Ecological status and functioning evaluation of sandy beach ecosystems: A macrobenthic community based approach

Abstract

O principal objetivo do trabalho apresentado nesta tese é aumentar o conhecimento do estado ecológico e funcionamento de praias arenosas expostas na costa Atlântica Portuguesa. Os invertebrados bentónicos são estrutural e funcionalmente importantes nestes ecossistemas (e.g. reciclagem de nutrientes, relações tróficas), deste modo esta avaliação foi baseada na estrutura, composição e adaptações das comunidades macrobentónicas ao ambiente da praia. No contexto do crescente aumento de pressões humanas a atuar nestes ecossistemas, foi avaliado o uso de espécies chave como potenciais indicadores de distúrbios ambientais. Deste modo, este trabalho centra-se particularmente na avaliação do estado ecológico de praias arenosas sujeitas a pressões humanas (Capítulo I), na análise das estratégias de segregação de nichos em crustáceos (Capítulo II) e nas adaptações comportamentais de anfípodes Talitridae sujeitos a diferentes cenários ambientais (Capítulo III). No último capítulo (IV) é proposto um potencial bioindicador de impactos antropogénicos nos ecossistemas duna-praia. O Capítulo I avalia se alterações nas comunidades macrobentónicas foram indicador de pressões humanas a longo prazo (atividades de turismo e obras de engenharia) na praia do Cabedelo, em comparação com uma praia de referência em Quiaios. Neste sentido, o ambiente físico e a estrutura das comunidades macrofaunais foram comparadas entre praias em 1999−2000 e 2010−2011. As alterações detetadas na macrofauna (diminuição da abundância do anfípode Talitrus saltator e do isópode Tylos europaeus) foram consistentes com a interpretação do aumento das pressões humanas na praia do Cabedelo. Em contraste, na praia em Quiaios foi descrito um padrão semelhante na estrutura ecológica nos períodos considerados. No entanto, apesar do padrão encontrado na praia do Cabedelo ser sugerido como resultado de pressões humanas, este resultado salienta a necessidade de posteriores avaliações ecológicas efetivas. O Capítulo II descreve as estratégias de segregação de nichos em três crustáceos Peracarida nas praias de Cabedelo e Quiaios, que possuem diferentes disponibilidades de alimento (macroalgas, restos animais, plantas dunares). Neste sentido, foram efetuadas análises de isótopos estáveis de consumidores primários e potenciais fontes de alimento e o padrão de distribuição dos consumidores foi analisado no verão e inverno. Os resultados das dietas e da distribuição das espécies revelaram diferenças na segregação espacial e temporal dos nichos dos consumidores. Em Quiaios, as condições de inverno e a pouca disponibilidade de alimento, induziu à segregação dos nichos dos consumidores, pelo contrário, a maior disponibilidade de alimento na praia de Cabedelo permitiu uma dieta generalista destes crustáceos. Deste modo, a partição de recursos alimentares efetuada por estas espécies pode variar com a disponibilidade de alimento mas também com as condições ambientais. No Capítulo III, foram avaliadas as adaptações comportamentais de anfípodes Talitridae em cenários ecológicos distintos. No primeiro caso, o comportamento (orientação solar) e distribuição de duas espécies simpáticas foram analisados na praia de Quiaios. Apesar das condições estáveis oferecidas por esta praia mesotidal, cada espécie apresentou uma estratégia comportamental diferente. Talorchestia brito apresentou uma orientação solar definida e ocorreu principalmente na zona intertidal, enquanto que T. saltator apresentou uma distribuição e orientação mais flexíveis. Este estudo sugere que as restrições no habitat e as tolerâncias individuais de cada espécie podem determinar diferente flexibilidade comportamental no mesmo local. No segundo estudo do capítulo III, o comportamento (orientação e ritmos endógenos de locomoção) de T. saltator foi analisado numa praia recentemente restaurada (Leirosa) para testar as suas adaptações comportamentais à nova paisagem - duna frontal artificial. Os resultados revelaram uma orientação precisa para esta espécie que usa a bússola solar e indicações visuais (paisagem) para alcançar a zona óptima na praia, e um ritmo endógeno bem definido (com a componente de maré), o que sugere um comportamento estável desta população na praia da Leirosa. Por fim, no Capítulo IV, a estrutura e composição das comunidades macrofaunais na zona de duna artificial foi comparada com a de uma zona de duna natural na mesma praia (Leirosa). A densidade total, a riqueza específica e diversidade da macrofauna foram semelhantes entre as duas zonas, no entanto, na zona artificial foram registadas as mais baixas densidades de T. saltator, que coincide com a zona artificial dos geotêxtis na praia. Deste modo, esta espécie foi sugerida como bioindicador de perturbações no sistema dunar. A seção final de discussão geral sintetiza e discute o uso de comunidades macrobentónicas para avaliação do estado ecológico e funcionamento de praias arenosas expostas, com sugestões para futuros desafios científicos.

The primary goal of the research presented in this thesis is to provide a deep knowledge of the ecological status and functioning of exposed sandy beaches on the Portuguese Atlantic coast. Because benthic invertebrates are structurally and functionally important in beach ecosystems (e.g., nutrient cycling, trophic links), this assessment was based on macrobenthic communities’ structure, composition and adaptations to the beach environment. In the context of the increasingly human pressures on the sandy beach ecosystems, the use of key species as potential indicators of environmental changes was also evaluated. For this purpose, this work specifically focuses on the assessment of ecological status of sandy beaches subjected to long-term human pressures (Chapter I), on the analyses of niche segregation strategies of crustaceans (Chapter II) and on the behavioural adaptations of talitrid amphipods under different environmental scenarios (Chapter III). The last Chapter (IV) proposes a potential bioindicator of anthropogenic impacts on beach-dune ecosystems. Chapter I evaluates whether changes in the macrobenthic communities were a response indicator of ten years of increased human pressures (tourism activities and engineering actions) at Cabedelo beach, by comparing it with an undisturbed reference beach in Quiaios. In this sense, the physical environment and the macrofaunal communities’ structure at both beaches in 1999−2000 and 2010−2011 were compared. The detected faunal changes (decrease in the abundance of the talitrid Talitrus saltator and the tylid Tylos europaeus) were consistent with an interpretation of increased human pressures at Cabedelo beach. In contrast, Quiaios beach presented a similar pattern in key ecological measures in the two periods considered. The observed trends in Cabedelo are suggested to be an effect of human pressures, however, our findings emphasises the need of further effective ecological impact assessments. Chapter II describes the niche segregation strategies of three peracarid crustaceans from Cabedelo and Quiaios beaches, which are characterised by contrasting food availabilities, i.e. wrack (macroalgae, carrion and dune plants). To attain this goal, stable isotopic analyses of primary consumers and potential food sources were performed and the zonation patterns recorded for the winter and summer conditions. The results of the diets and distribution of these peracarid species revealed spatio-temporal differences in consumers’ niches. In Quiaios, winter and wrack-limited conditions allowed for niche segregation of primary consumers, in contrast, at Cabedelo beach, higher beach-wrack deposits induced generalist diets of the three crustaceans studied. Therefore, partitioning of forage resources by these species may vary according to food availability and also environmental constraints. In Chapter III, the behavioural adaptations of talitrid amphipods were assessed in two different ecological scenarios. In the first case, the behaviour (sun orientation) and distribution of two sympatric talitrids were analysed under the undisturbed environment described at Quiaios beach. Despite the stable conditions offered by this mesotidal beach, different behavioural strategies were described for each species. Talorchestia brito showed a precise sun orientation and occurred mainly on the intertidal area, while T. saltator revealed a more flexible distribution and orientation. The study suggested that individual habitat requirements and tolerances of these species might be reflected in their behavioural flexibility in a specific environment. In the second study comprehended in Chapter III, the behaviour (orientation and locomotor endogenous rhythms) of T. saltator were investigated at a recently restored beach (Leirosa) to test their behavioural adaptations to the new landscape - the artificial foredune. The results revealed a precise orientation of these talitrids, which use the sun compass and visual cues (landscape) to find the optimal zone on the beach, and a well defined free running rhythm (with a tidal component), suggesting a stable behaviour of this population at Leirosa beach. Finally, in Chapter IV, the composition and structure of the macrofaunal community in the artificial dune zone were compared with that in a natural dune in the same beach (Leirosa). The total density, taxa richness and diversity of macrofauna were similar between sites, but the artificial zone harboured a significantly lower density of T. saltator, coinciding with the zone where the geotextiles were placed in the beach. Therefore, this species was suggested to be a suitable bioindicator of disturbances on coastal dunes. A general discussion section synthesised and discussed the thesis contribution to understanding the use of macrobenthic communities to assess ecological status and functioning of exposed sandy beaches, suggesting future research challenges.