessment, risk management and regulations in different countries. Dessau: Umweltbundesamt. pp.130-136. ISSN 1862-4804
Wehr, J.D. and Descy, J.P., 1998. Use of phytoplankton in large river management. In: Journal of Phycology, 34, pp.741-749. doi:10.1046/j.1529-8817.1998.340741.x
Zalocar De Domitrovic, Y., 2005. Biodiversidad del fitoplancton en el eje fluvial Paraguay-Paraná. In: Miscelánea, 14, p. 230.
Zalocar De Domitrovic, Y., Devercelli, M. and García de Emiliani, M.O., 2007. Phytoplankton. In: Iriondo, M. H., Paggi, J.C., and Parma, M.J., eds. The middle Parana River, limnology of a subtropical wetland. Berlín: Springer-Verlag. pp.175–203.
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