Abiotic variability among different aquatic systems of the central Amazon floodplain during drought and flood events

Abstract

Abstract This paper examines water properties from lakes, (depression lakes, sensu Junk et al., 2012), channels (scroll lakes with high connectivity, sensu Junk et al., 2012) and paleo-channels (scroll lakes with low connectivity-sensu Junk et al., 2012, locally called ressacas) located in Mamirauá Sustainable Development Reserve, in Central Amazon floodplain, Amazonas, Brazil. We analysed surface temperature, conductivity, pH, dissolved oxygen, turbidity, transparency, suspended inorganic and organic matter, chlorophyll-a, pheophytin, total nitrogen, total phosphorus, organic and inorganic carbon in 2009 high water phase, 2009 and 2010 low water phases. Multivariate statistical analyses of 24 aquatic systems (6 ressacas, 12 lakes and 6 channels, 142 samples) were applied to the variables in order to: 1) quantify differences among aquatic system types; 2) assess how those differences are affected in the different phases of the hydrological year. First, we analysed the entire set of variables to test for differences among phases of the hydrological year and types of aquatic systems using a PERMANOVA two-way crossed design. The results showed that the all measured limnological variables are distinct regarding both factors: types of aquatic systems and hydrological phases. In general, the magnitude and amplitude of all variables were higher in the low water phase than in the high water phase, except for water transparency in all aquatic system’s types. PERMANOVA showed that the differences between aquatic system’s types and hydrological phases of all variables were highly significant for both main factors (type and phase) and for the type x phase interaction. Limnological patterns of Amazon floodplain aquatic systems are highly dynamic, dependent on the surrounding environment, flood pulse, main river input and system type. These patterns show how undisturbed systems respond to natural variability in such a diverse environment, and how distinct are those aquatic systems, especially during the low water phase. Aquatic systems in Mamirauá floodplain represent limnological patterns of almost undisturbed areas and can be used as future reference for comparison with disturbed areas, such as those of the Lower Amazon, and as a baseline for studies on the effects of anthropogenic influences and climate change and on Amazon aquatic ecosystem.Resumo Esse trabalho investiga as propriedades da água de lagos (lagos de depressão, sensu Junk et al., 2012), canais (scroll lakes com alta conectividade, sensu Junk et al., 2012) e paleo canais (scroll lakes com baixa conectividade - sensu Junk et al., 2012, localmente chamados de ressaca) localizados na Reserva de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá (RDSM), na planície de inundação da Amazônia Central, Amazonas, Brasil. Analisaram-se temperatura, condutividade, pH, oxigênio dissolvido, turbidez, e transparência da água na superfície e coletaram-se amostras de água na superfície para a determinação de material orgânico e inorgânico em suspensão, clorofila-a, feofitina, nitrogênio e fósforo total, carbono orgânico e inorgânico dissolvido, em duas fases da hidrógrafa, água alta em 2009, e água baixa em 2009 e 2010. Análises de estatística multivariada de 24 sistemas aquáticos (6 ressacas, 12 lagos e 6 canais, 142 amostras) foram realizadas para: 1) quantificar as diferenças entre os tipos de sistemas aquáticos; 2) determinar como essas diferenças são afetadas nas diferentes fases do ano hidrológico. Primeiramente foram analisadas todas as variáveis para testar as diferenças entre as fases do ano hidrológico e dos tipos de sistemas aquáticos utilizando o teste pareado cruzado PERMANOVA. Os resultados mostraram que todas as variáveis limnológicas medidas são distintas em relação a ambos os fatores: tipos de sistemas aquáticos e fases da hidrógrafa. Em geral, a magnitude e amplitude de todas as variáveis foram maiores na fase seca do que na cheia, com exceção da transparência da água em todos os tipos de sistemas aquáticos. Os resultados da PERMANOVA mostraram que as diferenças entre os tipos de sistemas aquáticos e as fases da hidrógrafa para todas as variáveis foram altamente significativas para ambos os fatores (tipo e fase) e ainda para a interação tipo x fase. Os padrões limnológicos dos sistemas aquáticos da planície de inundação Amazônica são altamente dinâmicos, dependente do ambiente ao redor, do pulso de inundação, do rio principal e do tipo de sistema. Os sistemas aquáticos da planície de inundação de Mamirauá representam os padrões limnológicos de áreas não perturbadas e podem servir como futura referência para comparação com as propriedades dos sistemas aquáticos de áreas perturbadas, como as do Baixo Amazonas. Podem ser também utilizados como linha de base para estudos dos impactos antropogênicos e das mudanças climáticas sobre os ecossistemas aquáticos Amazônicos.