Local and regional drivers of headwater streams metabolism: insights from the first AIL collaborative project

• Autores: Ada Pastor Oliveras, Anna Lupon Navazo, Lluís Gomez Gener, Tamara Rodríguez Castillo, Meritxell Abril Cuevas, María Isabel Arce, Ibón Aristi, Maite Arroita Azkarate, Andrea G. Bravo, Núria De Castro Català, Rubén del Campo, Joan Pere Casas Ruiz, Edurne Estévez, Diego Fernández González, Mireia Fillol, Lorea Flores, Anna Freixa Casals, Pau Giménez Grau, Alexia María González Ferreras, Elena Hernández del Amo, Eduardo J. Martín, Aingeru Martínez Gómez, Silvia Monroy Zarzuelo, Juanita Mora Gómez, Carlos Palacin Lizarbe, Olatz Pereda, Sílvia Poblador, Rubén Rasines Ladero, Marta Reyes, Pablo Rodríguez Lozano, Celia Ruiz Jiménez, Isis Sanpera Calbet, Libe Solagaistua, Irene Tornero Pinilla, Núria Catalán García
• Localización: Limnetica, ISSN 0213-8409, Vol. 36, Nº. 1, 2017, págs. 67-85
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Controles locales y regionales del metabolismo en ríos de cabecera: aportaciones del primer proyecto colaborativo de la AIL
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• Resumen
  • español

    Los ecosistemas fluviales tienen un papel relevante en los ciclos biogeoquímicos globales, ya que procesan el material de la cuenca y lo transportan río abajo. Sin embargo, los factores que afectan al metabolismo, especialmente aquellos que actúan en una escala espacial más amplia, todavía no se conocen completamente. Además, el metabolismo fluvial puede variar a causa de cambios hidrológicos relacionados con la estacionalidad; lo que también hace importante incluir la variabilidad temporal para entender el funcionamiento de los ríos. Mediante el uso de un experimento distribuido y coordinado, estudiamos diez ríos de cabecera localizados a lo largo de cinco ecoregiones europeas durante verano y otoño del 2014. Se midió la magnitud y la variabilidad de la producción primaria bruta (PPB) y la respiración ecosistémica (RE) mediante el método de canal abierto. Así mismo, se examinaron los factores climáticos, hidrológico s y físico-químicos que potencialmente pueden afectar las tasas metabólicas fl uviales. Las tasas diarias de metabolismo fluvial variaron considerablemente entre ríos, con valores de PPB de entre 0.06 a 4.33 g O2 m–2 día–1, y de RE de entre 0.72 a 14.20 g O2 m–2 día–1. Todos los ríos fueron altamente heterotróficos (P/R < 1), excepto el río más meridional. Se observó que los climas secos tendían a tener mayor PPB y las regiones húmedas tendían a tener una mayor RE. No se encontraron diferencias estadísticas entre los períodos de estudio. Los modelos de regresión de mínimos cuadrados parciales (PLS) explicaron ∼80% de la varianza de PPB y RE para los ríos estudiados. Las tasas de PPB variaron principalmente con factores locales como el sustrato del lecho del río y la temperatura del agua. En cambio, las tasas de RE estuvieron estrechamente relacionadas con factores regionales, como la temperatura media anual y los impactos en la cuenca. En conjunto, nuestros resultados resaltan la necesidad de incluir la escala local y regional en el estudio del metabolismo fluvial y muestran la experiencia positiva de una red coordinada de jóvenes investigadores para lograr retos científicos de amplia escala geográfica.

  • English

    Streams play a key role in the global biogeochemical cycles, processing material from adjacent terrestrial systems and transporting it downstream. However, the drivers of stream metabolism, especially those acting at broad spatial scales, are still not well understood. Moreover, stream metabolism can be affected by hydrological changes associated with seasonality, and thus, assessing the temporality of metabolic rates is a key question to understand stream function. This study aims to analyse the geographical and temporal patterns in stream metabolism and to identify the main drivers regulating the wholeecosystem metabolic rates at local and regional scales. Using a coordinated distributed experiment, we studied ten headwaters streams located across five European ecoregions during summer and fall 2014.We characterized the magnitude and variability of gross primary production (GPP) and ecosystem respiration (ER) with the open-channel method. Moreover, we examined several climatic, geographical, hydrological, morphological, and physicochemical variables that can potentially control stream metabolic rates. Daily rates of stream metabolism varied considerately across streams, with GPP and ER ranging from 0.06 to 4.33 g O2 m–2 d–1 and from 0.72 to 14.20 g O2 m–2 d–1, respectively. All streams were highly heterotrophic (P/R < 1), except the southernmost one. We found that the drier climates tended to have the highest GPP, while humid regions presented the highest ER. Between the sampling periods no statistical differences were found. Partial-least squares models (PLS) explained ∼80% of the variance in GPP and ER rates across headwater streams and included both local and regional variables. Rates of GPP varied primarily in response to the local variables, such as streambed substrate and stream water temperature. In contrast, regional variables, such as the mean annual temperature or the land use of the catchment, had more relevance to explain ER. Overall, our results highlight that stream metabolism depends on both local and regional drivers and show the positive experience of a young network of researchers to assess scientific challenges across large-scale geographic areas.