Environmental forcing of an estuarine gradient of zooplankton abundance and production

Abstract

Os copépodes são pequenos e frágeis crustáceos que constituem um dos grupos de organismos metazoários mais abundantes do mundo. Em ambientes marinhos e estuarinos, os copépodes assumem um papel de extrema relevância ao nível das cadeias tróficas, nomeadamente na transferência de matéria e energia de níveis tróficos inferiores (fitoplâncton) para níveis tróficos superiores (ex. larvas de peixe). A importância ecológica dos copépodes reflecte-se no elevado número de citações constantes no ISI Web of Knowledge (7716 citações entre 1969 e 2006) e no destaque que os mesmos continuam a possuir em estudos recentes de planctologia marinha e estuarina. Esta dissertação teve como objectivos principais (1) descrever variações espacio-temporais em termos de abundância e biomassa de populações estuarinas de copépodes da Ria de Aveiro (Portugal) e a sua relação com parâmetros hidrológicos (salinidade, temperatura, clorofila a e precipitação; (2) comparar as taxas de crescimento e desenvolvimento de populações alopátricas de copépodes; (3) definir modelos de crescimento dependentes da temperatura para as formas juvenis (nauplius e copepoditos) de Acartia tonsa; (4) avaliar o forçamento ambiental na distribuição e abundância de populações de Acartia e (5) calcular taxas de produção secundária potenciais para as populações de Acartia. Numa primeira fase, foi objecto de estudo a comunidade de copépodes estuarinos, para a qual foram descritos os padrões temporais de abundância e biomassa e obtidas estimativas de produção secundária. Os resultados obtidos neste estudo permitiram concluir que, entre outros aspectos, a abundância e biomassa da comunidade de copépodes da Ria de Aveiro se encontra significativamente correlacionada de modo positivo com a salinidade e com a temperatura da água. As estimativas das taxas de produção secundária derivadas da aplicação de modelos gerais de crescimento mostraram ser algo diferentes, sendo a estimativa dada pelo modelo de Hunthey & Lopez (1992) mais elevada do que a obtida pelo modelo de Hirst & Bunker (2003). O crescimento e desenvolvimento de espécies de Acartia foram estudados sob condições controladas em termos de alimento e temperatura, de forma a serem definidos modelos de crescimento dependentes da temperatura. A partir destes estudos concluiu-se que as populações alopátricas possuem diferentes respostas à temperatura. Além deste aspecto, também se observou que, pelo menos no caso da A.tonsa, as taxas de crescimento das formas juvenis (nauplius e copepoditos) estimadas in situ ou sob condições saturantes de alimento são similares. resumo O forçamento ambiental das populações de Acartia no Canal de Mira foi avaliado através de uma análise de componentes principais (ACP), que permitiu a análise simultânea das alterações espaciais e temporais das diferentes populações. Esta análise identificou três zonas distintas no estuário com base na abundância de Acartia spp.. Para cada zona, análises de correlação com diferentes desfasamentos temporais entre as variáveis ambientais e a abundância de copépodes, permitiram detectar a existência de forçamentos ambientais específicos, assim como um efeito positivo da biomassa fitoplanctónica na abundância do zooplâncton verificada meses mais tarde. Esta tese demonstrou igualmente a grande importância que as populações de Acartia, especialmente a mais abundante – A. tonsa – assumem na transferência de matéria e energia no ambiente planctónico da Ria de Aveiro (Portugal).

Copepods are small fragile and tiny crustaceans that form one of the world’s most abundant groups of metazoan organisms. In estuarine and marine environments copepods assume a key role in what trophic chains are concerned, namely in the transfer of matter and energy from lower trophic levels (phytoplankton) to higher trophic levels (ex. fish larvae). Copepods ecological importance is proven by the high number of quotations in ISI Web of Knowledge (7716 quotations between 1969 and 2006) and in the significance that they still have concerning current studies on estuarine and marine planktonic studies. The main goals of the present thesis were (1) to characterize and to describe the spatialtemporal patterns of abundance, biomass and production of the estuarine copepod community from Ria de Aveiro (Portugal) and its relationship with hydrological data (salinity, temperature, chlorophyll a and rainfall regime); (2) to compare growth and developmental rates of allopatric copepod populations; (3) to define temperature dependent growth models for nauplii and copepodites of Acartia tonsa; (4) to evaluate environmental forcing on the distribution and abundance of Acartia populations; and (5) to estimate potential secondary production rates of Acartia populations. In a first stage estuarine copepods community was studied, time patterns of abundance and biomass having been described and estimates of secondary production having been obtained. Results achieved by this study have led us to the conclusion that, among other aspects, abundance and biomass of the copepods community in Ria de Aveiro is positively correlated with water salinity and temperature. Estimates of secondary production rates deriving from the use of general growth models were different, the estimate obtained by Hunthey & Lopez (1992) model being higher than the one resulting from the Hirst & Bunker (2003) one. In order to define specific temperature-dependent copepod growth models, the growth and development of Acartia species were studied under controlled conditions of food and temperature. From those studies it was concluded that allopatric populations have different temperature responses. Additionally, it was also observed that, at least for A.tonsa, the growth rates of nauplii and copepodites at saturated food conditions and in situ conditions of food are similar. Environmental forcing of Acartia populations in Canal de Mira was evaluated by means of 3-mode PCA, which analyses simultaneously spatial and temporal changes of multispecies assemblages. This analysis identified three distinct zones along the estuary based on Acartia spp. abundance. For each zone time-lagged correlations between environmental variables and copepods abundance indicated that different zones were forced by different combinations of variables and the existence of delayed effects of phytoplanktonic biomass on the abundance of A.tonsa. This thesis also demonstrated the high importance that Acartia populations, in particular the most abundant A.tonsa, assume on the transfer of matter and energy in the planktonic realm of Ria de Aveiro (Portugal).