Spatial and temporal variations in trophic connectivity within an estuarine environment : benthic-pelagic and terrestrial-aquatic linkages via invertebrates and fishes

Estuarine ecosystems are among the most biologically productive areas and they provide important ecosystem services such as erosion control, habitat and refugia for several species. These environments are characterized by the presence of a variety of organic matter sources due to their transitional position between rivers and the sea. The biotic compositions can undergo spatial and seasonal changes along the estuary due to the spatial and temporal fluctuations of environmental factors such as salinity, temperature and seston loads. Therefore, the different combinations of biotic and abiotic factors make each estuary a unique ecosystem. Because of this spatial and temporal complexity, the understanding of estuarine food web structure and which factors affect the trophic relationships within the ecosystem through space and time represent challenging tasks. Furthermore, estuaries are under an increasing number of anthropogenic perturbations because of the growing concentration of human populations in coastal areas. Knowledge of ecosystem structure and functioning is essential for effective conservation and management planning of coastal areas.In this dissertation, I combine the utilization of biological tracers to examine spatial and temporal variability in the food web structure within a small temperate and microtidal estuary located in South Africa. To this end, fatty acid profiles and stable isotope signatures were measured in several primary organic matter sources and consumers (including zooplankton, fishes and benthic invertebrates) during four consecutive seasons and in three different estuarine regions: upper, middle, and lower reaches. The three reaches had distinct habitat features of vegetation type and morphology, and in particular the lower reaches were colonized by the marsh grass Spartina maritima. Isotopic mixing models were used to estimate the relative contribution of each food source to the diets of invertebrates and fishes within the estuarine food web. The isotopic and fatty acid data showed similar results. In general, the lower reaches of the estuary were characterized by a higher deposition and assimilation by brachyuran crabs of carbon derived from marsh grass detritus, whiletowards the upper reaches a mixture of microphytobenthos and particulate organic matter (phytoplankton and detritus) was deposited and sustained the pelagic and benthic fauna. The highest deposition and assimilation of marsh grass detritus in the lower reaches of the estuary occurred during periods of low freshwater discharge (autumn and winter). In the upper reaches, microphytobenthos and suspended particulate organic matter were dominant basal food resources for the food web during all seasons. These results indicated that benthic consumers incorporated mainly local carbon sources from their local habitat.To clarify isotopic and fatty acid patterns I examined the trophic behaviour of the sesarmid crab Sesarma catenata through laboratory feeding experiments. Results from these experiments validated that decomposed leaves of riparian trees and the salt marsh plant S. maritima were the preferred food of the sesarmid crabs, potentially due to high bacterial loads. The remaining leaf material not assimilated by crabs, together with faecal material, are likely important subsidies for adjacent environments, hence representing an important energy pathway involving the microbial food chain. Furthermore, this dissertation showed the importance of mobile top predators as vectors energetically connecting distinct food chains within the estuary (i.e. littoral, benthic and pelagic). I concluded that a combination of physical (i.e. patterns of freshwater discharge and estuary morphology) and biological factors (i.e. organism feeding behaviour, mobility, primary productivity, the local vegetation type) influence the pattern of dominant primary organic matter sources, and therefore the food web structure along the estuarine environment. In particular, marsh grass detritus contributed substantially to the diets of estuarine fauna during periods of low freshwater discharge. Given the importance of the salt marsh habitat in providing trophic resources, it is important to preserve this environment to sustain the natural biota and ecosystem functioning

Fragmentação do habitat da lagoa costeira Garzón, Uruguai

This investigation characterized and quantified the effects of land uses and anthropic activities on a landscape configuration over a period of 15 years from 2000 thru 2015 within the catchment area of Laguna Garzón in Uruguay. For this end, four official data layers of land uses based on remote sensing techniques were used based on a Geographic Information System approach. In addition, landscape metrics were computed in order to evaluate the landscape fragmentation process. The results showed that in the last 15 years those anthropic classes, including afforestation and cultivated areas, experienced surface size growth, while natural areas experienced a reduction. Furthermore, a high quantity of changes from anthropic activities took place in the southern region of the watershed, particularly cultivated areas that have been concentrated there since 2008. Landscape metrics revealed that the landscape within the protected area of Laguna Garzón experienced habitat fragmentation during the 15 years period. En este trabajo se caracterizaron y cuantificaron los efectos de los usos del suelo y las actividades antrópicas sobre la configuración del paisaje de la cuenca de la laguna Garzón (Uruguay) durante el período 2000-2015. Para este fin se utilizaron cuatro capas de  coberturas del suelo oficiales creadas en base a teledetección y se analizaron en sistemas de información geográfica. Asimismo, se estimaron métricas del paisaje seleccionadas en base a la literatura para cuantificar procesos de fragmentación. Durante el período de estudio de 15 años, los resultados mostraron que las actividades antrópicas como la plantación forestal y el área cultivada aumentaron en superficie, mientras que se detectó una disminución de la superficie de las categorías herbáceo natural y monte nativo. Los cambios de cobertura evidenciados se observan sobre todo al sur de la cuenca, alrededor del cuerpo de agua de la laguna Garzón, donde se han concentrado las actividades agrícolas desde el año 2008. Las métricas estimadas muestran una tendencia de aumento en la fragmentación del área de los sistemas naturales con un incremento en el número de parches mayor para las categoríasde áreas antrópicas, sugiriendo una mayor presión hacia las áreas naturales.Este trabalho caracterizou e quantificou os efeitos do uso do solo e das atividades antrópicas na configuração da paisagem da área de captação da lagoa Garzón (Uruguai) durante o período 2000-2015. Com esse objetivo, quatro camadas de coberturas oficiais criadas com base em sensoriamento remoto foram utilizadas e anlisadas em sistemas de informação geográfica. Da mesma forma, métricas selecionadas da paisagem foram estimadas com base na literatura para quantificar os processos de fragmentação. Durante o período de estudo de 15 anos, os resultados mostraram que as atividades antrópicas, como plantios florestais e área cultivada, aumentaram de área enquanto foi detectada uma diminuição na área dascategorias herbácea natural e floresta nativa. As mudanças de cobertura evidenciadas são observadas principalmente no sul da bacia em torno do corpo d’água da lagoa Garzón, onde se concentram as atividades agrícolas desde 2008. As métricas estimadas mostram uma tendência crescente na fragmentação da área em direção aos sistemas naturais

Evaluación de la fragmentación del paisaje en la cuenca de la laguna costera Garzón, Uruguay

En este trabajo se caracterizaron y cuantificaron los efectos de los usos del suelo y las actividades antrópicas sobre la configuración del paisaje de la cuenca de la laguna Garzón (Uruguay) durante el período 2000-2015. Para este fin se utilizaron cuatro capas de coberturas del suelo oficiales creadas en base a teledetección y se analizaron en sistemas de información geográfica. Asimismo, se estimaron métricas del paisaje seleccionadas en base a la literatura para cuantificar procesos de fragmentación. Durante el período de estudio de 15 años, los resultados mostraron que las actividades antrópicas como la plantación forestal y el área cultivada aumentaron en superficie, mientras que se detectó una disminución de la superficie de las categorías herbáceo natural y monte nativo. Los cambios de cobertura evidenciados se observan sobre todo al sur de la cuenca, alrededor del cuerpo de agua de la laguna Garzón, donde se han concentrado las actividades agrícolas desde el año 2008. Las métricas estimadas muestran una tendencia de aumento en la fragmentación del área de los sistemas naturales con un incremento en el número de parches mayor para las categorías de áreas antrópicas, sugiriendo una mayor presión hacia las áreas naturales

Variación de los hábitos tróficos en nueve especies de peces de la Laguna Garzón (Uruguay) = Feeding habits variation within nine fish species from Laguna Garzón (Uruguay)

Se analizó el rol trófico de nueve especies de peces capturadas en la Laguna Garzón (costa atlántica uruguaya) mediante la evaluación de la composición isotópica de nitrógeno y carbono. La captura se realizó en mayo de 2017 utilizando redes de enmalle de 10 cm y 15 cm entre nudos opuestos, con una longitud total de 200 m y un tiempo de actividad de 12 h. Los resultados indicaron una variación isotópica en las especies analizadas debido a diferentes hábitos tróficos. Las mayores posiciones tróficas (PT) ocuparon el segundo nivel trófico, con especies como la anchoa Lycengraulis grossidens (PT = 3,8), el testolín azul Prionotus punctatus (PT = 3,4), la corvina blanca Micropogonias furnieri (3,4), y el dientudo Oligosarcus jenynsii (PT = 3,0). Los modelos isotópicos mostraron que algunas especies estuvieron asociadas al ambiente bentónico, y se alimentaron preferentemente de material orgánico del sedimento (Mugil liza), o de cangrejos (M. furnieri), en contraste con especies que estuvieron asociadas a la columna de agua, como el pejerrey Odontesthes argentinensis. De esta forma, la fauna bentónica residente y la materia orgánica del sedimento y en suspensión estarían sustentando los hábitos de alimentación de los peces analizados en la Laguna Garzón

Nitrogen and euphotic/mixing zone ratio explain cyanobacterial occurrence in small subtropical man-made lakes (Uruguay)

Las floraciones de cianobacterias potencialmente tóxicas son un problema global causado por el incremento de la eutrofización. Las causas del desarrollo de cianobacterias han sido ampliamente estudiadas en sistemas templados. Estos estudios son escasos en latitudes intermedias, sin embargo, son importantes para evaluar los efectos potenciales del cambio climático. Nuestro objetivo fue explicar las diferencias en la comunidad fitoplanctonica y la presencia de cianobacterias de siete lagos artificiales y eutróficos del sudeste uruguayo, en función de sus variables ambientales. Estudiamos la disponibilidad de recursos, mezcla, depredación y morfometría. Evaluamos experimentalmente la importancia relativa de nitrógeno y fósforo en el crecimiento de las comunidades naturales con cianobacterias. La composición específica del fitoplancton fue diferente en cada lago. Los factores determinantes de la estructura comunitaria fueron la disponibilidad de nitrógeno disuelto y la relación zona eufótica/mezcla. Algunos lagos estuvieron dominados por cianobacterias (Microcystis aeruginosa y Cylindrospermopsis raciborskii) a pesar de las bajas temperaturas (11-12ºC). Encontramos aumento del crecimiento especies de gran tamaño (>10μm), incluyendo cianobacterias fijadoras de nitrógeno, frente al enriquecimiento con nitrato. Sin embargo, los organismos más pequeños (10 μm), including nitrogen fixing cyanobacteria, increased their growth rates with increasing nitrate concentration. In contrast, smaller species (<10 μm) responded to increased phosphate concentration. We observed that there was no correspondence between massive growth of cyanobacteria and lower diversity systems.Fil: Fabre, Amelia. Universidad de la República. Facultad de Ciencias; UruguayFil: Carballo, Carmela. Universidad de la República. Facultad de Ciencias; UruguayFil: Hernandez, Esnedy. Universidad de Antioquia; ColombiaFil: Piriz, Pablo. Universidad de la República. Facultad de Ciencias; UruguayFil: Bergamino, Leandro. Universidad de la República. Facultad de Ciencias; UruguayFil: Mello, Luciana. Universidad de la República. Facultad de Ciencias; UruguayFil: Gonzalez, Silvana. Universidad de la República. Facultad de Ciencias; UruguayFil: Perez, German. Instituto de Investigaciones Biológicas "Clemente Estable"; UruguayFil: León, José Gabriel. Departamento General de Irrigación; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Medicina y Biología Experimental de Cuyo; ArgentinaFil: Aubriot, Luis. Universidad de la República. Facultad de Ciencias; UruguayFil: Bonilla, Sylvia. Universidad de la República. Facultad de Ciencias; UruguayFil: Kruk, Carla. Universidad de la República. Facultad de Ciencias; Urugua

Aplicación de isótopos estables como indicadores de flujos de energía en ambientes costeros de Uruguay = Application of stable isotopes as indicators of energy fluxes in coastal environments of Uruguay

El análisis de isótopos estables en sedimentos, vegetales y animales representa una herramienta de importancia para estudios ecológicos, reconstrucciones paleoclimáticas y paleoambientales. Con base en la diferenciación isotópica entre productores primarios, esta técnica ha tenido un gran impacto en la identificación de flujos de energía entre ecosistemas terrestres y acuáticos adyacentes y en la estructura trófica. Se sintetizan aquí la nomenclatura y los principios básicos para la aplicación de isótopos estables en estudios de ambientes acuáticos. Además, se muestra su utilidad describiendo tres ejemplos recientes en ambientes costeros de Uruguay con diferentes objetivos: 1) evaluar el origen de la materia orgánica en sedimentos del Río de la Plata, 2) determinar la importancia trófica de una especie de diatomea en playas arenosas de Uruguay, y 3) evaluar la influencia de la materia orgánica antropo-génica en la Bahía de Montevideo. La composición isotópica de las fuentes de materia orgánica permitió inferir los mecanismos involucrados en la transferencia de materia orgánica en los ecosistemas costeros. En esta revisión se subrayan las ventajas de este marcador isotópico de carbono que permite discriminar fuentes de materia orgánica. Asimismo, la combinación con otros análisis complementarios como la espectrofluorometría o los biopolímeros resulta importante en investigaciones de funcionamiento ecosistémico

Linking patterns of freshwater discharge and sources of organic matter within the Río de la Plata estuary and adjacent marshes

We investigated carbon isotopic ratios (δ13C) v. carbon to nitrogen (C : N) ratios for surface sediments throughout a large estuarine system (Rio de la Plata, RdlP), combined with sediment cores from adjacent marshes to infer main carbon sources. We also evaluated the influence of the El Nino–Southern Oscillation (ENSO) and associated high freshwater-discharge events on the organic-matter transport within the estuary. The isotopic pattern in surface sediments of the RdlP showed the upper reaches to be influenced by riverine particulate matter (δ13C range: –24 to –26‰). Similarly, in the sediment cores from marshes of the upper reaches, δ13C values decreased from –24‰ in ancient sediments to –28‰ in recent sediments, reflecting an increased contribution of organic matter from land, including C3 plants and freshwater phytoplankton, during the past 50 years. However, the lower reaches represent a depositional environment of marine algae (δ13C range: –21 to –23‰), with no influence of detritus from adjacent marshes, indicating minor erosion of the marshes in the lower reaches operating as carbon-sink habitats. Our isotopic analysis showed that the transport and deposition of terrigenous organic matter within the RdlP and adjacent marsh habitat appear to be both temporally and spatially linked to hydrology patterns.Facultad de Ciencias Naturales y Muse

Variación de los hábitos tróficos en nueve especies de peces de la Laguna Garzón (Uruguay)

Trophic role including nine fish species from a coastal lagoon in Uruguay (Laguna Garzón) was assessed using carbon and nitrogen stable isotope measurements. To this end, samples of food sources and fishes were collected in May 2017 for isotopic analysis. Fishes were collected by deploying a net of 10 and 15 cm (200 m long) for 12 hs. The results indicated an isotopic variation within the fish species examined thus suggesting different trophic habits. The highest trophic positions (TP) were observed for the anchovy Lycengraulisgrossidens (TP = 3,8), the bluewing searobin Prionotus punctatus (TP = 3,4), the whitemouth croaker Micropogonias furnieri (3,4), and dog-tooth characid Oligosarcus jenynsii (TP = 3,0). Model calculations showed that the main prey for the fish species in Garzón derived from benthic (e.g. M. furnieri, Mugil liza) and pelagic environment (Odontesthes argentinensis). Therefore, benthic fauna together with sedimentary carbon sources support this fish assemblage in Laguna Garzón.Se analizó el rol trófico de nueve especies de peces capturadas en la Laguna Garzón (costa atlántica uruguaya) mediante la evaluación de la composición isotópica de nitrógeno y carbono. La captura se realizó en mayo de 2017 utilizando redes de enmalle de 10 cm y 15 cm entre nudos opuestos, con una longitud total de 200 m y un tiempo de actividad de 12 h. Los resultados indicaron una variación isotópica en las especies analizadas debido a diferentes hábitos tróficos. Las mayores posiciones tróficas (PT) ocuparon el segundo nivel trófico, con especies como la anchoa Lycengraulis grossidens (PT = 3,8), el testolín azul Prionotus punctatus (PT = 3,4), la corvina blanca Micropogonias furnieri (3,4), y el dientudo Oligosarcus jenynsii (PT = 3,0). Los modelos isotópicos mostraron que algunas especies estuvieron asociadas al ambiente bentónico, y se alimentaron preferentemente de material orgánico del sedimento (Mugil liza), o de cangrejos (M. furnieri), en contraste con especies que estuvieron asociadas a la columna de agua, como el pejerrey Odontesthes argentinensis. De esta forma, la fauna bentónica residente y la materia orgánica del sedimento y en suspensión estarían sustentando los hábitos de alimentación de los peces analizados en la Laguna Garzón

Aplicación de isótopos estables como indicadores de flujos de energía en ambientes costeros de Uruguay

Stable carbon and nitrogen isotope composition of plants, sediments and animals has been used as a common tool employed in different studies including ecology, and paleoenvironmental reconstruction. Because of the different isotopic values among primary producers, this is a powerful tool to trace pathways of exchange of organic matter between ecosystems. We describe the basic principles, including nomenclature, of the application the isotopic approach in coastal environmental studies. Furthermore, we present three recent studies with the isotopic approach for: 1) assess the distribution of deposited organic matter within the Río de la Plata estuary, 2) determine the trophic importance of a diatom from a surf zone in sandy beach food webs, and 3) assess the influence of the anthropogenic organic matter within the Montevideo Bay. The isotopic composition of organic matter sources allowed the study of different aspect of ecosystem function including the characterization of the organic matter pathways. This review highlighted the significant utility of this complementary tool for the study of ecological process and could be useful in the identification of changes in coastal environments.El análisis de isótopos estables en sedimentos, vegetales y animales representa una herramienta de importancia para estudios ecológicos, reconstrucciones paleoclimáticas y paleoambientales. Con base en la diferenciación isotópica entre productores primarios, esta técnica ha tenido un gran impacto en la identificación de flujos de energía entre ecosistemas terrestres y acuáticos adyacentes y en la estructura trófica. Se sintetizan aquí la nomenclatura y los principios básicos para la aplicación de isótopos estables en estudios de ambientes acuáticos. Además, se muestra su utilidad describiendo tres ejemplos recientes en ambientes costeros de Uruguay con diferentes objetivos: 1) evaluar el origen de la materia orgánica en sedimentos del Río de la Plata, 2) determinar la importancia trófica de una especie de diatomea en playas arenosas de Uruguay, y 3) evaluar la influencia de la materia orgánica antropogénica en la Bahía de Montevideo. La composición isotópica de las fuentes de materia orgánica permitió inferir los mecanismos involucrados en la transferencia de materia orgánica en los ecosistemas costeros. En esta revisión se subrayan las ventajas de este marcador isotópico de carbono que permite discriminar fuentes de materia orgánica. Asimismo, la combinación con otros análisis complementarios como la espectrofluorometría o los biopolímeros resulta importante en investigaciones de funcionamiento ecosistémico