Functional diversity and trophic relationships in benthic communities: a multi-scale spatial approach in neotropical savanna streams

Mudanças nos usos da terra e degradação ambiental devido a atividades humanas têm resultado em extremas alterações em ecossistemas tropicais, especialmente em riachos de cabeceira e suas bacias hidrográficas no Cerrado. Pressões humanas relacionadas à expansão agrícola e urbanização têm levado à redução drástica da cobertura vegetal nativa, comprometendo zonas ripárias, afetando e degradando ecossistemas aquáticos. Há uma necessidade urgente em quantificar e prever como as comunidades aquáticas respondem às mudanças nos usos do solo para orientar os esforços de conservação e manejo de recursos naturais. Esta tese teve como objetivo avaliar quais escalas espaciais mais influenciam as comunidades de macroinvertebrados bentônicos e como os usos da terra influenciam as relações tróficas e atributos biológicos de macroinvertebrados. O capítulo 1 avaliou como os usos da terra (representados por riachos em regiões de pastagem, plantação de cana de açúcar e vegetação nativa) influenciam o fluxo de energia e os nichos tróficos de macroinvertebrados. Em seguida foi avaliada qual escala espacial exerce maior influência na composição taxonômica e funcional de assembleias de macroinvertebrados (Capítulo 2). Por último, verificou-se a influência de um gradiente de distúrbios antrópicos sobre a diversidade funcional de assembleias de macroinvertebrados (Capítulo 3). Os resultados aqui apresentados demonstram que alterações nos usos do solo levam a comunidades de macroinvertebrados bentônicos em direção à comportamentos de alimentação mais generalistas e com maior sobreposição de nichos tróficos (Capítulo 1). Além disso, variáveis ambientais nas escalas local e regional explicaram significativamente variações na composição taxonômica e funcional de assembleias de Ephemeroptera, Plecoptera e Trichoptera, mas as métricas de uso do solo foram as que melhor explicaram as diferenças na composição funcional entre diferentes locais (Capítulo 2). E, por fim, foi observado que os sítios menos impactados (em condições de referência) têm assembleias de macroinvertebrados mais especializadas e mais diversas funcionalmente em comparação a locais perturbados (Capítulo 3). Os resultados encontrados corroboram que a biodiversidade deve ser avaliada em múltiplas escalas espaciais e que sejam considerados os elementos funcionais de comunidades biológicas, visando conservação e desenvolvimento de ferramentas preditivas. Este estudo contribui para uma melhor compreensão da estrutura e funcionamento de riachos na savana neotropical no contexto de subsidiar o desenvolvimento de instrumentos de avaliação ambiental. Tais abordagens contribuirão para o desenvolvimento de medidas mais adequadas de gestão e conservação que impeçam um avanço ainda maior da degradação de condições ecológicas de riachos tropicais.

Changes in land cover and use and the associated environmental degradation due to human activities have resulted in extreme alterations of tropical ecosystems, especially in headwater streams and their watersheds in the neotropical savanna. Human pressures related to agricultural expansion and urbanization have led to drastic reductions in native vegetation cover, affecting riparian zones and degrading aquatic ecosystem functioning. There is an urgent need to quantify and predict how aquatic communities respond to different intensities of land use to guide conservation and natural resource management efforts. This thesis aims to evaluate how spatial scales influence the relationship between habitat and benthic macroinvertebrate communities and how land use intensity affects the trophic relationships and biological traits of macroinvertebrates. In Chapter 1, we evaluated how the intensity of land use (represented by a gradient moving from native vegetation toward pasture and sugar cane plantations) influences the energy flow and trophic niches of macroinvertebrates. In Chapter 2, we investigated the spatial scales (e.g., catchment, local) that most influence the taxonomic and functional composition of macroinvertebrate assemblages. Finally, in Chapter 3, we examined the impacts of human pressures on the functional diversity of macroinvertebrate assemblages. we showed that the intensity of land use affects benthic macroinvertebrate assemblages, yielding more generalist feeding behaviors with greater overlap of trophic niches (Chapter 1). In addition, environmental variables at the local and catchment scales significantly explained the variations in the taxonomic and functional composition of Ephemeroptera, Plecoptera and Trichoptera assemblages, but land use variables best explained the differences in functional composition among sites (Chapter 2). Finally, we showed that less impacted sites (under reference conditions) had more specialized and more functional diverse macroinvertebrate assemblages compared to disturbed sites (Chapter 3). These results corroborate the idea that biodiversity should be evaluated at multiple spatial scales and that the functional elements of biological communities should be considered when aiming for conservation and the development of predictive tools. This study contributes to a better understanding of the structure and functioning of streams in the neotropical savanna by subsidizing the development of environmental assessment tools. Such approaches will contribute to the development of more appropriate management and conservation measures that will allow for evaluation of the impacts on biota of further degradation of the ecological conditions in tropical streams.

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