Influencia de las condiciones hidráulicas e hidrológicas en la variación espacial y temporal de las comunidades de macroinvertebrados acuáticos en ríos altoandinos de cabecera al sur de Ecuador

Abstract

In Ecuador it has been recently noticed a relevant increase of interest on the conservation of natural resources, especially on the aquatic ecosystems, due to the high levels of biodiversity and ecosystem services that they provide. Among such ecosystems, the watersheds corresponding to headwaters are suffering increasing human pressures which exert negative effects on the ecosystem structure, composition and functioning, but the knowledge about such effects is still scarce. This dissertation focused on natural and nearly pristine streams of two Andean watersheds in the Southern Ecuador, between 2,900 and 3,730 metres above sea level. The main objectives were; 1) to examine the patterns of the structure and composition of the aquatic macroinvertebrate communities and its relation with the dominant riparian vegetation; 2) to analyse the influence of the fundamental environmental factors on the structure and density of the EPT communities (Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera), during periods without relevant hydrological disturbances; 3) to determine the main hydrological indices influencing the temporal dynamics of the aquatic communities at the mesohabitat scale; 4) to analyse the temporal variation of the main macroinvertebrate taxa during periods of maintained low flows in different types of habitat. To achieve these goals, different sampling methods were implemented, involving data collection regarding riparian vegetation, physico-chemical properties of the water, hydrology, hydraulics and aquatic macroinvertebrates during 40 months. Concerning the spatial patterns, the target streams showed very similar environmental and biological characteristics which determine the presence of a low number of taxa and the dominance of very few of them; some of those large-scale factors were the type of riparian vegetation and geology. The analyses at lower spatial scale in four streams showed differences in the community at mesohabitat and microhabitat scale. Specifically, it was demonstrated the critical influence of variables related with flow strength (velocity, Froude number, shear stress) on the presence and density of some taxa; such relations could be explained by the hydromorphological traits of the organisms to resist the flow, and other traits related with their feeding habits. Concerning the variation in time, it was demonstrated the critical role of the hydrological patterns in the temporal dynamics of the community. Specifically, the frequency and magnitude of high flows exert important effects on the densities of some taxa as well as on community metrics. The high-flow events produce the dragging of part of the community, even of some taxa adapted to swift water, producing a balancing effect in the community due to the reduction of the few dominant taxa. The analyses focused on the low-flow periods only, indicated the recovery in the proportions of the pioneer taxa (familia Chironomidae). However, these low flows and the increase of water temprature exerted a negative influence on the community, both on very frequent taxa (Chironomidae, Girardia, Hyalella) and on other taxa with more sensitivity to low flows (Ecuaphlebia). The increase of temperature pose negative effects on some sensitive taxa but it allows a faster development of some organisms with a multivoltine life-history. Finally, it is important to continue with these studies to get a better knowledge about the responses of the macroinvertebrate community to different scenarios of stream flow in the high mountain streams (annual cycles of extreme low or high flows). Such knowledge is fundamental for a eco-hydrological and sustainable management of these sensitive ecosystems, facing important threats such as climate change and flow regulation, and it is the base for environmental flows assessments. Besides, the biological characteristics and the ecology of many species is still a relevant field to be developed in this region.

Hoy en día en el Ecuador existe un mayor interés por la conservación de los recursos naturales, y especialmente por los ecosistemas acuáticos por la alta biodiversidad que albergan y los servicios ambientales que proporcionan al hombre. Entre ellos están las cuencas hídricas de cabecera, sometidas a una creciente presión antropogénica y a posibles efectos negativos en la estructura, composición y funcionamiento del ecosistema fluvial, aún poco conocidos en la región Andina. La comprensión de dichos efectos requiere primero el estudio de condiciones prístinas de referencia, incluyendo los análisis de la variación espacial y temporal de las comunidades. Por ello, se ejecutó esta investigación en arroyos cuasi-prístinos ubicados entre los 2,900 a 3730 metros de altitud en dos cuencas hidrográfica andinas al sur de Ecuador. Los objetivos fundamentales fueron: (1) Examinar los patrones de variación de la estructura y composición de las comunidades de macroinvertebrados acuáticos según el tipo de cobertura vegetal dominante en las riberas; (2) analizar la influencia de los principales factores ambientales en la estructura y densidad de las comunidades de EPT (Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera) durante períodos sin eventos hidrológicos elevados; (3) conocer los principales indicadores hidrológicos determinantes de la dinámica temporal de las comunidades acuáticas a escala de mesohábitat; y (4) analizar la variación de los principales taxones dominantes de la comunidad durante los caudales bajos según distintos tipos de hábitats. Para el cumplimiento los objetivos anteriores, se ejecutaron diferentes metodologías que implicaron la recolección de información sobre la vegetación de ribera, físico-química del agua, hidrología, hidráulica y macroinvertebrados acuáticos durante 40 meses. A nivel espacial, se encontró que estos arroyos de cabecera cuasi-prístinos con un buen estado de conservación comparten muchas de las características ambientales y biológicas, las cuales condicionan la presencia de un bajo número de taxones y el dominio de pocos grupos en estos ecosistemas de montaña debido a factores de gran escala, tales como la altitud, y específicamente por el tipo de cobertura vegetal y geología de la cuenca. Posteriormente, a mayor detalle, los análisis mostraron diferencias a escala de mesohábitat y microhábitat. Específicamente, se demostró que las variables relacionadas con la fuerza del flujo influyen de modo decisivo en la presencia y densidad de algunos macroinvertebrados. En cuanto a la variación en el tiempo, se observó que el patrón hidrológico es un factor clave en la dinámica temporal de las comunidades acuáticas. En concreto, la frecuencia y la magnitud de los caudales punta o picos actúan sobre la densidad de los taxones y métricas de la comunidad. Estos eventos altos de caudal causan un arrastre parcial sobre toda la comunidad, inclusive sobre los taxones adaptados a condiciones altas de flujo, dando como resultados un mejor equilibrio de la comunidad debido al descenso de los pocos taxones dominantes. Posteriormente, el análisis por separado en los períodos de caudal bajo indicó una recuperación de las proporciones de los taxones pioneros (familia Chironomidae) de estos ecosistemas. Sin embargo, se pudo detectar una cierta influencia negativa de estos niveles bajos de flujo y a su vez al incremento de la temperatura en la comunidad bentónica, tanto para los organismos habituales en estos arroyos (Chironomidae, Girardia, Hyalella) como otros más sensibles (Ecuaphlebia) a las condiciones mínimas de caudal. Finalmente, es importante continuar con estos estudios con el objeto de conocer mejor la respuesta de la comunidad a diversos escenarios de regímenes de flujo (períodos anuales secos y muy húmedos) en estos ecosistemas acuáticos de montaña, siendo la base para una gestión eco-hidrológica y sostenible, ante las amenazas que sufren estos

Avui en dia a l'Equador existeix un major interès per la conservació dels recursos naturals, i especialment pels ecosistemes aquàtics, per l'alta biodiversitat que alberguen i els serveis ambientals que proporcionen a l'esser humà. Entre aquests estan les conques hídriques de capçalera, sotmeses a una creixent pressió antropogènica i a possibles efectes negatius en l'estructura, composició i funcionament de l'ecosistema fluvial, encara poc coneguts a la regió andina. La comprensió de tals efectes requereix, en primer lloc, l'estudi de les condicions primigènies de referència, incloent les anàlisis de la variació espacial i temporal de les comunitats. Per això mateix, s'executà aquesta recerca en rierols quasi-primigenis ubicats entre els 2,900 i 3,730 metres d'altitud en dues conques hidrogràfiques andines, al sud d'Equador. Els objectius fonamentals foren: (1) examinar els patrons de variació de l'estructura i composició de les comunitats de macroinvertebrats aquàtics segons el tipus de cobertura vegetal dominant a les riberes; (2) analitzar la influència dels principals factors ambientals en l'estructura i densitat de les comunitats de EPT (Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera) durant períodes sense esdeveniments hidrològics elevats; (3) conèixer els principals indicadors hidrològics determinants de la dinàmica temporal de les comunitats aquàtiques a escala de mesohàbitat; i (4) analitzar la variació dels principals taxons dominants de la comunitat durant els cabals baixos segons distints tipus d'hàbitats. Per al compliment dels objectius anteriors, s'executaren diferents metodologies que implicaren la recol·lecció d'informació de vegetació de ribera, físico-química de l'aigua, hidrologia, hidràulica, i macroinvertebrats aquàtics durant 40 mesos. A nivell espacial, es va trobar que aquests rierols de capçalera quasi-primigenis amb un bon estat de conservació comparteixen moltes de les característiques ambientals i biològiques, les quals condicionen la presencia d'un baix nombre de taxons i el domini de pocs grups en aquests ecosistemes de muntanya degut a factors de gran escala, com ara l'altitud, i específicament el tipus de cobertura vegetal i geologia de la conca. Posteriorment, a un major detall, les anàlisis mostraren diferències a escala de mesohàbitat i microhàbitat. Específicament, es demostrà que les variables relacionades amb la força del flux (velocitat, número Froude i tensió tallant) influeixen de forma decisiva en la presència i densitat d'alguns macroinvertebrats. Pel que fa a la variació en el temps, es va observar que el patró hidrològic és un factor clau en la dinàmica temporal de les comunitats aquàtiques. En concret, la freqüència i la magnitud dels cabals punta o pics actuen sobre la densitat dels taxons i mètriques de la comunitat. Aquests esdeveniments d'alts cabals causen un arrossegament parcial sobre tota la comunitat, inclusivament sobre els taxons adaptats a condicions altes de flux, donant com a resultat un millor equilibri de la comunitat a causa del descens dels pocs taxons dominants. Posteriorment, l'anàlisi per separat en els períodes de cabal baix va indicar una recuperació de les proporcions dels taxons pioners (família Chironomidae) d'aquests ecosistemes. No obstant, es va poder detectar una certa influència negativa d'aquests nivells baixos de flux i al mateix temps a l'increment de la temperatura, en la comunitat bentònica, tant per als organismes habituals en aquests rierols (Chironomidae, Girardia, Hyalella) com d'altres més sensibles (Ecuaphlebia) a les condicions mínimes de cabal. Finalment, és important continuar amb aquests estudis amb l'objectiu de conèixer millor la resposta de la comunitat a diversos escenaris de règims de flux (períodes anuals secs i molt humits) en aquests ecosistemes aquàtics de muntanya, base per a la bona gestió eco-hidrològica i sostenible, davant les amenaces que pateixen aque