Spatial patterns and ecological determinants of the diatom communities in an Alpine flowregime river (Adige River, North-Eastern Italy). Implications for the ecological status’ assessment

Abstract

Diatoms are aquatic organisms that have long been used for water quality assessment, because they have a number of distinctive features, including high diversity prominently in watercourses and relatively strict preferences for various environmental factors. They can therefore reflect a tight coupling between the community and the environment. A prerequisite for robust and trustworthy indication of ecological condition is, however, a proper understanding of underlying ecological and evolutionary processes affecting both the species regional distribution and local abundance. Nowadays, ecologists have started to consider the large geographical scale of rivers and this is consistent with the need to examine both chemical, physical and biological factors involved in these systems that are affecting the diatom communities concurrently. In the case of watercourses highly modified by hydrological parameters (e.g. discharge and its related variables such as turbidity, dry weight and temperature) like the Adige river (North-Eastern Italy) this effect could be even more pronounced. With these premises, the specific aims of this research are:

1- Assessment of the main biotic and abiotic drivers affecting the composition and temporal dynamics of the diatom communities in the River Adige. Benthic diatom communities have a spatial and temporal variation: it follows that we need to assess these factors simultaneously. In addition, most researches up to date have focused only on a limited component of the diatom community (e.g. the epilithon) almost completely neglecting the other ones (epipelon, epiphyton and epipsammon); 2- Evaluation of diatom assemblage structures and its drivers at the light of bio-monitoring techniques. Increased ecological knowledge of these organisms is needed for increasing accuracy, precision and fairness of ecological assessments. Much has been said about this topic but there are still some uncertainties to be discussed: there are few studies which have properly addressed the small-scale (e.g. within-riffle scale) and even fewer that have studied impaired water courses’ diatom communities; 3- Provide a framework of knowledge on diatoms’ autoecology which is the first step to further deal with these organisms. There is a scarcity of such studies and this turns in consequently hampering of the prediction of changes in resource requirements and endangering of the tout-court application of diatom indices. Little is known about diatom ecology, biology and the factors driving diatom species diversity and geographic distribution (Mann, 1999; Chepurnov et al.,2004): especially in impacted environments and this could lead to ecological biases. It has to be kept in mind that the relationship between diatom species composition and prevailing hydraulic conditions is one of the original research problems in periphyton ecology; 4- These results will be worked out also as contributions to the exploration of diatom index based on phytoplankton that could help figuring the potential of this community in water quality assessment. Le diatomee sono organismi acquatici tati a lungo usati per il monitoraggio biologico, dal momento che hanno molte caratteristiche distinctive, quali un’alta diversità specifica (specialmente nei corsi d’acqua) e preferenze relativamente selettive per i vari fattori ambientali. Pertanto, questi organismi possono riflettere un forte nesso tra le comunità e l’ambiente. Un requisito per un biomonitoraggio robusto ed affidabile è, comunque, una appropriata comprensione dei processi ecologici ed evolutivi che sottostanno alla distribuzione delle specie e alla loro abbondanza locale. Al giorno d’oggi, gli ecologi hanno cominciato a considerare i fiumi con una visione geografica di largo raggio e ciò rende atto della necessità di esaminare sia i fattori chimici, che fisici che biologici di questo sistema, i quali influiscono simultaneamente sulle comunità diatomiche. Nel caso di corsi d’acqua altamente modificati dalle variabili idrologiche (ovvero dalla portata e dalle sue variabili correlate ossia torbidità, per secco e temperatura) quali il fiume Adige (nord-est Italia), questo effetto può essere molto importante. Con queste premesse, gli obbiettivi specifici della mia ricerca sono: 1- Studio delle principali variabili biotiche ed abiotiche che influiscono sulla composizione e sulle variabili temporali delle comunità diatomiche del fiume Adige. Le comunità di diatomee bentoniche hanno una variazione spaziale e temporale: ne consegue che dobbiamo studiare gli effetti simultanei di questi fattori. In aggiunta, molte ricerche si sono concentrate solo su una delle componenti spaziali (epilithon) quasi completamente ignorando le altre (epipelon, epipsammon e epifiton); 2- Studio delle comunità diatomiche e delle sue variabili forzanti alla luce delle tecniche di biomonitoraggio con diatomee. Una maggiore conoscenza ecologica di questi organismi è necessaria per aumentare l’accuratezza, la precisione e la validità di queste tecniche. Molto è stato detto a proposito ma alcune incertezze rimangono ancora da chiarire: ci sono pochi studi che hanno studiato le variazioni a piccola scala e ancora meno sono le ricerche che hanno studiato le comunità di corsi d’acqua modificati; 3- Fornire conoscenze ecologiche di base (autoecologia) che costituiscono il punto d’inizio per le ricerche su questi organismi. Vi è una scarsità di questi studi e ciò influisce sulle dinamiche ecologiche e rende difficile l’applicazione tout-court degli indici diatomici. Poco si sa sull’ecologia e sulla biologia di questi organismi e ancora meno sulla loro diversità e distribuzione geografica Mann, 1999; Chepurnov et al.,2004): in special modo in ambienti altamente modificati ciò può portare ad assunzioni ecologiche errate. E’ da ricordare che la relazione tra le composizioni specifiche di diatomee e le condizioni idrologiche è uno dei problemi fondamentali della ricerca ecologica; 4- Questi risultati contribuiranno all’elaborazione di un indice diatomico basato su campioni fitoplanctonici in modo che venga evidenziato il potenziale di questa comunità nel monitoraggio biologico.