Reviewing carbon spiraling approach to understand organic matter movement and transformation in lotic ecosystems

Abstract

Abstract: Aim Understanding riverine carbon cycling is a major issue for stream ecologists. Over the past 60 years, important advance in carbon dynamics and ecosystem energy flow have been made mainly through the Budget and Metabolism approaches. However, much less focus has been given to the quantification of longitudinal movement of organic matter. The concept “Organic Carbon Spiraling” (SOC) was formulated in the early 80s, and represented a substantial advance in the understanding of the longitudinal flow of elements in lotic systems. Methods In this review, we summarize the history behind the SOC concept, cover the major advances at the time of its creation, describe the operational variables and the equation for SOC calculation, and discuss future directions and current applications of this approach. Results/Conclusions We emphasize the need for integrating the C spiraling approach in other regions of the globe, given that measurements are almost exclusive of North America. Such comparative studies can elucidate important drivers of C export, storage and oxidation. Advance in dissolved organic carbon characterization, and improvements in heterotrophic respiration measurements are required to improve SOC accuracy, as well as realistic estimates of benthic stock. With the current interest in examining how lotic systems contribute to regional and global C budgets, we argue that SOC is an effective way to achieve this goal and answer classical questions in stream ecology.Resumo: Objetivo Compreender o ciclo fluvial do carbono é uma questão essencial para ecólogos de riachos. Nos últimos 60 anos, avanços importantes na dinâmica do carbono e fluxo de energia do ecossistema foram feitos principalmente através das abordagens de Budget e Metabolismo. Apesar disso, pouco foco tem sido dado à quantificação do movimento longitudinal da matéria orgânica. O conceito “Espiral do Carbono Orgânico” (SOC) foi formulado no início dos anos 80, e representou um avanço substancial no entendimento do fluxo longitudinal dos elementos em ecossistemas lóticos. Métodos Nessa revisão, nós resumimos a história por trás do conceito de SOC, cobrimos os principais avanços na época de sua criação, descrevemos as variáveis operacionais e a equação para o cálculo de SOC, e discutimos direções futuras e aplicações atuais dessa abordagem. Resultados/Conclusões Nós enfatizamos a necessidade de integrar a abordagem de espiral de C em outras regiões do globo, dado que medidas de SOC são quase que exclusivas da América do Norte. Tais estudos comparativos poderiam elucidar importantes variáveis controladoras da exportação, estocagem e oxidação do carbono fluvial. Avanços na caracterização do carbono orgânico dissolvido, e melhorias nas medidas de respiração heterotrófica são necessários para aumentar a acurácia nos cálculos de SOC, assim como estimativas realistas de estoque bêntico. Com o recente interesse em examinar como sistemas lóticos contribuem para o balanço regional e global de C, nós argumentamos que a abordagem de espiral é uma maneira efetiva de atingir esses objetivos e auxiliar a responder questões clássicas da ecologia de riachos.