ASSESSMENT OF STREAM ENVIRONMENTAL CONDITION USING FISH-BASED METRICS IN A PROTECTED AREA AND ITS DISTURBED BUFFER ZONE, NORTHEASTERN ATLANTIC RAINFOREST

Authors

DOI:

https://doi.org/10.4257/oeco.2022.2603.05

Keywords:

Bioindicators, Conservation, Freshwater, Multimetric index

Abstract

The susceptibility of streams to anthropogenic interference raises the need for continuous assessment of their environmental condition. From early studies to recent approaches, metrics derived from fish assemblages have proven to be fundamental tools in evaluating the ecological condition of watercourses. We assessed the environmental degradation of streams inside and surrounding the Córrego Grande Biological Reserve, state of Espírito Santo, Brazil, to develop and apply a biotic index for this region based on fish metrics. We performed samplings in 19 stream sites along 2012, 2018 and 2019, and collected 24 species belonging to five orders, 11 families, and 21 genera. The sites were classified as least-disturbed (N = 9, all within the protected area), intermediate (N = 8), and most-disturbed (N = 2). Ordination analyses distinctly separated the sites according to their disturbance classes, revealing that the percentage of native vegetation cover in 100 m buffers and type of riparian vegetation played an important role in the environmental quality of these sites. From the initial 38 metrics, three were able to distinguish between disturbance classes: percentage of Siluriformes and Characiformes species, percentage of nektonic species, and percentage of omnivorous individuals. Our results show that these metrics are significant factors to be considered in monitoring the environmental degradation of Atlantic Forest streams.

References

Abell, R., Thieme, M. L., Revenga, C., Bryer, M., Kottelat, M., Bogutskaya, N., Coad, B., Mandrak, N., Balderas, S.C., Bussing, W., Stiassny, M. L. J., Skelton, P., Allen, G. R., Unmack, P., Naseka, A., Ng, R., Sindorf, N., Robertson, J., Armijo, E., Higgins, J. V., Heibel, T. J., Wikramanayake, E., Olson, D., López, H. L., Reis, R. E., Lundberg, J. G., Pérez, M. H. S., & Petry, P. 2008. Freshwater ecoregions of the world: a new map of biogeographic units for freshwater biodiversity conservation. Bioscience, 58(5), 403–414. DOI: 10.1641/B580507

Alvares, C. A., Stape, J. L., Sentelhas, P. C., de Moraes, J. L. G., & Sparovek, G. 2013. Köppen’s climate classification map for Brazil. Meteorologische Zeitschrift, 22(6), 711–728. DOI: 10.1127/0941-2948/2013/0507

Araújo, F.G. 1998. Adaptação do índice de integridade biótica usando a comunidade de peixes para o rio Paraíba do Sul. Revista Brasileira de Biologia, 58(4), 547–558. DOI: 10.1590/S0034-71081998000400002

Ávila, M. P., Carvalho, R. N., Casatti, L., Simião-Ferreira, J., Morais, L. F., & Teresa, F. B. 2018. Metrics derived from fish assemblages as indicators of environmental degradation in Cerrado streams. Zoologia (Curitiba), 35, 1–8. DOI: 10.3897/zoologia.35.e12895

Barletta, M., Jaureguizar, A. J., Baigun, C., Fontoura, N. F., Agostinho, A. A., Almeida-Val, V. M. F., Val, A. L., Torres, R. A., Jimenes-Segura, L. F., Giarrizzo, T., Fabré, N. N., Batista, V. S., Lasso, C., Taphorn, D. C., Costa, M. F., Chaves, P. T., Vieira, J. P., & Corrêa, M. F. M. 2010. Fish and aquatic habitat conservation in South America: a continental overview with emphasis on Neotropical systems. Journal of Fish Biology, 76(9), 2118–2176. DOI: 10.1111/j.1095-8649.2010.02684.x

Bozzetti, M., & Schulz, U. H. 2004. An index of biotic integrity based on fish assemblages for subtropical streams in southern Brazil. Hydrobiologia, 529, 133–144. DOI: 10.1007/s10750-004-5738-6

Buckup, P. A., Menezes, N. A., & Ghazzi, M. S. 2007. Catálogo das espécies de peixes de água doce do Brasil. Rio de Janeiro: Museu Nacional. p. 195.

Carneiro, C. S., Pena, E. H. P., Cordeiro, J., Santos, C. I. F., Bernardes, C. D., & Cordeiro, J. L. 2019. Diagnóstico da degradação ambiental de um trecho do Rio do Peixe em Itabira (MG) e proposição de medidas para a sua restauração. Research, Society and Development, 8(3), e1483843. DOI: 10.33448/rsd-v8i3.843

Carvalho, D. R., Leal, C. G., Junqueira, N. T., Castro, M. A., Fagundes, D. C., Alves, C. B. M., Hughes, R. M., & Pompeu, P. S. 2017. A fish-based multimetric index for Brazilian savanna streams. Ecological Indicators, 77, 386–396. DOI: 10.1016/j.ecolind.2017.02.032

Casatti, L., Ferreira, C. P., & Carvalho, F. R. 2009a. Grass-dominated stream sites exhibit low fish species diversity and dominance by guppies: an assessment of two tropical pasture river basins. Hydrobiologia, 632(1), 273–283. DOI: 10.1007/s10750-009-9849-y

Casatti, L., Ferreira, C. P., & Langeani, F. 2009b. A fish-based biotic integrity index for assessment of lowland streams in southeastern Brazil. Hydrobiologia, 623(1), 173–189. DOI: 10.1007/s10750-008-9656-x

Casatti, L., Teresa, F. B., Zeni, J. O., Ribeiro, M. D., Brejão, G. L., & Ceneviva-Bastos, M. 2015. More of the same: high functional redundancy in stream fish assemblages from tropical agroecosystems. Environmental Management, 55(6), 1300–1314. DOI: 10.1007/s00267-015-0461-9

Castro, R. M. C. 1999. Evolução da ictiofauna de riachos sul-americanos: padrões gerais e possíveis processos. In: E. P. R. Caramaschi, R. Mazzoni, & P. R. Peres-Neto (Eds.). Ecologia de peixes de riachos (Série Oecologia Brasiliensis). pp. 139–155. Rio de Janeiro: PPGE-UFRJ.

Castro, R. M. C., Casatti, L., Santos, H. F., Vari, R. P., Melo, A. L. A., Martins, L. S. F., Abreu, T. X., Benine, R. C., Gibran, F. Z., Ribeiro, A. C., Bockmann, F. A., Carvalho, M., Pelição, G. Z. P., Ferreira, K. M., Stopiglia, R., & Akama, A. 2005. Structure and composition of the stream ichthyofauna of four tributary rivers of the upper Rio Paraná basin, Brazil. Ichthyological Exploration of Freshwaters, 16(3), 193–214.

Castro, R. M. C., & Polaz, C. N. M. 2020. Small-sized fish: the largest and most threatened portion of the megadiverse neotropical freshwater fish fauna. Biota Neotropica, 20(1), e20180683. DOI: 10.1590/1676-0611-bn-2018-0683

Cruz, B. B., Miranda, L. E., & Cetra, M. 2013. Links between riparian landcover, instream environment and fish assemblages in headwater streams of southeastern Brazil. Ecology of Freshwater Fish, 22(4), 607–616. DOI: 10.1111/eff.12065

Dubreuil, V., Fante, K. P., Planchon, O., & Sant’anna Neto, J. L. 2018. Os tipos de climas anuais no Brasil: uma aplicação da classificação de Köppen de 1961 a 2015. Confins (Internet), 2018(37). (Retrieved on August 21, 2020, from https://journals.openedition.org/confins/15738). DOI: 0.4000/confins.15738

Ferreira, C. P., & Casatti, L. 2006. Integridade biótica de um córrego na bacia do Alto Rio Paraná avaliada por meio da comunidade de peixes. Biota Neotropica, 6(3), 1–25. DOI: 10.1590/S1676-06032006000300002

Fierro, P., Arismendi, I., Hugues, R. M., Vadovinos, C., & Jara-Flores, A. 2018. A benthic macroinvertebrate multimetric index for Chilean Mediterranean streams. Ecological Indicators, 91, 13–23. DOI: 10.1016/j.ecolind.2018.03.074

Frota, A., Deprá, G. C., Petenucci, L. M., & Graça, W. J. 2016. Inventory of the fish fauna from Ivaí River basin, Paraná State, Brazil. Biota Neotropica, 16(3), e20150151. DOI: 10.1590/1676-0611-BN-2015-0151

Furtado, S. N. M., Brito, G. J. S., Sousa, K. S., & Ramos, T. A. 2018. Fishes from the Private Natural Heritage Reserve Pacatuba Farm and its surrounding areas, Paraíba State, Northeastern Brazil. Revista Nordestina de Biologia, 26(1), 104–123. DOI: 10.22478/ufpb.2236-1480.2018v26n1.45972

Hammer, O., Harper, D. A. T., & Ryan, P. D. 2001. PAST: Paleontological Statistics Software Package for Education and Data Analysis. Palaeontologia Electronica, 4(1), 1–9.

Hostim-Silva, M., Duboc, L. F., Pimentel, C. R., Vilar, C. C., Machado, D. F., Di Dario, F., Guimarães, F. V., Pinheiro, I. E. G., Alves, J. A., Musiello-Fernandes, J., Santander-Neto, J., Nunes, J. A. C. C., Silva, J. P., Ingenito, L. F. S., Sarmento-Soares, L. M., Britto, M. R., Lopes, M. M., Freitas, M. O., Buckup, P. A., Martins-Pinheiro, R. F., Silva, T. G., Volpi, T. A., & Giglio, V. J. 2019. Peixes ameaçados de extinção no estado do Espírito Santo. In: Fraga, C. N., Formigoni, M. H. & Chaves, F. V. (Eds.). Fauna e flora ameaçadas de extinção no estado do Espírito Santo. pp. 230–255. Santa Teresa: Instituto Nacional da Mata Atlântica.

Hughes, R. M., Paulsen, S. G., & Stoddard, J. L. 2000. EMAP-surface waters: a national, multiassemblage, probability survey of ecological integrity. Hydrobiologia, 422, 429–443. DOI: 10.1023/A:1017029107669

ICMBio. 2018. Livro vermelho da fauna brasileira ameaçada de extinção. Volume VI: Peixes. Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade, Brasília. p. 1235.

ICMBio. 2019. Plano de Manejo da Reserva Biológica do Córrego Grande. Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade, Brasília. p. 29.

Karr, J. R. 1981. Assessment of biotic integrity using fish communities. Fisheries, 6(6), 21–27. DOI: 10.1577/1548-8446(1981)006<0021:AOBIUF>2.0.CO;2

Kaufmann, P. R., Levine, P., Robison, E. G., Seeliger, C., & Peck, D. V. 1999. Quantifying physical habitat in wadeable streams. EPA/620/R-99/003. U.S. Environmental Protection Agency, Washington, D.C. p. 149.

Ligeiro, R., Hughes, R. M., Kaufmann, P. R., Macedo, D. R., Firmiano, K. R., Ferreira, W. R., Oliveira, D., Melo, A. S., & Callisto, M. 2013. Defining quantitative stream disturbance gradients and the additive role of habitat variation to explain macroinvertebrate taxa richness. Ecological Indicators, 25, 45–57. DOI: 10.1016/j.ecolind.2012.09.004

Lowe-McConnell, R. H. 1999. Estudos ecológicos de comunidades de peixes tropicais. São Paulo: EDUSP. p. 535.

Macedo, D. R., Hughes, R. M., Ferreira, W. R., Firmiano, K. R., Silva, D. R. O., Ligeiro, R., Kaufmann, P. R., & Callisto, M. 2016. Development of a benthic macroinvertebrate multimetric index (MMI) for Neotropical Savanna headwater streams. Ecological Indicators, 64, 132–141. DOI: 10.1016/j.ecolind.2015.12.019

Martinelli, L. A., & Filoso, S. 2007. Polluting effects of Brazil’s sugar-ethanol industry. Nature, 445(7126): 364. DOI: 10.1038/445364c

Mazzoni, R. & Iglesias-Rios, R. 2002. Distribution pattern of two fish species in a coastal stream in southeast Brazil. Brazilian Journal of Biology, 62(1), 171–178. DOI: 10.1590/S1519-69842002000100019

Menezes, N. A., Weitzman, S. E., Oyakawa, O. T., Lima, F. C., Castro, R. M. C., & Weitzman, M. J. 2007. Peixes de água doce da Mata Atlântica. São Paulo: Neotrópica. p. 407.

Moraes, M., Rezende, C. F., & Mazzoni, R. 2013. The feeding ecology of stream-dwelling Characidae (Osteichthyes: Characiformes) from the upper Tocantins River, Brazil. Zoologia (Curitiba), 30(6), 645–651. DOI: 10.1590/S1984-46702013005000003

Pinto, B. C. T., & Araújo, F. G. 2007. Assessing of biotic integrity of the fish community in a heavily impacted segment of a tropical river in Brazil. Brazilian Archives of Biology and Technology, 50(3), 489–502. DOI: 10.1590/S1516-89132007000300015

Plesley, P. 2017. Reprodução de peixes de riacho na Reserva Biológica de Sooretama (Sooretama, ES) como ferramenta para a conservação da Mata Atlântica. Master Thesis. Departamento de Ciências Agrárias e Biológicas da Universidade Federal do Espírito Santo. (Retrieved on August 21, 2020, from http://repositorio.ufes.br/bitstream/10/8296/1/tese_11143_86-Priscila%20Plesley.pdf)

Ribeiro, M. D., Teresa, F. B., & Casatti, L. 2016. Use of functional traits to assess changes in stream fish assemblages across a habitat gradient. Neotropical Ichthyology, 14(1), e140185. DOI: 10.1590/1982-0224-20140185

Roldi, M. M. C., Sarmento-Soares, L. M., & Martins-Pinheiro, R. F. 2014. Peixes do córrego Valsugana Velha, afluente do rio Timbuí, bacia dos Reis Magos, Santa Teresa, Espírito Santo, Brasil. Boletim do Museu de Biologia Mello Leitão, 35, 5–20.

Sarmento-Soares, L. M., & Martins-Pinheiro, R. F. 2009. Diversidade e endemismo de peixes de riacho no extremo sul da Bahia. Boletim Sociedade Brasileira de Ictiologia, 97, 10–12.

Sarmento-Soares, L. M., & Martins-Pinheiro, R. F. 2010. A fauna de peixes da bacia dos Reis Magos e microbacias de Serra, Espírito Santo, Brasil. Boletim do Museu de Biologia Mello Leitão, 28, 105–141.

Sarmento-Soares, L. M., & Martins-Pinheiro, R. F. 2012. A fauna de peixes nas bacias do norte do Espírito Santo, Brasil. Sitientibus, Série Ciências Biológicas, 12(1), 27–52. DOI: 10.13102/scb118

Sarmento-Soares, L. M., & Martins-Pinheiro, R. F. 2013. A fauna de peixes na REBIO Córrego Grande e seu entorno direto, Espírito Santo, Brasil. Boletim do Museu de Biologia Mello Leitão, 31, 25–57.

Sarmento-Soares, L. M., & Martins-Pinheiro, R. F. 2014a. A fauna de peixes nas Bacias Sul do Espírito Santo, Brasil. Sitientibus, Série Ciências Biológicas, 13, 1–37. DOI: 10.13102/scb218

Sarmento-Soares, L. M., & Martins-Pinheiro, R. F. 2014b. A fauna de peixes na bacia do rio Barra Seca e REBIO de Sooretama, Espírito Santo, Brasil. Boletim do Museu de Biologia Mello Leitão, 35, 49–104.

Sarmento-Soares, L. M., & Martins-Pinheiro, R. F. 2017. Unidades de Conservação e a água: a situação das áreas protegidas de Mata Atlântica do norte do Espírito Santo – sudeste do Brasil. BioBrasil, 7(1), 69–87. DOI: 10.37002/biobrasil.v%25vi%25i.595

Sarmento-Soares, L. M., & Martins-Pinheiro, R. F. 2018. Sustentabilidade Conservação: Rios, Peixes e Pessoas na Mata Atlântica Nordeste. Boletim Sociedade Brasileira de Ictiologia, 126, 13–20.

Sarmento-Soares, L. M., & Martins-Pinheiro, R. F, Guimarães, F. V., & Rezende, G. F. 2019. A REBIO Córrego Grande e seus peixinhos ameaçados de extinção: Acentronichthys leptos (Siluriformes, Heptapteridae) e Mimagoniates sylvicola (Characiformes, Characidae). Boletim Sociedade Brasileira de Ictiologia, 128, 8–18.

Qgis – Open Source Geospatial Foundation Project. (Internet). c2002-2020. Qgis Development Team. (Retrieved on August 15, 2020, from http://qgis.osgeo.org/)

Teresa, F. B., & Casatti, L. 2010. Importância da vegetação ripária em região intensamente desmatada no sudeste do Brasil: um estudo com peixes de riacho. Pan-American Journal of Aquatic Sciences 5(3): 444–453.

Teresa, F. B., & Casatti, L. 2012. Influence of forest cover and mesohabitat types on functional and taxonomic diversity of fish communities in Neotropical lowland streams. Ecology of Freshwater Fish, 21(3), 433–442. DOI: 10.1111/j.1600-0633.2012.00562.x

Teresa, F. B., Casatti, L., & Cianciaruso, M. V. 2015. Functional differentiation between fish assemblages from forested and deforested streams. Neotropical Ichthyology, 13(2), 361–370. DOI: 10.1590/1982-0224-20130229

Terra, B. F., Hughes, R. M., & Araújo, F. G. 2016. Fish assemblages in Atlantic Forest streams: the relative influence of local and catchment environments on taxonomic and functional species. Ecology of Freshwater Fish, 25(4), 527–544. DOI: 10.1111/eff.12231

Terra, B. F., Hughes, R. M., Francelino, M. R., & Araújo, F. G. 2013. Assessment of biotic condition of Atlantic Rain Forest streams: A fish-based multimetric approach. Ecological Indicators, 34, 136–148. DOI: 10.1016/j.ecolind.2013.05.001

Vannote, R. C., Minshall, G. W., Cummins, K., Sedell, J. R., & Cushing, C. E. 1980. The river continuum concept. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 37, 130–137. DOI: 10.1139/f80-017

Vio, A. P. A. 2001. Zona de amortecimento e corredores ecológicos. In: Benjamin, A. H. (Ed.), Direito ambiental das áreas protegidas – o regime jurídico das Unidades de Conservação. pp. 348-360. Rio de Janeiro: Forense Universitária.

Published

2022-09-16