Author(s):
Neves, Salomé Menezes Lacerda 
Date: 2010
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/3876
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Biologia; Ecossistemas de água doce; Monitorização biológica; Macroinvertebrados - Água doce; Contaminação da água; Agricultura - Impacto ambiental
Description
Os ecossistemas de água doce – responsáveis por funções ambientais
importantes e pelo fornecimento de bens e serviços insubstituíveis – têm vindo
a ser severamente afectados por perturbações antropogénicas. A conversão
de floresta em terreno agrícola afecta os sistemas aquáticos através de uma
série de mecanismos: sedimentação; excesso de nutrientes; contaminação;
alterações hidrológicas; e remoção de vegetação ripícola. As comunidades de
macroinvertebrados de água doce – devido à sua diversidade, ubiquidade e
sensibilidade às perturbações ambientais – revelam-se como particularmente
adequadas para estudos de avaliação da integridade ecológica destes
sistemas expostos simultaneamente a múltiplos factores de impacto.
O uso sistemático de respostas biológicas para avaliação de mudanças
ambientais – ou biomonitorização – pode ser levado a cabo através de
diversas metodologias, que, de uma forma geral, não consideram aspectos
funcionais das comunidades biológicas e têm aplicabilidade geograficamente
restrita. A biomonitorização através de atributos biológicos (características que
reflectem a adaptação das espécies ao seu meio ambiente) revela-se como
uma ferramenta promissora na resolução dos problemas referidos,
apresentando vantagens adicionais: relações causa-efeito directas; melhoria
na diferenciação de impactos; e integração da variabilidade natural.
O presente estudo apresenta uma revisão critica do estado-da-arte
actual na área do uso de atributos biológicos em biomonitorização. Até à data
de publicação, não estava disponível nenhum outro trabalho com a base
conceptual do uso de atributos de macroinvertebrados enquanto descritores de
comunidades e para efeitos de biomonitorização e gestão de sistemas de água
doce. Descrevem-se as teorias ecológicas de suporte destas metodologias
(conceitos de habitat-molde e de filtros paisagísticos) e os estudos que
aplicaram estas teorias em cenários reais, tendo-se chamado a atenção para
questões técnicas e possíveis soluções. As necessidades futuras nesta área
englobam: o desenvolvimento de uma só ferramenta de biomonitorização de
aplicação alargada; uma maior compreensão da variabilidade natural nas
comunidades biológicas; diminuição dos efeitos de soluções de compromisso
biológico e sindromas; realização de estudos autoecológicos adicionais; e
detecção de impactos específicos em cenários de impacto complexos.
Um dos objectivos deste estudo foi contribuir para a melhoria das
técnicas de biomonitorização através de atributos, focalizando em
comunidades de macroinvertebrados ribeirinhas em diferentes regiões
biogeográficas (as bacias hidrográficas dos rios: Little e Salmon em New
Brunswick, Canadá; Anllóns na Galiza, Espanha; Reventazón em Cartago,
Costa Rica). Em cada região, foram estudados gradientes de uso agrícola de
solo, incluindo desde bacias hidrográficas quase exclusivamente cobertas por
floresta até bacias sob a influência maioritária de actividades agrícolas
intensivas.
Em cada gradiente de uso de solo, a caracterização da comunidade
biológica (por amostragem de macroinvertebrados em troços de rápidos) foi
acompanhada pela caracterização do habitat circundante (incluindo
propriedades da bacia hidrográfica, análise química das águas e outras
propriedades à escala local). A comunidade de macroinvertebrados foi
caracterizada através de informação taxonómica, métricas estruturais, índices de diversidade, métricas de tolerância, índices bióticos e através da
compilação de atributos biológicos e fisiológicos gerais, de história de vida e
de resistência a perturbações. Análises estatísticas univariadas e multivariadas
foram usadas para evidenciar os gradientes biológicos e físico-químicos,
confirmar a sua co-variação, testar a significância da discriminação de níveis
de impacto e estabelecer comparações inter-regionais.
A estrutura de comunidades revelou os complexos gradientes de
impacto, que por sua vez co-variaram significativamente com os gradientes de
uso de solo. Os gradientes de impacto relacionaram-se sobretudo com entrada
de nutrientes e sedimentação. Os gradientes biológicos definidos pelas
medidas estruturais seleccionadas co-variaram com os gradientes de impacto
estudados, muito embora apenas algumas variáveis estruturais tenham
individualmente discriminado as categorias de uso de solo definidas a priori.
Não foi detectada consistência nas respostas das medidas estruturais entre
regiões biogeográficas, tendo-se confirmadado que as interpretações
puramente taxonómicas de impactos são difíceis de extrapolar entre regiões.
Os gradientes biológicos definidos através dos atributos seleccionados
também co-variaram com os gradientes de perturbação, tendo sido possível
obter uma melhor discriminação de categorias de uso de solo. Nas diferentes
regiões, a discriminação de locais mais impactados foi feita com base num
conjunto similar de atributos, que inclui tamanho, voltinismo, técnicas
reproductivas, microhabitat, preferências de corrente e substrato, hábitos
alimentares e formas de resistência. Este conjunto poderá vir a ser usado para
avaliar de forma predictiva os efeitos das modificações severas de uso de solo
impostas pela actividade agrícola. Quando analisadas simultaneamente
através dos atributos, as comunidades das três regiões permitiram uma
moderada mas significativa discriminação de níveis de impacto. Estas análises
corroboram as evidências de que as mudanças nas comunidades de
macroinvertebrados aquáticos em locais sob a influência de agricultura
intensiva podem seguir uma trajectória convergente no espaço
multidimensional, independentemente de factores geográficos.
Foram fornecidas pistas para a identificação de parâmetros específicos que
deverão ser tidos em conta no planeamento de novos programas de
biomonitorização com comunidades de macroinvertebrados bentónicos, para
aplicação numa gestão fluvial verdadeiramente ecológica, nestas e noutras
regiões. Foram ainda sugeridas possíveis linhas futuras de investigação. Freshwater ecosystems - engineers of environmental functions and
important providers of irreplaceable goods and services - are being severely
affected by anthropogenic perturbations. The conversion of forested land to
agriculture is affecting these aquatic systems through a series of mechanisms:
sedimentation; nutrient enrichment; contaminant input; hydrologic alteration;
and riparian clearing. Freshwater macroinvertebrate communities, being
diverse, widespread, and sensitive to environmental perturbation, are
particularly interesting for the ecological integrity assessment of those aquatic
systems affected by such a multitude of stressors.
Biomonitoring - the systematic use of biological responses to evaluate
environmental changes - can be undertaken through diverse methodologies.
But these do not usually consider the functional intricacies of biological
communities and are geographically constrained. Biomonitoring through sets of
biological traits (characteristics that reflect species adaptation to their
environment) appears as a promising tool to overcome these issues, offering a
series of other advantages: direct causal relationships with stressors; better
differentiation of impacts; and integration of natural fluctuations.
In this study, the current state-of-the-art of the usage of biological traits in
biomonitoring is presented in a critical review of the existing published
literature. Until publication date, no such work was available to provide
freshwater ecologists with the conceptual underpinning for the use of traits as
community descriptors and for freshwater biomonitoring and management. The
support from ecological theory (the habitat templet concept and the landscape
filtering hypothesis) was reviewed and studies applying this knowledge under
real scenarios were presented. Technical issues were addressed and solutions
proposed. Specific future needs are: a broader unified trait biomonitoring tool;
more accurate understanding of the natural variation of community patterns;
approaches to deal with trait trade-offs and syndromes; additional life history
and ecological requirement studies; and the detection of specific impacts under
multiple stressor scenarios.
The aim was to address the improvement of biomonitoring through traits,
focusing on freshwater macroinvertebrate communities from streams of
different biogeographic regions (in the Little and Salmon River, New Brunswick,
Canada; Anllóns River, Galicia, Spain; Upper Reventazón River, Cartago,
Costa Rica) spanning comparable gradients from low (watersheds with
percentages of forest cover >75%) to high agricultural land use intensity.
In each land use gradient, the characterization of the biological
community (by macroinvertebrate kick sampling in riffle areas) was
accompanied by the characterization of the surrounding habitat (watershed
scale properties, water chemistry and other reach scale properties). The
macroinvertebrate community was characterized through taxonomic
information, structural metrics, diversity indices, tolerance metrics, biotic
indices and through the attribution of traits reflecting general biological and
physiological features, life history and resistance to disturbance. Univariate and
multivariate statistical data analyses were used to highlight biological and
physico-chemical gradients, confirm their co-variation, test the significance of
impact level discrimination and establish interregional comparisons.
Community structure was used to reveal complex impact gradients, that
significantly covaried with watershed agricultural land use gradients. These
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impact gradients were mostly related with nutrient input and sedimentation. The
biological gradients defined by selected structural measures co-varied with the
disturbance gradients, although few structural variables individually
discriminated the a priori defined land use categories. No consistency in the
responses of the structural measures across biogeographic regions was
detected. It was therefore confirmed that pure taxonomic interpretations of
potential impacts are difficult to extrapolate between regions.
The biological gradients defined by the selected traits also co-varied with
the disturbance gradients and an improved discrimination of land use
categories was obtained. Across regions, a similar set of traits discriminated
higher impact sites, including size, voltinism, reproductive techniques,
microhabitat, current and substrate preferences, feeding habits and resistance
forms. This set could be further studied and used to predictably assess the
effects of severe land uses changes posed by agricultural scenarios. When
analyzed simultaneously using traits, the communities of the three regions
allowed a moderate but significant discrimination of impact levels. These
analyses support the evidence that freshwater macroinvertebrate community
shifts in sites impacted by intensive agriculture may follow convergent
trajectories in multi-dimensional space, regardless of geography.
Overall, clues were given to identify specific features that should be considered
in the design of future freshwater biomonitoring programs using benthic
macroinvertebrate communities for application in true ecologically oriented river
management in these and other regions. Future research needs were also
suggested. Doutoramento em Biologia FCT/FSE SFRH/BD/18514/2004
