Abstract Aim In this study, we investigated the beta diversity of macrophytes (total, turnover, and nestedness) in Caxiuanã Bay, localized in the Eastern Amazon. We also investigated the environmental factors determining the beta diversity and its components. Methods Macrophytes and physical-chemical variables (pH, water temperature, electrical conductivity, dissolved oxygen, and water turbidity) were sampled in 45 sites in 2017. Beta diversity was calculated based on Jaccard dissimilarity (using a presence/absence matrix) and partitioned in turnover and nestedness. We performed a Generalized Dissimilarity Modeling to analyze the influence of local (physical-chemical) and spatial factors (geographic distance) on total beta diversity and its components. Results A total of 16 macrophyte species were identified belonging to five morphological groups (free-floating, emergent, submerged, epiphytes, and rooted with floating leaves). The total beta diversity of macrophytes was 0.29, the turnover component had the highest contribution to total beta compared to nestedness. The beta total was influenced by geographic distance and conductivity, turnover by geographic distance and turbidity, and nestedness was explained by conductivity and pH. Conclusions In our study, physical-chemical factors influenced the structure of the macrophyte community, indicating that niche processes (deterministic) were acting and changing species composition. However, the spatial component and the low explanatory power of the models, especially for turnover, can also indicate the influence of stochastic processes such as ecological drift and/or limitations in dispersal. Our study provides new insights into the diversity patterns of macrophytes in Amazonian ecosystems, particularly in blackwater rivers. Our data also contribute to a better understanding of the processes that structure the species composition of macrophytes in these environments.

Resumo Objetivo Neste estudo, investigamos a diversidade beta de macrófitas aquáticas (total, turnover e aninhamento) na baía de Caxiuanã, localizada na Amazônia Oriental. Também investigamos os fatores ambientais que determinam a diversidade beta e seus componentes. Métodos As macrófitas e as variáveis físico-químicas (pH, temperatura da água, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido e turbidez da água) foram amostradas em 45 pontos em 2017. A diversidade beta foi calculada usando a dissimilaridade de Jaccard (com matriz de presença/ausência das espécies) e particionada em turnover e aninhamento. Realizamos um Modelo Generalizado de Dissimilaridade para analisar a influência de fatores locais (físico-químicos) e espaciais (distância geográfica) na diversidade beta total e seus componentes. Resultados Um total de 16 espécies de macrófitas foi identificado pertencentes a cinco grupos morfológicos (flutuantes livres, emergentes, submersas, epífitas e enraizadas com folhas flutuantes). A diversidade beta total das macrófitas foi de 0,29, sendo que o componente turnover contribuiu mais para a diversidade beta total em comparação com o aninhamento. A diversidade beta total foi influenciada pela distância geográfica e condutividade, o turnover pela distância geográfica e turbidez, e o aninhamento foi explicado pela condutividade e pH. Conclusões Em nosso estudo, fatores físico-químicos influenciaram a estrutura da comunidade de macrófitas, indicando que processos de nicho (determinísticos) estavam atuando e alterando a composição das espécies. No entanto, o componente espacial e o baixo poder explicativo dos modelos, especialmente para o turnover, também podem indicar a influência de processos estocásticos, como a deriva genética e/ou limitações na dispersão. Nosso estudo traz novos insights sobre os padrões de diversidade das macrófitas em ecossistemas amazônicos, especialmente em rios de águas pretas. E auxiliam em uma melhor compreensão dos processos que estruturam a mudança na composição de espécies de macrófitas nesses ambientes.

Resumo: Objetivo A viabilidade e o sucesso de colonização de propágulos por uma espécie invasora podem depender de vários fatores, tais como: o tamanho da planta parental e a massa fresca dos propágulos. Nesse contexto, testou-se (i) o efeito da origem de propágulos (plantas parentais grandes e pequenas); (ii) a posição do fragmento da planta parental (apical, intermediário e basal) sobre o desenvolvimento inicial de novos brotos de Urochloa arrecta; e (iii) se o sucesso de regeneração de U. arrecta estava relacionado com a massa fresca dos propágulos oriundos de plantas parentais grandes e pequenas. Métodos Conduziu-se um experimento, no qual 16 indivíduos de U. arrecta foram separados em dois grupos: (i) oito “grandes” (indivíduos com ± 1,5 m) e oito “pequenos” (indivíduos com ± 0,6 m). Para cada indivíduo, três fragmentos com dois nós foram cortados (considerados “propágulos”) da porção apical, intermediário e basal e massa fresca (g), comprimento (cm) e distância entre os dois nós (cm) de todos os propágulos de U. arrecta foram mesurados. Além disso, após a experimentação, foram realizadas medidas de massa seca (g) e comprimento (cm) dos brotos de U. arrecta gerados a partir dos propágulos. Resultados Indivíduos parentais grandes produziram brotos com maior comprimento e massa (seca). Ao contrário, a posição da porção dos propágulos não influenciou significativamente o desenvolvimento de brotos. Porém, a massa fresca do propágulo de plantas parentais pequenas apresentou correlação positiva e significativa com a massa seca dos brotos gerados. Conclusões O tamanho do indivíduo parental é um importante determinante no desenvolvimento de novos brotos da espécie invasora U. arrecta. Além disso, a massa fresca dos propágulos possui uma influência positiva e significativa no sucesso de U. arrecta para propágulos provindos de plantas parentais pequenas. Ressalta-se que todos os propágulos foram viáveis, o que poderia explicar as razões para esta planta ser uma invasora bem-sucedida.

Abstract: Aim Viability and successful colonization of propagules by an invasive species may depend on several factors, such as parental plant size and propagules’ fresh mass. Here, we tested (i) the effects of propagules’ origin (from large and small parental plants); (ii) the position in the parental stem (apical, intermediate and basal) on the early development of the new sprouts of Urochloa arrecta; and (iii) if the regeneration success of U. arrecta was related with propagule fresh mass that comes from large or small parental plants. Methods We selected 16 individuals of U. arrecta and separated them in two groups: (i) eight “large” (stem ± 1.5 m) and (ii) eight “small” (stem ± 0.6 m). For each individual, we cut three fragments with two nodes (considered as the “propagule”) from the apical, intermediate and basal portions of the stem and we measured the fresh mass (g), length (cm) and distance between the two nodes (cm) of all propagules of U. arrecta. In addition, after the experimentation, we measured the dry mass (g) and length (cm) of each new sprout of U. arrecta generated from each propagule. Results We found that large parental individuals produced sprouts with longer length and greater dry mass. In contrast, the position in the parental stem did not significant influence the development of sprouts in U. arrecta. In addition, the propagule fresh mass played a role in the development of sprouts just for propagules from small parental plants. Conclusions We found that the size of the parental individual is an important determinant of the development of new sprouts of this invasive species and the propagule fresh mass has a positive and significant influence in the success of U. arrecta only for propagules from smaller parental plants. We highlight that all propagules were viable, which could explain the reasons for this plant to be a successful invader.

ResumoObjetivo: Para testar suscetibilidade de invasão dos ecossistemas aquáticos por uma espécie exótica, nós utilizamos a macrófita invasora Urochloa arrecta, que tem invadido muitos corpos aquáticos neotropicais e reduzido a biodiversidade desses hábitats. O vasto crescimento dessa macrófita pode ser relacionado com sua afinidade por sedimentos ricos em lama, que ocorrem primariamente em canais secundários de rios e hábitats lênticos.MétodosPara testar essa hipótese, nós cultivamos U. arrecta em bandejas com diferentes porcentagens de lama e mensuramos o comprimento e a biomassa das plantas após 75 dias.ResultadosNossos resultados mostraram uma relação positiva e significante entre a porcentagem de lama no sedimento e nitrogênio, fósforo e matéria orgânica. O comprimento e biomassa das plantas aumentaram significativamente e continuamente com o aumento da porcentagem de lama, indicando que o crescimento dessa espécie não é limitado mesmo nos níveis mais altos de lama, que são mostrados como potencialmente tóxicos para outras espécies de macrófitas. Assim, é provável que sítios ricos em areia, como canais de rios, são menos vulneráveis a invasão por essa espécie do que sítios relativamente ricos em lama, como lagos.ConclusõesEsses resultados indicam que ecossistemas relativamente ricos em lama deveriam ser priorizados em programas de monitoramento para prevenir a invasão por essa espécie. Além disso, o lento desenvolvimento dessa espécie em sedimentos arenosos abre uma janela potencial para o seu manejo, pelo menos em escalas espaciais menores. Entretanto, apesar do crescimento reduzido de U. arrecta em sedimentos arenosos, essa gramínea é capaz de crescer em diversos tipos de sedimentos, o que explica sua dispersão em uma variedade de hábitats em ecossistemas de água doce neotropicais.

Aim: To test the invasibility of aquatic ecosystems by an exotic species, we used the invasive macrophyte Urochloa arrecta, which has invaded many Neotropical waterbodies and has reduced biodiversity in these habitats. The extensive growth of this macrophyte can be related to its affinity for mud-rich sediments, which occur primarily in secondary river channels and lentic habitats.MethodsTo test this hypothesis, we cultivated U. arrecta in trays with different percentages of mud and we measured the sprout length and biomass of the plants after 75 days.ResultsOur results showed a positive and significant relationship between sediment mud percentage and nitrogen, phosphorus and organic matter. Both plant length and biomass increased significantly and continuously with increasing mud content, indicating that the growth of this species is not limited even at the highest levels of mud, which is shown to be toxic for other species of macrophytes. Thus, it is probable that sand-rich sites, such as river shores, are less vulnerable to invasion by this species than relatively mud-rich sites, such as lakes.ConclusionsThis finding indicates that relatively mud-rich ecosystems should be prioritised in monitoring programs to prevent invasion by this species. In addition, the slow development of this species in sandy sediments opens a potential window for its management, at least on small spatial scales. However, despite the reduced growth of U. arrecta in sand-rich sediments, this grass is able to grow in several types of sediments, which explains its spread in a variety of habitats in Neotropical freshwater ecosystems.