Variabilidade em distintas escalas espaço-temporais da macrofauna bêntica de um estuário subtropical

Orientador : Dr. Paulo da Cunha LanaTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Sistemas Costeiros e Oceânicos. Defesa: Pontal do Paraná, 29/05/2015Inclui referênciasLinha de pesquisa: Biologia e ecologia de sistema ocêanico e costeirosResumo: A descrição de padrões de distribuição das espécies bênticas é fundamental para o desenvolvimento e aplicação de estratégias de manejo e conservação dos estuários, que são ambientes confinados e muito vulneráveis à poluição. A distribuição desses organismos é influenciada por interações entre fatores físicos, químicos e biológicos, de origem natural e/ou antrópica, que podem variar em distintas escalas espaciais e temporais. Este estudo analisa a variabilidade da estrutura taxonômica e funcional das assembleias macrobênticas de baixios entremarés não vegetados ao longo do gradiente estuarino na Baía de Guaratuba, como forma de inferir seus principais fatores/forçantes reguladores. Para avaliar a variabilidade espacial da macrofauna foram definidas quatro escalas: três Setores (103 m), quatro Baixios dentro de cada Setor (102 m), três Locais dentro de cada Baixio (101 m) e três unidades amostrais dentro de cada Local (100 m). Simultaneamente, foram tomadas amostras para análises das variáveis ambientais: granulometria, carbono, nitrogênio, fósforo, pigmentos fotossintéticos, matéria orgânica, carbonato de cálcio, salinidade, pH, temperatura e profundidade da camada de descontinuidade redox do sedimento. Para avaliar a variabilidade espaço-temporal da macrofauna, utilizamos o mesmo delineamento amostral das analises de variabilidade espacial, com redução de um nível na escala de centenas de metros: 3 Setores X 3 Baixios X 3 Locais X 3 réplicas para a macrofauna, além da coleta de uma réplica em cada local para as análises das variáveis ambientais. Foram realizadas três campanhas quinzenais, replicadas no final do período chuvoso e seco. Foram utilizadas análises univariadas e multivariadas para avaliar a estruturação da macrofauna e os principais fatores/forçantes atuantes nas diferentes escalas. A hipótese de que os atributos taxonômicos (abundância e composição das assembleias) e funcionais (diversidade funcional e composição dos traços funcionais) variam na maior escala espacial, que corresponde ao gradiente de salinidade, não foi refutada. No entanto, a salinidade não pode ser considerada a única forçante para explicar a distribuição da macrofauna ao longo do gradiente estuarino. As variáveis pH, tamanho do grão, quantidade de sedimentos finos, profundidade da camada de descontinuidade redox, matéria orgânica, pigmentos fotossintéticos e nutrientes também variam na maior escala. O padrão espacial foi consistente ao longo do tempo, principalmente para as variáveis salinidade, pH, tamanho do grão e profundidade da camada de descontinuidade redox, indicando que estas forçantes condicionaram primariamente o estabelecimento do conjunto de espécies com características taxonômicas e funcionais específicas entre os diferentes setores estuarinos. Entretanto, a riqueza de táxons, abundancia de alguns táxons dominantes e o traço "modo de alimentação" variou nas menores escalas, refutando a nossa principal hipótese de trabalho. As análises de composição taxonômica e funcional indicaram mudanças nas menores escalas espaciais e temporais, com sobreposição entre os setores intermediário e externo, principalmente no período seco. Essa variabilidade nas menores escalas foi relacionada principalmente com as mudanças na quantidade e qualidade da matéria orgânica, carbonato de cálcio, nitrogênio, razões nitrogênio:fósforo e carbono:nitrogênio. Portanto, nenhum dos modelos empíricos ou conceituais baseados apenas na salinidade pode explicar a variação total para a estruturação das assembleias macrobênticas no gradiente estuarino. Os padrões de distribuição das assembleias bênticas resultaram de uma complexa interação de fatores físico-químicos que variam simultaneamente na maior e menor escala de espaço e tempo. A abordagem em múltiplas escalas pode contribuir para ampliar o conhecimento científico de distribuição dos organismos bênticos e oferecer suporte para estudos macroecológicos, avaliação e monitoramento ambiental nos sistemas estuarinos.Abstract: The patterns in benthic species distribution are relevant information to management and conservation of the estuaries. Estuarine environment are confined and more vulnerable to natural or anthropogenic disturbances than other aquatic ecosystems. Variation of benthic assemblages is influenced by interactions among physical, chemical and biological factors at multiple spatial and temporal scales. In this thesis, we have assessed the taxonomic structure and functional traits of intertidal benthic assemblages to key environmental drivers along a subtropical estuarine gradient from southern Brazil. To achieve this goal, we have applied a hierarchical sampling design to assess benthic variation at multiple spatial and temporal scales. We have assessed benthic variation of each of several spatial scales, from meters to kilometers: three Sectors (103 m), four Tidal flats within Sector (102 m), three Location within Tidal flats (101 m) and three replicates within Location (100 m). Simultaneously, environmental drivers were measured: grain size, carbon, nitrogen, phosphorus, photosynthetic pigments, organic matter, calcium carbonate, salinity, pH, temperature and depth of redox discontinuity layer. Additionally, we have assessed spatiotemporal variability of intertidal benthic assemblage along estuarine gradient using similar spatial sampling design before, cutting one Tidal flat level for each Sector: 3 Sectors x 3 Tidal flats x 3 Locations X 3 replicates for benthic organisms and 3 replicates for environmental drivers. Nested spatial design was carried out on each three consecutive fortnights during rainy and dry seasons. The variability of benthic assemblages and environmental drivers was assessed with univariate and multivariate analysis. The hypothesis that taxonomic (assemblage composition and abundance) and functional (composition and functional diversity) structure vary at the largest spatial scale, corresponding to the salinity gradient, was not refuted. However, salinity variation which is main environmental driver in estuaries, could not explain by itself macrobenthic distribution on the intertidal habitat along estuarine gradient. Other environmental variables (nutrients, organic matter, photosynthetic pigments, pH, grain size and redox discontinuity layer) also varied at the largest scale acting as confounding factors. Spatial distribution along gradient was always recognized over time, suggesting that environmental drivers at largest scale played an important role in the specific taxonomic and functional groups among sectors. However, variations at small scales in number of species, the density of some numerically dominant taxa and feeding mode trait, refuted our main working hypothesis. Also, taxonomic and functional composition changed at small spatial and temporal scales. The intermediate and outer sectors often overlapped but were clearly separated from the inner sector, mainly on the dry season. Such small-scale variability in the macrobenthic assemblage should be related to organic matter quantity and quality, calcium carbonate, nitrogen, nitrogen:phosphorus and carbon:nitrogen ratios. Therefore, our findings do not fully support previous conceptual or empirical models based only salinity gradient for estuarine macrobenthic assemblages. Benthic distribution patterns thus result from a complex interaction among environmental drivers, varying simultaneously at largest and small spatiotemporal scales. Our findings suggest that multiple spatiotemporal scales approach provide a better scientific knowledge to understand benthic distribution patterns and useful for macroecological studies, environmental monitoring and assessment in the estuarine systems