Benthic macroinvertebrate diversity influences stream food web dynamics, nutrient cycling and material exchange between the benthos and the water column. Stream bioassessment has moved to the forefront of water quality monitoring in terms of benthic macroinvertebrate diversity in the recent past. The objectives of this study were to determine optimum subsample size and level of taxonomic resolution necessary to accurately and precisely describe macroinvertebrate diversity in streams flowing in the Piedmont province of the James River watershed in Virginia. Forty-nine sampling sites were selected from streams within the Piedmont Physiographic Province of the James River watershed. Ten sites were randomly selected to have all macroinvertebrates in the sample identified to the genus level whenever possible. Optimum subsampling intensities and Virginia Stream Condition Index (VSCI) metrics and scores were determined. For samples with the total number of individuals at less than 500, the genus level of taxonomy provided lower overall optimum subsampling intensities. However, for samples with total individuals over 1000, optimum subsampling intensities at the genus level of taxonomy were higher than the family level for more than 50% of the metrics. For both family and genus levels of taxonomy, the majority of optimum subsampling intensities were well over 50% of the total individuals in the sample, with some as high as 100% of the individuals. While optimum subsampling intensities were valuable in comparing family and genus level taxonomy, they are not reasonable for stream bioassessment protocols; the cost:benefit ratio would be highly unbalanced. A minimum subsample size of 200 individuals is optimum for determining VSCI scores, while optimum taxonomic resolution is dependent on several factors. Thus, the level of taxonomic resolution for a particular study should be determined by the study objectives, level of site impairment and sample size.

Sandy beaches are often highly allochthonous, depending on external subsidies of carbon and nutrients. Despite this, sandy beach macrofaunal assemblages have received little attention regarding their response to enhanced primary productivity generated from coastal upwelling. This thesis investigates the influence of upwelling on macrofaunal assemblages over a variety of spatial and temporal scales. Spatially, four regions were examined across two biogeographic provinces to remove temperature as a confounding factor, and limit biogeography-specific effects. A nested hierarchical design enabled both large and small scales to be examined and generalities about upwelling effects across multiple areas to be considered. Sampling was conducted in two seasons, and over two years, to test the persistence of any effects. Biogeography and region had the strongest influences on macrofaunal biodiversity. Upwelling influenced macrofaunal assemblages in every region when analyses were conducted at the species level. However, the particular effect, positive or negative, differed among regions depending on local factors, and between the response variables, abundance and biomass. Coarser scales of taxonomy, feeding guild and developmental mode were investigated; however, the influence of upwelling generally became weaker and more varied, and occasionally disappeared. Seasonality was greater on the South Coast but was still important in some analyses on the West Coast. At the small-scale, variation within-beaches was lower than between beaches, assemblage structure remained stable over time, and consistent zonation was not present. The influence of temperature on filtration rate and oxygen consumption of Donax serra was investigated to test a driving mechanism for assemblage responses to upwelling. Feeding ability was significantly reduced at colder temperatures indicating an important factor which may be involved in determining assemblage structure. These results suggest that alterations to upwelling regimes predicted under climate change scenarios will impact sandy beach macrofauna, however the specific outcome will depend on multiple contextual factors.

Nesta tese avaliei a relação entre a classificação de riachos em tipos de rios baseados nas suas características abióticas com a comunidade de macroinvertebrados. Especificamente, avaliei as seguintes questões: 1) Como as escalas de trecho de rio (local) e de bacia hidrográfica (regional) influenciam as comunidades? 2) As classificações de rios baseadas em variáveis abióticas são concordantes com aquelas baseadas em macroinvertebrados? 3) As respostas das comunidades de macroinvertebrados são similares quando diferentes abordagens de classificação são usadas? Por fim, 4) De que forma a resolução taxonômica e o tratamento dos dados influenciam as perguntas 2 e 3? Este estudo foi realizado em 38 riachos, numa área de 282 mil km2 no Rio Grande do Sul. As distâncias entre os riachos variaram entre 15 a 670 km. As variáveis físicas e químicas dos rios foram obtidas em trechos de 50 metros de extensão. A bacia hidrográfica de cada trecho foi delimitada e o uso da terra, tipo de solo e o relevo foram obtidos por meio de SIG. A tese traz uma “Apresentação geral” como Introdução. O capítulo 1 cobre a revisão da literatura e foi publicado na revista Ciência e Ambiente. O capítulo 2 apresenta a relação das variáveis ambientais e do espaço (distância geográfica) com a comunidade de macroinvertebrados. Como principal resultado, observou-se que o ambiente explica a maior parte da variação da distribuição na comunidade de macroinvertebrados, sendo que o efeito do ambiente é dependente da resolução taxonômica utilizada. No capítulo 3 avaliei a concordância entre classificações bióticas e abióticas. Avaliamos concomitantemente o efeito da resolução taxonômica, tipo de dado e da escala (trecho de rio x bacia hidrográfica). Tanto o tipo de dado quanto a resolução taxonômica influenciaram os resultados, sendo a classificação baseada nos dados no nível de família o único concordante com a classificação baseada em dados abióticos (duas escalas juntas). Outro importante resultado obtido foi a observação de que em uso de diferentes escalas, separadamente, verifica-se que a concordância se deu apenas para a escala de bacia hidrográfica, desde que para abundância no nível de gênero e presença/ausência no nível de família. No capítulo 4 verifiquei a relação da comunidade de macroinvertebrados com cinco sistemas de classificações de rios. As duas primeiras são baseadas em hidrorregiões, a terceira, em ecorregiões aquáticas da FEOW, a quarta deriva das ordens dos rios e a quinta é resultado do agrupamento de variáveis ambientais medidas localmente e regionalmente. Os resultados demonstram que a classificação baseada em variáveis ambientais se apresentou como o melhor sistema de classificação dos rios amostrados. Também avaliamos o tipo de dado e resolução taxonômica. Novamente a resolução taxonômica foi importante para os resultados obtidos e os dados de gênero obtiveram os melhores resultados. Por fim, na última parte da tese são apresentadas as considerações finais. / This thesis evaluated the relationships between stream classifications according to their abiotic characteristics and macroinvertebrate stream assemblages. Specifically, I asked the following questions: 1) How the macroinvertebrate communities are related with stream reach and catchment scales ? 2) Are the streams classifications with biotic and abiotic approach congruent? 3) Are there similar responses of macroinvertebrate assemblages when different classification approaches are used? 4) Can the taxonomic resolution and data type (abundance and presence/absence) to influence the results? This study was conducted in 38 streams, with distances among streams ranged from 15 to 670 km at an area of 282.000 km2 in Rio Grande do Sul state. The chemical and physical variables were obtained at a 50 m reach in each stream. The catchment was delimited and land use, soil coverage and relief were obtained using GIS tools. The thesis includes an “overview” as introduction. Chapter 1 covers the literature review and was published on Ciência e Ambiente. The Chapter 2 shows the relationship of environmental variables and space (distance among streams) with macroinvertebrate assemblages. The main result was that the environment accounted for most of the variation on the distribution of macroinvertebrate assemblages and this effect was dependent of the taxonomic resolution. In chapter 3 I evaluated the concordance between the abiotic and biotic classifications as well as the effect of the numerical and taxonomic resolution and the scale (stream reach x catchment). The results are dependent of the taxonomic resolution and dada type. The most important result was the effect of taxonomic resolution on the concordance between biotic and abiotic classifications. The classification based on macroinvertebrate family data was the only biotic classification concordant with the classification based on abiotic data. Another important result is that different scales, when used separately, only catchment classification was concordant with biotic one, and this result was dependent of both taxonomic and dada type. In chapter 4 we assessed the relationship of macroinvertebrate assemblages with five stream classifications. The first two is based on catchments grouped in hydrologic units, the third is based in freshwater ecoregions of FEOW, the fourth is based on stream orders and the fifth is result by cluster of environmental variables get on stream reach and catchment scales. That classification based on environmental variables had the higher scores than others classification by Classification Strength approach. The taxonomic and numeric resolutions were also evaluated. The taxonomic resolution was important to the results obtained, and genera data show the best scores. In the last part of the thesis are presented the conclusion remarks.

Nesta tese avaliei a relação entre a classificação de riachos em tipos de rios baseados nas suas características abióticas com a comunidade de macroinvertebrados. Especificamente, avaliei as seguintes questões: 1) Como as escalas de trecho de rio (local) e de bacia hidrográfica (regional) influenciam as comunidades? 2) As classificações de rios baseadas em variáveis abióticas são concordantes com aquelas baseadas em macroinvertebrados? 3) As respostas das comunidades de macroinvertebrados são similares quando diferentes abordagens de classificação são usadas? Por fim, 4) De que forma a resolução taxonômica e o tratamento dos dados influenciam as perguntas 2 e 3? Este estudo foi realizado em 38 riachos, numa área de 282 mil km2 no Rio Grande do Sul. As distâncias entre os riachos variaram entre 15 a 670 km. As variáveis físicas e químicas dos rios foram obtidas em trechos de 50 metros de extensão. A bacia hidrográfica de cada trecho foi delimitada e o uso da terra, tipo de solo e o relevo foram obtidos por meio de SIG. A tese traz uma “Apresentação geral” como Introdução. O capítulo 1 cobre a revisão da literatura e foi publicado na revista Ciência e Ambiente. O capítulo 2 apresenta a relação das variáveis ambientais e do espaço (distância geográfica) com a comunidade de macroinvertebrados. Como principal resultado, observou-se que o ambiente explica a maior parte da variação da distribuição na comunidade de macroinvertebrados, sendo que o efeito do ambiente é dependente da resolução taxonômica utilizada. No capítulo 3 avaliei a concordância entre classificações bióticas e abióticas. Avaliamos concomitantemente o efeito da resolução taxonômica, tipo de dado e da escala (trecho de rio x bacia hidrográfica). Tanto o tipo de dado quanto a resolução taxonômica influenciaram os resultados, sendo a classificação baseada nos dados no nível de família o único concordante com a classificação baseada em dados abióticos (duas escalas juntas). Outro importante resultado obtido foi a observação de que em uso de diferentes escalas, separadamente, verifica-se que a concordância se deu apenas para a escala de bacia hidrográfica, desde que para abundância no nível de gênero e presença/ausência no nível de família. No capítulo 4 verifiquei a relação da comunidade de macroinvertebrados com cinco sistemas de classificações de rios. As duas primeiras são baseadas em hidrorregiões, a terceira, em ecorregiões aquáticas da FEOW, a quarta deriva das ordens dos rios e a quinta é resultado do agrupamento de variáveis ambientais medidas localmente e regionalmente. Os resultados demonstram que a classificação baseada em variáveis ambientais se apresentou como o melhor sistema de classificação dos rios amostrados. Também avaliamos o tipo de dado e resolução taxonômica. Novamente a resolução taxonômica foi importante para os resultados obtidos e os dados de gênero obtiveram os melhores resultados. Por fim, na última parte da tese são apresentadas as considerações finais. / This thesis evaluated the relationships between stream classifications according to their abiotic characteristics and macroinvertebrate stream assemblages. Specifically, I asked the following questions: 1) How the macroinvertebrate communities are related with stream reach and catchment scales ? 2) Are the streams classifications with biotic and abiotic approach congruent? 3) Are there similar responses of macroinvertebrate assemblages when different classification approaches are used? 4) Can the taxonomic resolution and data type (abundance and presence/absence) to influence the results? This study was conducted in 38 streams, with distances among streams ranged from 15 to 670 km at an area of 282.000 km2 in Rio Grande do Sul state. The chemical and physical variables were obtained at a 50 m reach in each stream. The catchment was delimited and land use, soil coverage and relief were obtained using GIS tools. The thesis includes an “overview” as introduction. Chapter 1 covers the literature review and was published on Ciência e Ambiente. The Chapter 2 shows the relationship of environmental variables and space (distance among streams) with macroinvertebrate assemblages. The main result was that the environment accounted for most of the variation on the distribution of macroinvertebrate assemblages and this effect was dependent of the taxonomic resolution. In chapter 3 I evaluated the concordance between the abiotic and biotic classifications as well as the effect of the numerical and taxonomic resolution and the scale (stream reach x catchment). The results are dependent of the taxonomic resolution and dada type. The most important result was the effect of taxonomic resolution on the concordance between biotic and abiotic classifications. The classification based on macroinvertebrate family data was the only biotic classification concordant with the classification based on abiotic data. Another important result is that different scales, when used separately, only catchment classification was concordant with biotic one, and this result was dependent of both taxonomic and dada type. In chapter 4 we assessed the relationship of macroinvertebrate assemblages with five stream classifications. The first two is based on catchments grouped in hydrologic units, the third is based in freshwater ecoregions of FEOW, the fourth is based on stream orders and the fifth is result by cluster of environmental variables get on stream reach and catchment scales. That classification based on environmental variables had the higher scores than others classification by Classification Strength approach. The taxonomic and numeric resolutions were also evaluated. The taxonomic resolution was important to the results obtained, and genera data show the best scores. In the last part of the thesis are presented the conclusion remarks.

Nesta tese avaliei a relação entre a classificação de riachos em tipos de rios baseados nas suas características abióticas com a comunidade de macroinvertebrados. Especificamente, avaliei as seguintes questões: 1) Como as escalas de trecho de rio (local) e de bacia hidrográfica (regional) influenciam as comunidades? 2) As classificações de rios baseadas em variáveis abióticas são concordantes com aquelas baseadas em macroinvertebrados? 3) As respostas das comunidades de macroinvertebrados são similares quando diferentes abordagens de classificação são usadas? Por fim, 4) De que forma a resolução taxonômica e o tratamento dos dados influenciam as perguntas 2 e 3? Este estudo foi realizado em 38 riachos, numa área de 282 mil km2 no Rio Grande do Sul. As distâncias entre os riachos variaram entre 15 a 670 km. As variáveis físicas e químicas dos rios foram obtidas em trechos de 50 metros de extensão. A bacia hidrográfica de cada trecho foi delimitada e o uso da terra, tipo de solo e o relevo foram obtidos por meio de SIG. A tese traz uma “Apresentação geral” como Introdução. O capítulo 1 cobre a revisão da literatura e foi publicado na revista Ciência e Ambiente. O capítulo 2 apresenta a relação das variáveis ambientais e do espaço (distância geográfica) com a comunidade de macroinvertebrados. Como principal resultado, observou-se que o ambiente explica a maior parte da variação da distribuição na comunidade de macroinvertebrados, sendo que o efeito do ambiente é dependente da resolução taxonômica utilizada. No capítulo 3 avaliei a concordância entre classificações bióticas e abióticas. Avaliamos concomitantemente o efeito da resolução taxonômica, tipo de dado e da escala (trecho de rio x bacia hidrográfica). Tanto o tipo de dado quanto a resolução taxonômica influenciaram os resultados, sendo a classificação baseada nos dados no nível de família o único concordante com a classificação baseada em dados abióticos (duas escalas juntas). Outro importante resultado obtido foi a observação de que em uso de diferentes escalas, separadamente, verifica-se que a concordância se deu apenas para a escala de bacia hidrográfica, desde que para abundância no nível de gênero e presença/ausência no nível de família. No capítulo 4 verifiquei a relação da comunidade de macroinvertebrados com cinco sistemas de classificações de rios. As duas primeiras são baseadas em hidrorregiões, a terceira, em ecorregiões aquáticas da FEOW, a quarta deriva das ordens dos rios e a quinta é resultado do agrupamento de variáveis ambientais medidas localmente e regionalmente. Os resultados demonstram que a classificação baseada em variáveis ambientais se apresentou como o melhor sistema de classificação dos rios amostrados. Também avaliamos o tipo de dado e resolução taxonômica. Novamente a resolução taxonômica foi importante para os resultados obtidos e os dados de gênero obtiveram os melhores resultados. Por fim, na última parte da tese são apresentadas as considerações finais. / This thesis evaluated the relationships between stream classifications according to their abiotic characteristics and macroinvertebrate stream assemblages. Specifically, I asked the following questions: 1) How the macroinvertebrate communities are related with stream reach and catchment scales ? 2) Are the streams classifications with biotic and abiotic approach congruent? 3) Are there similar responses of macroinvertebrate assemblages when different classification approaches are used? 4) Can the taxonomic resolution and data type (abundance and presence/absence) to influence the results? This study was conducted in 38 streams, with distances among streams ranged from 15 to 670 km at an area of 282.000 km2 in Rio Grande do Sul state. The chemical and physical variables were obtained at a 50 m reach in each stream. The catchment was delimited and land use, soil coverage and relief were obtained using GIS tools. The thesis includes an “overview” as introduction. Chapter 1 covers the literature review and was published on Ciência e Ambiente. The Chapter 2 shows the relationship of environmental variables and space (distance among streams) with macroinvertebrate assemblages. The main result was that the environment accounted for most of the variation on the distribution of macroinvertebrate assemblages and this effect was dependent of the taxonomic resolution. In chapter 3 I evaluated the concordance between the abiotic and biotic classifications as well as the effect of the numerical and taxonomic resolution and the scale (stream reach x catchment). The results are dependent of the taxonomic resolution and dada type. The most important result was the effect of taxonomic resolution on the concordance between biotic and abiotic classifications. The classification based on macroinvertebrate family data was the only biotic classification concordant with the classification based on abiotic data. Another important result is that different scales, when used separately, only catchment classification was concordant with biotic one, and this result was dependent of both taxonomic and dada type. In chapter 4 we assessed the relationship of macroinvertebrate assemblages with five stream classifications. The first two is based on catchments grouped in hydrologic units, the third is based in freshwater ecoregions of FEOW, the fourth is based on stream orders and the fifth is result by cluster of environmental variables get on stream reach and catchment scales. That classification based on environmental variables had the higher scores than others classification by Classification Strength approach. The taxonomic and numeric resolutions were also evaluated. The taxonomic resolution was important to the results obtained, and genera data show the best scores. In the last part of the thesis are presented the conclusion remarks.

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:21:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernanda_Carneiro.pdf: 770577 bytes, checksum: ecd73b29cfa1d3a59407aa0869b0fc54 (MD5) Previous issue date: 2007-12-11 / Classification systems are necessary to organize the huge complexity of biological systems. Frequently, these systems are useful to studies focusing on environmental monitoring, conservation plans and biodiversity assessments. Studies on phytoplankton ecology are, in general, conducted with the identification of organisms up to the species level. This is a costly, laborious and complex task that demands experienced biologists. However, for some purposes, higher taxonomic levels may be enough, mainly when main trends are identified by either data at low or higher resolution (taxonomic and numeric). In this study, it was evaluated if the temporal trajectories described by a lotic phytoplankton community, which were first summarized by an ordination technique, were dependent or not on the taxonomic/numerical resolution used to represent the data. The phytoplankton classification system in functional groups was also contrasted against simple taxonomic classifications in order to verify if they really offer distinct patterns of ordination. Procrustean analyses indicated that patterns of ordination generated by incidence data of genus were significantly concordant with the patterns generated by density of species. Temporal trajectories of scores derived from functional groups significantly matched those derived from analyses based on the quantitative data (density or biovolume) of genus or family. Thus, at least for the system investigated here, the complexities associated with this classification criterion may be unwarranted. In general, the results indicated that some simplifications were justifiable, mainly when one takes into account the need of uninterrupted biomonitoring programs over large spatial scales in a continental-sized country, with increasing environmental problems, and with a paucity of scientists / Os sistemas de classificação são necessários para organizar a grande complexidade das informações biológicas. Freqüentemente, esses sistemas são utilizados para estudos de monitoramento ambiental, planos de conservação e avaliação da biodiversidade. Estudos sobre ecologia de fitoplâncton são, em geral, conduzidos com a identificação dos organismos em nível de espécie. Contudo, para alguns objetivos, maiores níveis taxonômicos podem ser suficientes, principalmente quando as principais tendências são identificadas por dados com baixas resoluções (taxonômica e numérica). Nesse estudo, a trajetória temporal da comunidade fitoplanctônica de um ecossistema lótico que foi, primeiramente, sumarizada por uma técnica de ordenação, foi utilizada para avaliar os efeitos da resolução taxonômica/numérica dos dados. O sistema de classificação do fitoplâncton em grupos funcionais também foi comparado com a classificação taxonômica. A análise de Procrustes indicou que o padrão de ordenação gerado pelos dados de incidência de gêneros foi significativamente concordante com o padrão gerado com os dados de densidade de espécies. As trajetórias temporais dos escores derivados de grupos funcionais foram significativamente associadas com as trajetórias dos escores obtidas com dados quantitativos (densidade ou biovolume) de gêneros ou famílias. Assim, ao menos para o sistema aquático investigado nesse estudo, o aumento da complexidade associado com esta classificação é um critério injustificável. Em geral, os resultados indicaram a validade de algumas simplificações para o estudo do fitoplâncton, principalmente quando se considera a necessidade de garantir a continuidade dos programas de biomonitoramento em grandes escalas espaciais e em um país com dimensões continentais, que apresenta crescentes problemas ambientais e com carência de recursos humanos qualificado