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Ecosistemas Aquáticos
Dinâmica de Ecosistemas Aquáticos2006-2007
Aula 1
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Aula 1
1. Definições e componentes de ecossistemas aquáticos2. Sistemas marinhos3. Sistemas estuarinos4. A ictiofauna do sapal-estuário (Guadiana) e o
desenvolvimento dum índice de integridade biótica para monitorização e a avaliação das condições ambientais
5. Ecologia trófica do sapal-estuário (Guadiana)
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3
What is an aquatic ecosystem?
• A question of scale: Large Marine Ecosystems (LME) e.g. Gulf of Mexico, Mediterranean Sea to an individual estuary or lake;
• In part, depends on objective: e.g. fisheries management, climate change, water resources management;
• Is usually characterised by the ecological processes which occur within it and between that ecosystem and other neighbouringecosystems;
• All the elements of the food chain should be present, including primary producers, grazers, predators, and organisms such as bacteria;
• Sufficient suitable habitat (hydraulic habitat, physico-chemical habitat and geomorphological habitat) should be available for each member of the food chain
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Components of an aquatic ecosystem
• water, whether standing, flowing or underground; • physical habitat, including channel morphology or bathymetry,
sediment characteristics and bedforms; • vegetation, including riparian or fringing vegetation and instream
vegetation (both submerged and emergent), algae and phytoplankton;
• biota, from macrofauna to microfauna; and • biochemical and ecological processes, such as nutrient cycling.
All of these components are necessary, and must be present with some degree of health, quality or integrity, in order to maintain a fully functional ecosystem, and so must be included in the working definition of an aquatic ecosystem.
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Many classifications of aquatic ecosystems exist.
Aquatic ecosystems are considered to include riverine systems, estuarine systems, coastal marine systems, wetland systems, floodplains, lakes (natural and artificial) and groundwater systems.
Most widely used classification is that of Cowardin et al. (1979):
Classification into five major systems:
1. Marine, 2. Estuarine, 3. Riverine, 4. Lacustrine,5. Palustrine.
Other classifications based on: geographical location, water quality and mode of formation. This has given rise to classifications such as intertidaland sub-tidal marine systems, lakes (natural and artificial), riverinesystems, floodplains, swamps, marshes, etc…
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Marine systems
Marine systems consist of the open ocean overlying the continental shelf and its associated exposed coastline. Marine habitats are exposed to the waves and currents of the open ocean and the water regimes are determined primarily by the ebb and flow of oceanic tides. Shallow coastal indentations or bays without appreciable freshwater inflow are also considered part of Marine systems because they generally support typical marine biota.
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Demersal fish landings per unit area1950-1998 showing highest, lowest, upper and lower quartiles
0
0.5
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1.5
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2.5
Atl.
NE
Atl.
NW
Pac
. NE
Pac
. NW
Atl.
SW
Pac
. SE
Pac
. SW
Atl.
WC
Atl.
EC
IO. E
IO. W
Med
.+B
S
Pac
. EC
Pac.
WC
tons
/km
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PICES 25 October 2000
Ecosystem comparisons: why is productivity different?
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13PICES 25 October 2000
Physical drivers of variability: temperature, wind, light, runoff- all have spatial and temporal characteristics
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Keith Brander 03/12/98
Cod catch at Greenland dependson temperature
from Brander1997
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1 0 0
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4 0 0
5 0 0
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Lan
din
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Detailed process models, IBMs, structured population models, behavioural models..
TheoryLiterature Experiments
ObservationsData assimilation
Lower trophiclevel models
Simplified biological models of target species
Grand challenge
Basic understanding of
mechanism
s and processes
3D coupled models
Climate changeFisheries
GLOBEC perspectiveGLOBEC perspective
PICES 25 October 2000
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Inshore coastal environments: beaches, bays etc…
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Strong gradients – inter tidal areas
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Rocky shore environments – strong gradients
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Species distributions and environmental gradients in the intertidal zone
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The importance of predation as a structuring force
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Estuarine systemsEstuarine systems consist of tidal wetlands that are usually semi-enclosed by land but have open, partly obstructed or sporadic access to the open ocean, and in which ocean water is at least occasionally diluted by freshwater runoff from the land. Estuarine systems include both estuaries and lagoons, and are more strongly influenced by their association with land than is the Marine system. In terms of wave action, estuaries are generally considered to be low energy systems. Salinity and temperature regimes tend to be highly variable, and salinities may periodically be increased above that of the sea by evaporation. Estuarine systems are often highly turbid and contain distinctive fauna. Salt marshes and mud and sand flats bordering estuaries and with an intertidal character are also considered Estuarine.
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Strong tidal influence…..
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Tides and salinitygradients
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The influence of environmental factors(e.g. NAO)
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A ictiofauna do sapal-estuário e o desenvolvimento dum índice de
integridade biótica para monitorização e a avaliação das condições ambientais
(Projecto Guadiana)
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Objectivos do estudo da comunidadeictiológica
• Caracterizar a comunidade ictiologica no baixo e médio estuário e no sapal ao longo do ano(abundância, riqueza específica, biomassa, composição em termos de juvenis/adultos);
• Estudar os habitos alimentares das espéciesprincipais e as relações tróficas
• Caracterizar os parâmetros ambientais fundamentais(p.e. limitações, tolerâncias)
• Identificar espécies indicadoras• Identificar a Situação de Referência e a Situação
Objectivo
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Trawl samplinglocations
Beach seine samplinglocations
Lower Guadianaestuary and CastroMarim salt marshsampling locations
• monthly sampling,• at night,• low tide,• lunar phase: last quarter,• professional fishermen,• Sep 2000 - Aug 2001
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59Beach seine used in Castro Marim salt marsh creeks
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Material e Métodos
Trabalho de campo:
• Sapal: amostragem mensal em 5 locais com redinha;• Estuário: amostragem mensal em 6 locais com arrasto de
portas;• Parâmetros: temperatura, salinindade, O2.Laboratório:• Identificação; • Comprimentos e pesos;
• Estado de maturação;• Ecologia alimentar.Pesquisa bibliográfica:• Estudos complementares;• Idade de primeira maturação;• Classificação: ciclo de vida, estado de conservação, limites de
tolerância etc...
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Classificação das espécies
As espécies foram classificadas segundo os hábitos de reprodução, de migração e de ocorrência:
• Espécies residentes que vivem no estuário/sapal durante todoos seu ciclo de vida;
• Espécies marinhas que utilizam o sapal como viveiro;• Espécies marinhas ocasionais;• Espécies migradoras anádromas e catádromas;• Espécies dulciaquícolas ocasionais.Habitat:
• Sapal, baixo estuário, médio estuário.Estado de maturação:• Juvenil ou adulto.
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Classificação das espécies
Frequência de ocorrência:• Muito frequente ou frequente, raras ou ocasionais, muito raras.Categoria trófica:• Filtradores, detrívoros, omnívoros, piscívoros e espécies que
alimentam-se de invertebradosTolerância:• Espécies dulciaquícolas;
• Espécies dulciaquícolas - marinhas;• Espécies salobro - marinhas;• Espécies marinhas.Pelágico (associado com a coluna de água) ou bentónico
(associado mais com o fundo)
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Resultados principais (Situação de referência)
• total de 48 espécies (26 famílias) de peixe no sapal e estuário;
• predominância de espécies marinhas (em particular juvenis);• relativamente poucas espécies residentes ou migradoras
anádromas e catádromas;• Espécies dominantes/características do sapal: P. microps
(residente); Atherina spp. (residente); Mugilidae (residentes e juvenis de migradores marinhos), juvenis de Sparidae, S. pilchardus, D. labrax, M. surmuletus (juvenis de migradoresmarinhos);
• Espécies dominantes/características do baixo estuário: H. didactylus, D. sargus, D. vulgaris, D. labrax, S. vulgaris, S. senegalensis;
• Diversidade reduzida do estuário médio;• Importância de salinidade.
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Baixo estuário e sapal
Estuário médio
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SETSETSETSETNOVNOV
NOV
JANJAN
JAN
JAN
FEV
FEVFEV
MARMAR
MAR
MAR
ABR
ABR
ABRABR
MAIMAI
MAIMAI
MAIJUN
JUNJUN
JUN
JUL
JULJUL
JULAGOAGOAGO
AGO
axis 1
-1 -0.5 0 0 . 5 1
axi
s 2
-1
-0 .5
0
0 . 5
1
Verão
Sapal de Castro MarimCannonical correspondence analysis
Caudais máximos,salinidade mínima
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Aal
Af
AanAth
Bb
Cl
C c
Dl
Dp
Da
Db
DsDv
Ee
Fh
GnHd
L a LrL s
M c
Mug
M b
M s
Pg
Ps
Pm
Pmin
Sp
Ss
Sc
Sa
Tt
axis 1
-1 -0 .5 0 0 .5 1
axi
s 2
-1
-0 .5
0
0 .5
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Espécies dulciaquícolas
Espécies salobrase residentesJuvenis / espécies
marinhas
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Aal
A f
AanAth
Bb
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L aLrL s
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M s
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Ps
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Pmin
Sp
Ss
Sc
Sa
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Temp
Sal
axis 1
-1 -0.5 0 0 . 5 1
axis
2
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-0.5
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SETSETSETSETNOVNOV
NOV
JANJAN
JAN
JAN
FEV
FEVFEV
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MAR
MAR
ABR
ABR
ABRABR
MAIMAI
MAIMAI
MAIJUN
JUNJUN
JUN
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JULJUL
JULAGOAGOAGO
AGOT e m p
Sal
axis 1
-1 -0.5 0 0.5 1
axis
2
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0
0.5
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verão
cheias, caudais máximos
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Aal
A f
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Bb
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Cc
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ABR
ABRABR
MAIMAI
MAIMAI
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JULAGOAGOAGO
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axis 1
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ABR
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MAIMAI
MAIJUN
JUNJUN
JUN
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JULAGOAGOAGO
AGOT e m p
Sal
axis 1
-1 -0.5 0 0.5 1
axi
s 2
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0
0 . 5
1
Espéciesdulciaquícolas
Espéciesmarinhas,juvenis
Espéciessalobras, residentes
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Aal Aan
Ath
Bb
Cl
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JAN
ABR
ABR
ABRABR
MAIMAI
M A I
MAI
MAI
JUN
JUNJUN
JUN
JUL
JUL
JUL
JULAGO
AGO
AGO
AGO
axis 1
-0.5 0 0.5
axi
s 2
0
0.5
Zoom...
Principalmente juvenis:sparidae e robalo
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Lusitanian toadfish (Halobatrachus didactylus)
Mullets (Liza aurata, L. ramada)
Sand goby (Pomatochistus microps)
Sea breams (e.g. Diplodus sargus)
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European bass (Dicentrarchus labrax, D. punctatus)
Red mullets (Mullus surmuletus, M. barbatus)
Soles (Solea senegalansis, S. vulgaris)
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Situação objectivo
Manutenção da diversidade:
• Manter uma diversidade característica de 30 - 40 espécies aolongo do ano no sapal;
• Manter uma diversidade característica de 30 - 40 espécies aolongo do ano no baixo e médio estuário;
• Persistência de espécies frequente ou muito frequentes(espécies indicadoras);
• Entre 19 e 23 espécies por local ao longo do ano no baixoestuário (amostragem com arrasto);
• Entre 10 e 15 espécies por local ao longo do ano no médioestuário (amostragem com arrasto);
• Entre 22 e 25 espécies por local ao longo do ano no sapal(amostragem com redinha);
Mas, o número total de espécies inventariados no estuário e sapal ao longo de 30 anos é 81.
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Fonte: Whitfield, A.K. and M. Elliott. 2002. Fishes as indicators of environmentaland ecological changes within estuaries: a review of progress and some suggestionsfor the future. J. Fish Biology 61(Suppl. A): 229-250.
Utilização de peixes como indicadores de integridade biológica
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Princípio ecológico do índice de integridade biótica
Os níveis tróficos mais altos (peixes) exigem uma diversidade de funções e processos (condições ambientais, alimentares, habitat) para sobreviver, crescer e reproduzir.
Um índice de integridade biótica é desenvolvido utilizando atributos dacomunidade de peixes (“metrics”) que reflectam a qualidade daágua, a estrutura dos habitats, os caudais, a cadeia alimentar e as interacções biológicas.
Selecção de “metrics”:1. Medidas de riqueza específica; 2.Medidas de composição e
dominância;3. Medidas de tolerância; 4.Medidas tróficas ou de habitat
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Exemplos de respostas esperadas
Fonte: Deegan et al. 1997. Development and validation of an estuarine biotic integrityindex. Estuaries 20: 601-617.
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“Metrics” potencias
Fonte: EPA. Estuarine and Near Coastal Marine Waters: Bioassessment and Biocriteria Technical Guidance. (EPA 822-B-00-024).
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Aplicações:
1.Tempos de residência: redução dos valores em anossecos:
• Redução no recrutamento de peixes que desovam no estuário?“Metrics”: abundância de E. encrasicholus, P. microps
2. Alterações na salinidade:
• Diminuição de habitats dulciaquícolas ?
“Metrics”: abundâncias de espécies salobras e dulciaquícolas
3. Tempo de permanência da salinidade:• Impacto negativo sobre as espécies dulciaquícolas?
“Metrics”: abundâncias de espécies salobras e dulciaquícolas
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Aplicações cont.
4. Retenção de sedimentos, matêria orgânica e nutrientes:• Redução da produtividade, impactos negativos sobre a
cadeia alimentar e o recrutamento• Degradação de habitats (principalmente no sapal)
“Metrics”:– Diversidade;– Abundâncias , proporções e dominância; – Números de piscívoros;– etc....
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81
Feeding Ecology and Food Web
• sampling period: September 2000 - August 2001• 1415 stomachs of the most important species
MDS based on mean seasonal values of CN%
Soles
Sea basses
Red mullets
Sea breams
Toadfish
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Moronidae
MullidaeSparidae
Batrachoididae
Amphipoda
C. maenas
C. crangon
Insecta
Echinoidea
Other Teleostei
P. serratus
Algae, sea grass
Polychaeta
Autumn
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Soleidae
Moronidae
Batrachoididae
C. maenas
C. crangon
Gobiidae
Other Crustacea
Other Teleostei
P. serratus
Polychaeta
Winter
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Soleidae
Moronidae
Sparidae
Batrachoididae
Amphipoda
C. maenas
C. crangon
Gobiidae
Other Teleostei
Fisheggs
Algae, sea grass
Polychaeta
Cerastoderma spp.Spring
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Moronidae
Mullidae
SparidaeAmphipoda
C. crangon
Gobiidae
Insecta
OtherTeleostei
P. serratus
Algae, sea grass
Polychaeta
Summer
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a) b)
c) d)
Moronidae
MullidaeSparidae
Batrachoididae
Amphipoda
C. maenas
C. crangon
Insecta
Echinoidea
OutrosTeleostei
P. serratus
Planta
Polychaeta
Moronidae
MullidaeSparidae
Batrachoididae
Amphipoda
C. maenas
C. crangon
Insecta
Echinoidea
OutrosTeleostei
P. serratus
Planta
Polychaeta
Soleidae
Moronidae
Batrachoididae
C. maenas
C. crangon
Gobiidae
OutrosCrustacea
Outros Teleostei
P. serratus
Polychaeta Soleidae
Moronidae
Batrachoididae
C. maenas
C. crangon
Gobiidae
OutrosCrustacea
Outros Teleostei
P. serratus
Polychaeta
Soleidae
Moronidae
Sparidae
Batrachoididae
Amphipoda
C. maenas
C. crangon
Gobiidae
Outros Teleostei
Ovo deTeleostei
Planta
Polychaeta
Cerastoderma spp.
Soleidae
Moronidae
Sparidae
Batrachoididae
Amphipoda
C. maenas
C. crangon
Gobiidae
Outros Teleostei
Ovo deTeleostei
Planta
Polychaeta
Cerastoderma spp.
Moronidae
Mullidae
SparidaeAmphipoda
C. crangon
Gobiidae
Insecta
OutrosTeleostei
P. serratus
Planta
Polychaeta
Moronidae
Mullidae
SparidaeAmphipoda
C. crangon
Gobiidae
Insecta
OutrosTeleostei
P. serratus
Planta
Polychaeta
Autumn Winter
Spring Summer
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Soleidae
Moronidae
MullidaeSparidae
Batrachoididae
Amphipoda
C. maenas
C. crangon
Gobiidae
Other Teleostei
Fish eggs
P. serratus
Algae, sea grass
Polychaeta
Cerastoderma spp.All Year
88
Xarroco
Robalos
Sargos
Linguados
Salmonetes
Tainhas
Carcinusmaenas
Gobius sp
Crangon crangon
Palaemon serratus
Amphipodes
Algas
Gastrópodes
Poliquetas
Camarões
Pulga-do-mar Matériaorgânica
Crustáceos
Isópodes
Fitoplâncton
Zooplâncton
Moluscos
Clupeídos
Sea bassesPhytoplankton
ZooplanktonMullets
Small pelagics
Gastropods
Polychaetes
Organicmatter
Crustaceans
Molluscs SolesShrimps
Toadfish
Algae,sea grasses
Amphipods
Sea breams
Red mullets
Isopods
Preferential prey: Secondary prey: Literature:
Food web partly based on data from other studies
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