Patterns at Multi-Spatial Scales on Tropical Island Stream Insect Assemblages (Gorgona Island Natural National Park, Colombia, Tropical Eastern Pacific)

Abstract

ABSTRACT: Tropical Eastern Pacific island streams (TEPis) differ from other neotropical streams in their rainy climate, mixed sedimentary-volcanic geology and faunal composition. Yet, their relationships between environmental characteristics and stream biota remain unexplored. We analyzed the environmental subject at three spatial scales using a fully nested sampling design (6 streams, 2 reaches within each stream, 2 habitats within each reach, and 4 replicates per habitat) on Gorgona Island (Colombia). Sampling was carried out in two months with contrasting rainfall during early 2009. We studied the spatial variation of assemblage composition and density along with 27 independent variables within two contrasting rainfall conditions. Five stream-scale variables, two reach-scale variables, and five habitat-scale variables were selected using a Canonical Correspondence Analysis (CCA). A partial CCA showed that the total variance explained was 13.98%, while stream- and habitat-scale variables explained the highest proportion of the variance (5.74 and 5.01%, respectively). Dissolved oxygen (as affected by rainfall), high-density use zone (a management category), and sedimentary geology were the best descriptors of insect assemblages. The two latter descriptors affected fine-scale variables such as total benthic organic matter and gravel substratum, respectively. A Nested ANOVA showed significant differences in total density and richness among streams and habitats, and significant differences between the two sampling months regardless of the spatial scale. The evenness showed a significant stream- and habitat-dependent temporal variability. These results suggested that rainfall regime in Gorgona Island might be a driver of insect assemblage dynamics mediated by water chemistry and substratum properties. Spatial assemblage variability here is greater within habitats (among samples), and a minor fraction occurs at habitat- and stream-scales, while no longitudinal pattern was observed probably due to the short courses. Temporal variability should be further studied relative to rainfall and discharge regimes.

RESUMEN: Las quebradas insulares del Pacífico Tropical Oriental difieren de otras quebradas neotropicales en términos de regímenes de lluvia, geología sedimentaria-volcánica, y composición faunística; pero la relación entre características ambientales y la biota de estas quebradas insulares permanece inexplorada. En este estudio, conducido en Isla Gorgona, se analizó el efecto restrictivo de 27 variables ambientales sobre la distribución, composición y densidad de los insectos acuáticos en tres escalas espaciales; se consideraron además diferencias en las intensidades de la lluvia entre los muestreos. Los muestreos se realizaron en 2009, en dos meses con intensidades de lluvia contrastantes; se siguió un diseño muestral anidado (6 quebradas, 2 tramos en cada quebrada, 2 hábitats en cada tramo, y 4 réplicas por hábitat). En un ACC fueron seleccionadas 5 variables operando a la escala-quebrada, 2 a la escala-tamo y 5 a la escala-hábitat. Un ACC parcial mostró que la varianza total explicada fue de 13.98%; las variables de las escalas hábitat y quebrada explicaron la mayor proporción (5.74 y 5.01%, respectivamente). Los mejores descriptores del “ensamblaje” fueron, oxígeno disuelto (influenciado por la lluvia), zona de alta densidad de uso y geología sedimentaria. Las dos últimas afectaron variables de escalas menores tales como, materia orgánica béntica y sustrato de gravas. Un ANOVA anidado presentó diferencias significativas de densidad total y de riqueza entre quebradas y hábitats, así como entre meses. La equidad mostró una variabilidad temporal significante dependiente de la quebrada y del hábitat. Se sugiere que el régimen de lluvia podría ser el conductor principal de las dinámicas, pues influye en la química del agua y en las propiedades de los sustratos. La variabilidad espacial de la composición y la estructura es mayor dentro de los hábitats (entre las muestras), y en menor proporción en las escalas quebrada y hábitat. No se definió un patrón longitudinal debido probablemente a la corta longitud de las quebradas. La variabilidad temporal debe ser estudiada a fondo en función de los regímenes de lluvia y de descarga.