Variacion en la geomorfologia y perturbacion antropologica determinando la diversidad taxonomica y funcional de macroinvertebrados en la cuenca del rio Maipo

Abstract

Gran parte de los ríos del mundo presentan comunidades de macroinvertebrados heterogéneas en composición de especies y que cumplen un rol fundamental en la transferencia de materia orgánica, por lo que, para explicar la diversidad taxonómica y funcional de las comunidades bentónicas fluviales, se han propuesto diversas teorías como el continuo del río; las discontinuidades naturales; y metacomunidades, abordando la conectividad y los filtros ambientales como determinantes de la composición comunitaria. Sin embargo, estos marcos conceptuales no explican adecuadamente el funcionamiento de las cuencas chilenas, caracterizadas por su origen montañoso y, en algunos casos, por una exposición histórica a perturbaciones antropogénicas. Ambos factores alteran las variables abióticas y la conectividad, impactando la diversidad taxonómica y funcional. En este estudio examinamos la influencia de la variación en la unidad geomorfológica y de la perturbación antropogénica sobre las variables físicas y químicas del agua, así como sobre la diversidad taxonómica y funcional de macroinvertebrados en la cuenca del río Maipo. En las dos unidades geomorfológicas más representativas de la cuenca del río Maipo —la cordillera andina de retención crionival (AMRCR) y la cuenca de Santiago (SB)— establecimos 24 sitios de muestreo, los cuales categorizamos como ubicados aguas arriba o aguas abajo de una perturbación antropogénica, y muestreamos en primavera y otoño. En cada uno de los sitios medimos in situ variables físicas y químicas del agua, recolectamos muestras para análisis de laboratorio y colectamos macroinvertebrados. Los individuos fueron identificados al nivel taxonómico más bajo posible y asignados a un grupo de alimentación funcional, según una revisión bibliográfica de las clasificaciones disponibles. Posteriormente, realizamos análisis de componentes principales (PCA) sobre las variables físicas 10 y químicas del agua para interpretar su influencia en la distribución y composición de las especies; además, aplicamos escalamiento multidimensional no métrico (NMDS) y análisis multivariados permutacionales de varianza (PERMANOVA) para evaluar los efectos de la estacionalidad, la unidad geomorfológica y la perturbación antropogénica en la estructura comunitaria. El PCA identificó que aguas con temperaturas más altas y menores concentraciones de oxígeno y pH diferenciaron los sitios de la SB respecto de los de la AMRCR. No se observó una clara separación en las variables físicas y químicas del agua entre los sitios ubicados aguas arriba y aguas abajo de una perturbación. Las aguas con mayor turbidez caracterizaron a los sitios muestreados en primavera, mientras que aquellas con mayores concentraciones de sodio, conductividad y sólidos disueltos totales lo hicieron en otoño. Respecto de la diversidad taxonómica, recolectamos 64 taxa de macroinvertebrados durante todo el estudio. El PERMANOVA mostró diferencias significativas asociadas a la estacionalidad (pseudo-F: 18,57, p = 0,0001), a las unidades geomorfológicas (pseudo-F: 24,59, p = 0,0001) y a la perturbación antropogénica (pseudo-F: 1,8441, p = 0,0379). La abundancia, riqueza y diversidad fueron menores en primavera (p < 0,005), aunque no se observaron diferencias en la equidad (p = 0,1674). No encontramos diferencias significativas en la abundancia total de macroinvertebrados entre unidades geomorfológicas (p = 0,5437), mientras que la riqueza, diversidad y equidad fueron mayores en la AMRCR en comparación con la SB (p < 0,05). Finalmente, no se observaron diferencias en abundancia, riqueza, diversidad ni equidad (p > 0,05) entre sitios aguas arriba y aguas abajo de una perturbación. Respecto de la diversidad funcional, recolectamos cinco grupos de alimentación funcional durante todo el estudio, siendo los recolectores el grupo con mayor número de especies, seguido por los depredadores y los filtradores. El PERMANOVA indicó diferencias significativas asociadas a la estacionalidad (p = 11 0,0001), a las unidades geomorfológicas (p = 0,049) y a la perturbación antropogénica (p = 0,041). Detectamos un efecto significativo tanto del cambio en la unidad geomorfológica como de las perturbaciones antropogénicas sobre la diversidad taxonómica y funcional de los macroinvertebrados. De este modo, corroboramos parcialmente nuestras hipótesis, reconociendo que el cambio en la unidad geomorfológica — una discontinuidad natural asociada a la disminución de la altitud y a variaciones en las condiciones físicas y químicas del agua—, junto con las perturbaciones antropogénicas —filtros ambientales que determinan la composición comunitaria— explican las diferencias observadas en la estructura y composición taxonómica y funcional de los macroinvertebrados de la cuenca del río Maip

A large proportion of the world’s rivers exhibit macroinvertebrate communities that are heterogeneous in species composition and play a fundamental role in the transfer of organic matter. Therefore, to explain the taxonomic and functional diversity of benthic fluvial communities, several theories have been proposed, such as the river continuum, natural discontinuities, and metacommunities, addressing connectivity and environmental filters as determinants of community composition. However, these conceptual frameworks do not adequately explain the functioning of Chilean basins, which are characterized by their mountainous origin and, in some cases, by a historical exposure to anthropogenic disturbances. Both factors alter abiotic variables and connectivity, impacting taxonomic and functional diversity. In this study, we examined the influence of variation in geomorphological units and anthropogenic disturbance on the physical and chemical variables of water, as well as on the taxonomic and functional diversity of macroinvertebrates in the Maipo River basin. In the two most representative geomorphological units of the Maipo River basin— —the Andean cryonival retention range (AMRCR) and the Santiago Basin (SB)— we established 24 sampling sites, which we categorized as located upstream or downstream of anthropogenic disturbance, and sampled in spring and autumn. At each site, we measured in situ physical and chemical variables of the water, collected samples for laboratory analysis, and gathered macroinvertebrates. Individuals were identified to the lowest possible taxonomic level and assigned to a functional feeding group according to a bibliographic review of available classifications. Subsequently, we performed principal component analysis (PCA) on the physical and chemical variables of the water to interpret their influence on 13 species distribution and composition; in addition, we applied non-metric multidimensional scaling (NMDS) and permutational multivariate analysis of variance (PERMANOVA) to evaluate the effects of seasonality, geomorphological unit, and anthropogenic disturbance on community structure. The PCA identified that waters with higher temperatures and lower concentrations of oxygen and pH differentiated SB sites from those of the AMRCR. No clear separation in physical and chemical water variables was observed between sites located upstream and downstream of a disturbance. Waters with greater turbidity characterized sites sampled in spring, while those with higher sodium concentrations, conductivity, and total dissolved solids did so in autumn. Regarding taxonomic diversity, we collected 64 macroinvertebrate taxa throughout the study. PERMANOVA showed significant differences associated with seasonality (pseudo-F: 18.57, p = 0.0001), geomorphological units (pseudo F: 24.59, p = 0.0001), and anthropogenic disturbance (pseudo-F: 1.8441, p = 0.0379). Abundance, richness, and diversity were lower in spring (p < 0.005), although no differences were observed in evenness (p = 0.1674). We found no significant differences in total macroinvertebrate abundance between geomorphological units (p = 0.5437), while richness, diversity, and evenness were higher in the AMRCR compared to the SB (p < 0.05). Finally, no differences were observed in abundance, richness, diversity, or evenness (p > 0.05) between sites upstream and downstream of a disturbance. Regarding functional diversity, we collected five functional feeding groups throughout the study, with gatherers being the group with the highest number of species, followed by predators and filter feeders. PERMANOVA indicated significant differences associated with seasonality (p = 0.0001), geomorphological units (p = 0.049), and anthropogenic disturbance (p = 0.041).