Original paper

Wet wall algal community response to in-field nutrient manipulation in the Great Smoky Mountains National Park, U.S.A.

Furey, Paula C.; Lowe, Rex L.; Johansen, Jeffrey R.

Abstract

Subaerial algal assemblages, like those found on wet walls (moist vertical rock outcrops), are understudied communities and the factors that drive community dynamics in these environments are poorly understood. Due to the exposed and often vertical nature of these habitats, nutrients are predicted to be critical determinants of algal community structure. Through in-field experimental manipulations we measured the structural response of wet wall algal assemblages to nutrient manipulation at two altitudes in the Great Smoky Mountains National Park. Over a 10 week period, we misted five nutrient treatments (control [no-moisture, no-nutrients], no-nutrients [moisture-only], nitrogen, phosphorus, and both nitrogen and phosphorus) onto rock faces at six replicate wet wall areas at each altitude. We did not observe any differences in algal community structure or biomass (ash free dry mass) across treatments at either location. The algal communities at our higher elevation location were generally similar across all sites, and were dominated by cyanobacterial taxa with pigmented sheaths, such as Gloeocapsopsis dvorakii. The diatoms present at this location were acid tolerant species, such as Eunotia exigua, reflecting the low pH levels and high acid precipitation levels of this area and altitude. In contrast, algal communities at our lower elevation location clustered by site. Two sites were dominated by mucilage-producing Cyanobacteria along with one diatom taxon. Two sites supported large populations of several raphid diatoms which may have been due to influences from soil associated with those sites. The remaining two sites separated out by the presence of particular green algal or cyanobacterial taxa, along with a mix of diatom taxa. This study demonstrated that wet walls are not as nitrogen or phosphorus limited as initially anticipated. Although not directly tested in this study, the clustering patterns and algal assemblages observed suggest that other factors, such as ultraviolet radiation, pH, moisture levels, or microhabitat differences, are influential in shaping wet wall, algal community structure. Our findings provide new understanding of wet wall algal ecology and provide insight into factors that potentially regulate algal community structure that will be helpful in the development of future studies.

Kurzfassung

An Studien über Luftalgenvergesellschaftungen, welche man zum Beispiel an feuchten Felswänden finden kann, mangelt es. Die Faktoren, die die Algengesellschaftsdynamik kontrollieren, sind bis dato nur wenig verstanden. Das Habitat der entblößten, und oftmals vertikal verlaufenden Felswände prognostiziert, daß Nährstoffverhältnisse die bestimmenden Faktoren sind, welche die Algenvergesellschaftung strukturieren. Mit Hilfe von experimentellen Feldversuchen mit verschiedenen Nährstoff-Applikationen haben wir in zwei verschiedenen Höhenstufen im Great Smoky Mountains Nationalpark die strukturellen Veränderungen der Felswand-Algenvergesellschaftung erfasst. Über einen Zeitraum von 10 Wochen wendeten wir fünf verschiedene Nährstoff-Applikationen (1. eine Kontrollapplikation [ohne Befeuchtung und ohne Nährstoffe]; 2. eine Applikation ohne Nährstoffe [nur mit Befeuchtung], 3. eine Stickstoff Applikation, 4. eine Phosphor Applikation und 5. eine Applikation aus Stickstoff und Phosphor) auf Felswänden von sechs Standorten je Höhenstufe an. Die fünf Applikationen in beiden Höhenstufen vergleichend, konnten wir keine Unterschiede in der Struktur der Algengesellschaft bzw. der Biomasse (Asche freie Trockenmasse) feststellen. Die Algengesellschaften von der größeren Höhenstufe waren generell bei allen Standorten gleich zusammengesetzt. Dominierend waren Cyanobakterien mit pigmentierten Scheiden, wie zum Beispiel Gloeocapsopsis dvorakii aufzufinden. Weiterhin fanden wir säuretolerante Kieselalgen, wie zum Beispiel Eunotia exigua vor, welche den niedrigen pH-Level und den hohen Gehalt an saurem Regen in dieser Gegend und Höhestufe widerspiegeln. In Kontrast dazu gruppierten sich die Algengesellschaften in der niedrigen Höhenstufe an den Standorten. Zwei Standorte wurden durch Schleim bildende Cyanobakterien mit einem Kieselalgen-Taxon dominiert. An zwei anderen Standorten fanden wir große Populationen von raphentragenden Kieselalgen, welche von den örtlichen assoziierten Böden beeinflusst werden könnten. Die restlichen zwei Standorte gruppierten sich durch die Anwesenheit von speziellen Grünalgen oder Cyanobakterien Taxa aus, die mit einem Mix aus Kieselalgen Taxa vergesellschaftet waren. Im Gegensatz zu dem zu Beginn Ange nommenen, demonstrierte diese Studie, daß feuchte Felswände nicht so stark in Stickstoff oder Phosphor limitiert waren. Obwohl nicht direkt in dieser Studie getestet, deuten die beobachteten Gruppierungsmuster und Algenvergesellschaftungen auf andere Faktoren, wie zum Beispiel UV Strahlung, pH Wert, Feuchtigkeitsverhältnisse oder Mikrohabitat-Veränderungen hin, die die Algenvergesellschaftungen auf Felswänden strukturieren. Unsere Untersuchungsergebnisse liefern ein neues Verständnis der Ökologie der Felswandalgen und stellen zukünftigen Studien Erkenntnisse über potentielle Faktoren, die den Aufbau der Algenvergesellschaftung an feuchten Felswänden regulieren können, zur Verfügung.

Keywords

cyanobacteriadiatomsmoisturenitrogennutrient limitationphosphorusseep wallssubaerial algaewet walls