Assessing changes in ecosystem functioning and services via functional traits of an estuarine fish assemblage

Tese de mestrado, Ecologia Marinha, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016Biodiversity loss is a pressing global issue. Yet, there is limited knowledge on the consequences of species loss for ecosystem functioning and services. The main objective of this study was to assess the potential influence on the provision of ecosystem services exerted by an estuarine fish assemblage via functional traits, and possible temporal and spatial variations. To explore links between fish biodiversity and ecosystem functioning and services we reviewed the literature for evidence on relationships between fish functional traits (e.g. body size, diet) and ecosystem service provision to humankind (e.g. nutrient cycling and biological control). Additionally, we used a time-series data on an estuarine fish assemblage (Mondego estuary, Portugal, sampled between 2003 and 2013) as a practical case-study for further developing our approach. For each fish species we assembled data on five functional traits and identified functional groups of species (e.g. through hierarchical cluster analysis). We characterized the potential contribution of the Mondego fish assemblage to the functioning of the ecosystem and its service provision. In addition, we determined the degree of functional redundancy in the fish assemblage, towards an evaluation of the degree of resilience of this assemblage in contributing to ecosystem functioning and service provision. The most important functional traits identified in the literature review to regulating services were feeding mode, diet and body size and their effects depended on both service and ecosystem. We identified seven functional groups in the fish assemblage, with potential to contribute to all regulating services analysed, except air purification, namely: nutrient cycling, coastal protection and disturbance prevention, maintenance of sediment processes and sediment redistribution, biological control, climate regulation, waste treatment and assimilation and regulation of linkages between ecosystems. However, this contribution was not equal for all groups, as each one was linked to specific services and differently represented in the fish assemblage. Also, fish functional groups showed spatial and inter-annual variation, which is probably associated with environmental conditions. The majority of fish functional traits measures were significantly correlated with salinity, temperature and oxygen and showed strong spatial and annual variation, despite a weak seasonal variation. Functional redundancy of the fish assemblage showed spatial and seasonal variations, which may be related with differences in abundance of species between stations, probably due to different environmental conditions, and seasons, which influence recruitment periods of some species. The annual functional redundancy differed between groups, with group 7 showing null values, possibly being the most vulnerable group to disturbance, and groups 5 and 6 showing the highest values, which may mean they contribute in a more resilient manner to the the provision of ecosystem services such as waste treatment and assimilation and climate regulation. This study is the first one to assess the provision of ecosystem services by the fish assemblage of the Mondego estuary through their functional traits and estimate their resilience. Future studies should develop the quantification of ecosystem services provided by fish in ecological and economical perspectives, assess the impacts of anthropogenic pressures in functional composition of fish assemblages and thus in the ecosystem services they can provide, and also estimate the resilience of those fish assemblages, which is essential to prioritize conservation efforts of fish assemblages and safeguard the services they provide.A perda de biodiversidade é um problema urgente à escala global. Contudo, o conhecimento sobre as consequências da perda de espécies para o funcionamento e serviços dos ecossistemas é limitado. O principal objectivo deste estudo foi avaliar a potencial influência na provisão de serviços de ecossistema exercida por uma associação de peixes estuarinos através das características funcionais, e as suas possíveis variações temporais e espaciais. Para explorar as ligações entre a biodiversidade de peixes e o funcionamento e serviços de ecossistema, fizemos uma revisão da literatura para encontrar evidências de relações entre características funcionais de peixes (e.g. tamanho do corpo, dieta) e o funcionamento de ecossistemas/provisão de serviços à humanidade (e. g. reciclagem de nutrientes e controlo biológico). Adicionalmente, usámos uma série cronológica da composição taxonómica de uma associação de peixes estuarina (estuário do Mondego, Portugal, amostrada entre 2003 e 2013) como caso prático de estudo para desenvolver a nossa abordagem. Para cada espécie de peixe, reunimos dados acerca de cinco características funcionais e identificámos grupos funcionais de espécies (e.g. através de análise hierárquica de agrupamento). Caracterizámos a contribuição da associação de peixes do Mondego para o funcionamento do ecossistema e a sua provisão de serviços. Além disso, determinámos o nível de redundância funcional da associação de peixes, para uma avaliação do grau de resiliência desta associação ao contribuir para o funcionamento do ecossistema e provisão de serviços. As características funcionais mais importantes identificadas na revisão de literatura para os serviços de regulação foram o modo de alimentação, a dieta e o tamanho do corpo e os seus efeitos dependem doserviço e do ecossistema. Identificámos sete grupos funcionais na associação de peixes, com potencialpara contribuir para todos os serviços reguladores de ecossistema, excepto purificação do ar,nomeadamente: reciclagem de nutrientes, protecção da costa e prevenção de perturbações, manutenção deprocessos sedimentares e de redistribuição sedimentar, controlo biológico, regulação do clima, tratamento e assimilação de desperdícios e regulação de ligações entre ecossistemas. No entanto, esta contribuição não foi igual para todos os grupos, já que cada um está ligado a serviços específicos e diferentemente representado na associação de peixes. Além disso, os grupos funcionais de peixes mostraram variação espacial e inter-anual, o que está provavelmente associado a condições ambientais. A maioria das medidas de características funcionais das espécies foram significativamente correlacionadas com a salinidade, temperatura e oxigénio e mostraram uma forte variação espacial e anual, apesar de uma fraca variação sazonal. A redundância funcional da associação de peixes mostrou variação espacial e sazonal, o que pode estar relacionado com diferenças na abundância de espécies entre estações de amostragem, provavelmente devido a diferentes condições ambientais e estações do ano, que influenciam os períodos de recrutamento de algumas espécies. A redundância funcional média anual variou entre grupos, com o grupo 7 a mostrar valores nulos, sendo possivelmente o grupo mais vulnerável a perturbações e os grupos 5 e 6 a mostrar os valores mais altos, o que pode significar que eles contribuem de uma maneira mais resiliente para a provisão de serviços de ecossistema como o tratamento e assimilação de desperdícios e a regulação do clima. Este estudo foi o primeiro a avaliar a provisão de serviços de ecossistema relacionados com a associação de peixes do estuário do Mondego através das suas características funcionais e a estimar a sua resiliência. Estudos futuros deverão desenvolver a quantificação de serviços de ecossistema fornecidos por peixes do ponto de vista ecológico e económico, avaliar os impactos das pressões antropogénicas na composição funcional de associações de peixes e nos serviços de ecossistema que elas conseguem fornecer, e também estimar a resiliência dessas associações de peixes, a qual é essencial para prioritizar esforços de conservação em associações de peixes e salvaguardar os serviços que elas fornecem