Plantas submersas e flutuantes como estados alternativos : mecanismos e efeitos na cadeia trófica de um lago raso tropical. | Submerged and free-floating plants as alternative states: mechanisms and effects on the food chain of a tropical shallow lake.

The theory of alternative stable state has predicted that the asymmetric competition by light and nutrients between submerged and free-floating plants can result in alternative states, in which free-floating plants substitute submerged plants under high nutrients levels. High levels of nutrients promote the excessive growth mats of free-floating plants, resulting in decreased availability of oxygen and light on the water column, which can have greats effects on the aquatic food chain. In addition, it is speculated that different mechanisms drive the dominance of submerged and floating plants as an alternative state. Thus, (i) understand how the change between submerged and floating plant occurs in natural shallow lakes, (ii) analyse potential trophic interactions and structure in each alternative state; and, (iii) elucidate possible mechanisms that drive the shift between these two alternative states, has been one of the great challenges in ecology. In this sense, the present study used four years of data from a tropical shallow lake to fill these gapes. The study showed that, in high nutrients levels, floating plants dominated as an alternative state shaded, in which submerged plants were absent because of the low light availability. On the other hand, in low nutrient levels, submerged plants dominated as an alternative state unshaded, being floating plants limited by nutrients competition. In shaded-state, the trophic chain was simplified, with the absence of piscivorous fish and low zooplankton and phytoplankton density. In contrast, in unshaded-state, was found one trophic chain complexity drive by piscivorous fish and high zooplankton, phytoplankton, and benthic macroinvertebrates density. Finally, different mechanisms influenced each alternative state. The unshaded-state was drive by top-down mechanisms, being that piscivorous fish had a strong negative effect on phosphorus levels, while shaded-state was driven by bottom-up mechanisms, since climate change such as extreme droughts favoured elevation of phosphorous levels. These results are an important contribution to the alternative stable state theory, regarding (i) show how the change in dominance between submerged and free-floating plant as alternative state occurs in natural freshwater ecosystem, (ii) show the negative impacts of the floating plant dominance on lake diversity and (iii) suggest that climate changes lead the floating plant dominance as an alternative state.

A teoria de estados estáveis alternativos tem predito que a assimétrica competição por luz e nutrientes entre plantas submersas e flutuantes pode resultar em estados estáveis alternativos, sendo que sob elevados níveis de nutrientes as plantas submersas são substituídas pelas flutuantes. Altos níveis de nutrientes promove o excessivo crescimento de plantas flutuantes, resultando na redução da disponibilidade de luz e oxigênio na coluna d´água, que pode ter grandes efeitos na cadeia trófica aquática. Em adição, especula-se que diferentes mecanismos direcionam a dominância de plantas submersas e flutuantes como estados alternativos. Portanto, (i) entender como a mudança de estados alternativos entre plantas submersas e flutuantes ocorre em lagos naturais, (ii) analisar os efeitos desses estados alternativos na cadeia trófica e (iii) desvendar possíveis mecanismos que levam a essas mudanças de estados tem sido um dos grandes desafios na ecologia. Para tanto, utilizou-se quatro anos de dados de um lago raso tropical para preencher essas 3 lacunas da ecologia. Os resultados obtidos indicaram que, em altos níveis de nutrientes as plantas flutuantes dominaram como um estado alternativo sombreado, no qual as plantas submersas foram excluídas, devido à baixa disponibilidade de luz. Em contrapartida, em baixos níveis de nutrientes as plantas submersas dominaram como estado alternativo não-sombreado, no qual não houve registro de plantas flutuantes, devido à baixa disponibilidade de nutrientes. No estado sombreado a cadeia trófica do lago foi simplificada, com ausência de peixes piscívoros e baixa densidade de zooplâncton e fitoplâncton. Entretanto, no estado não-sombreado observou-se uma complexa cadeia trófica, controlada pela presença de peixes piscívoros, além de elevadas densidades de zooplâncton, fitoplâncton e macroinvertebrados bentônicos. Diferentes mecanismos foram responsáveis por cada estado alternativo. O estado não-sombreado foi controlado por relações tróficas descendentes, sendo que peixes piscívoros tiveram um forte efeito negativo nos níveis de fósforo, enquanto que, o estado sombreado foi controlado por fatores ascendentes, uma vez que mudanças climáticas, como extremas secas favoreceram a elevação dos valores de fósforo. Esses resultados são uma útil contribuição para a teoria de estados alternativos, quanto a: (i) mostrar de forma natural como a mudança de estados alternativos entre plantas aquáticas ocorre, (ii) mostrar os impactos negativos da dominância de plantas flutuantes na diversidade do lago e (iii) indicar que mudanças climáticas extremas levam a dominância de plantas flutuantes como um estado alternativo. Palavras-chave: Bottom-up

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