Factors controlling phytoplankton in tropical high-mountain drinking-water reservoirs

Hydraulic dynamics is one of the primary factors determining the structural and temporal changes in phytoplankton communities in reservoirs. There is little information on the factors that explain the temporal changes in biotic communities in the high-mountain reservoirs that provide water to the city of Bogotá (Colombia). Our objective was to identify the environmental factors controlling the biomass and composition of algal communities in four tropical high-mountain reservoirs. We hypothesised that hydraulic dynamics is the major determining factor in temporal changes in phytoplankton communities in tropical mountain reservoirs regardless of the nutrient concentration in the system. We studied the temporal changes in phytoplankton over five years in four reservoirs that exhibit different nutrient concentrations and hydraulic management regimes. The phytoplankton in all of the reservoirs were characterised by the dominance of Dinophyceae. Canonical correspondence analyses and Pearson's correlations showed that the water renewal rate primarily explains the phytoplankton composition, followed by total nitrogen, total phosphorous and silicates. The effect of the water renewal rate was different depending on the particular conditions in each system; thus, in reservoirs with greater hydraulic dynamics, the water renewal rate explained the selection of secondary species and dominant species adapted to a broad range of environmental conditions. In the reservoir with a higher physical stability, eventual changes in the water renewal rate shifted the dominant species, reduced diversity and altered phytoplankton succession. In the reservoir with the largest volume and lowest nutrient concentration, phytoplankton species were selected primarily based on chemical and physical variables related to climatic seasonality. Our results suggest that the model for hydraulic management of the reservoirs plays an important role: in highly dynamic reservoirs, there is a direct causal relationship between phytoplankton and physical variables such as stability and water renewal rate; in less dynamic environments, phytoplankton species growth responds primarily to water chemistry.La dinámica hidráulica es uno de los principales factores que determinan la estructura y los cambios temporales de las comunidades fitoplanctónicas en embalses. Información de los factores que explican los cambios temporales de las comunidades biológicas en los embalses de alta montaña que proveen de agua la ciudad de Bogotá es escasa. El objetivo de este trabajo fue identificar los factores ambientales que controlan la biomasa y la composición de las comunidades algales en cuatro embalses tropicales de alta montaña. La hipótesis de trabajo fue que la dinámica hidráulica es el factor que principalmente determina los cambios temporales en la comunidad fitoplanctónica, con respecto a la concentración de nutrientes del sistema. Durante cinco años se estudiaron los cambios temporales del fitoplancton en cuatro embalses que se caracterizan por presentar diferentes concentraciones de nutrientes y diferente manejo hidráulico. El fitoplancton de todos los embalses se caracterizó por la dominancia de Dinophyceae. Análisis de Correspondencia Canónica y correlaciones de Pearson mostraron que la tasa de renovación hídrica explicó primariamente el fitoplancton seguida por el nitrógeno total, el fósforo total y los silicatos. El efecto de la tasa de renovación hídrica sobre el fitoplancton fue diferente dependiendo de las condiciones particulares de cada sistema; así, en embalses con una alta dinámica hidráulica, la tasa de renovación explicó las especies secundarias y seleccionó especies dominantes adaptadas a un amplio rango de condiciones ambientales. En el embalse con alta estabilidad física, cambios eventuales en la tasa de renovación cambiaron las especies dominantes, redujeron la diversidad y modificaron la sucesión del fitoplancton. En el embalse de mayor volumen y más baja concentración de nutrientes, el fitoplancton es seleccionado principalmente por otras variables físicas y químicas relacionadas con la estacionalidad climática. Los resultados sugieren que el modelo de manejo hidráulico de los embalses juega un papel importante en embalses más dinámicos, al determinar una relación causal directa entre el fitoplancton y variables físicas como la estabilidad y la tasa de renovación hídrica, mientras en embalses menos dinámicos, el crecimiento de las especies respondió principalment a la química del agua