Impacts of multiple stressors on algal communities in freshwater ecosystems in rural areas

Rural lowland areas are mostly dominated by agricultural lands. Scattered freshwater ecosystems in these rural areas are consisted with agricultural streams and lentic small water bodies (LSWB). These ecosystems are exposing to multiple stressors such as hydrological disturbances, nutrient enrichment, and pesticide contamination and still mostly neglected by the environmental programs. Algal communities are efficient indicators of ecological impacts of these stressors by revealing consequences to microbial biodiversity and ecosystem functioning. This study aims to understand impacts of multiple stressors, particularly hydrological disturbances, nutrient enrichment, and pesticide contamination on algal communities in freshwater ecosystems in rural areas dominated by agricultural land use. We conducted (i) a thorough literature review, (ii) a field study in agricultural streams, (iii) a field study in LSWB and (iv) a microcosm experiment to gain a comprehensive understanding of the topic. The key findings of this study are: (i) Epiphytic biofilms are understudied in freshwater ecosystems and their interactions with macrophytes are essential to understand, maintain, and improve freshwater ecosystem integrity. (ii) Epiphyton and epilithon communities show distinct structural differences during an annual cycle in agricultural streams in terms of biomass, algal composition, and diatom species composition. Structural properties of epiphyton are less affected by hydrological regimes and water nutrient concentration than epilithon. (iii) High pesticide toxicity and PO4-P concentrations can shift phytoplankton community composition to less-sensitive, fast-adapting generalists. Functional features were negatively affected by nutrient enrichment. (iv) Environmentally realistic concentrations of metazachlor and flufenacet alter phytoplankon species composition and negatively affect taxonomic diversity and functional features

Salinização de ecossistemas costeiros dulciaquícolas: possíveis impactos na diversidade genética de populações zooplanctónicas

Dissertação de Mestrado em Ecologia apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaAs previsões feitas no âmbito das alterações climáticas, apontam para a ocorrência do aumento do nível médio da água do mar e o aumento da frequência de eventos extremos (ex. secas prolongadas). Associado a estes eventos é expectável que ocorram intrusões de água do mar em regiões costeiras, nomeadamente sistemas aquáticos costeiros dulçaquícolas, provocando a sua salinização. Este aumento de salinidade pode comprometer a resiliência do biota que habita estas regiões. De facto, já foram publicados vários estudos que reportam os efeitos provocados por aumentos na salinidade quer a nível sub-individual que individual. No entanto, poucos são os trabalhos que avaliaram os efeitos de salinização na diversidade genética de populações de organismos dulçaquícolas. Sabe-se que a diversidade genética é um componente chave para as populações poderem lidar com perturbações ambientais. Deste modo, se uma exposição a salinização provocar um decréscimo na diversidade genética (por exemplo, através do morte dos gentótipos mais sensíveis) irá também causar uma diminuição na plasticidade evolutiva e resiliência dessa população a perturbação ambientais futuras. De acordo com o exposto, o presente trabalhado pretendeu compreender os efeitos de salinização na diversidade genética de populações do cladócero Daphnia lonhispina e do rotífero Brachionus calyciflorus, sob a influência de diferentes temperaturas. Para atingir este objectivo foram selecionadas seis linhagens clonais de D. longispina e seis linhagens clonais de B. calyciflorus com diferentes sensibilidades letais a salinização. Cada linhagem clonal foi exposta a um controlo (ASTM) e ao valor de conductividade correspondente ao LC70,48h para D. longispina e ao LC70,24h para B. calyciflorus. A exposição e cada um destes dois tratamentos decorreu 17, 20 e 23ºC. A densidade populacional foi monitorizada diariamente durante todo o período de exposição. Baixos níveis de salinidade (4.8 to 9.7 mS/cm, comparativamente a valores de conductividade da água do mar de aprox. 35 mS/cm) provoracam reduções significativas na densidade populacional das diferentes linhagens clonais após curtos períodos de exposição, provocando a extinção de algumas das linhagens após longos períodos de exposição. As temperaturas extremas de 17ºC e 23ºC induziram efeitos mais intensos na densidade populacional que a temperatura de 20ºC. Verificou-se ainda uma alteração na ordem de sensibilidade entre as linhagens clonais quando comparando respostas a períodos de curta ou longa duração de exposição. Estes resultados e as suas consequências a nível populacional são discutidos no âmbito da hipótese de erosão devida a selecção natural.Under the context of climate changes, it is forsee a global sea level rise and an increase in the frequency of extreme weather events. Associated with such events (namely sea level rise and periods of intense drought) it is expected to occur the intrusion of seawater into coastal low-lying freshwater ecosystems, causing its salinization. Such salinization may compromise the resilience of natural populations inhabiting these coastal regions. Actually, several studies already reported adverse effects at sub-individual and individual level caused by exposure to increased salinity, but, only a few addressed the effects that salinization may cause in the genetic diversity of freshwater biota. Genetic diversity is a key for populations to be able to cope with environmental changes. Thus, if exposure to salinization leads to a decrease of a population’s genetic diversity (e.g. through the death of the most sensitive genotypes), it will as well reduce the population’s evolutionary plasticity and resilience under future perturbations. Accordingly with the mentioned previously, this work intended to understand the effects of salinization on the genetic diversity of populations of the cladoceran Daphnia longispina and rotifer Brachionus calyciflorus, under different temperature regimes. For this, six lineages of D. longispina and six lineages of B. calciflorus, differing in their lethal sensitivity to salinity were selected. Lab-populations of each clonal lineage were maintained under optimal conditions until reaching a steady state. At this point, they were exposed to low salinity levels (corresponding to the LC70,48h and LC70,24h, respectively for the most toleranbt clonal lineage of D. longispina and B. calyciflorus) at 17, 20 or 23ºC, for at least 30 days. The population densities were monitored every day until the end of the experiment. Low levels of salinization (4.8 to 9.7 mS/cm, when comparing with conductivities of seawater approx. 35 mS/cm) affected survival and reproduction of the two tested species, leading to the extirpation of some genotypes after long-term exposures. Different ranks of sensitivity were observed for clonal lineages when comparing short-term and long-term responses,most probably due to acclimation-driven population recovery. Extreme temperatures (17oC and 23oC) induce negetive effct of salinity on genetic diversity of zooplankton.These results and its consequences at the population level are discussed in light of the genetic erosion hypothesis, through natural selection (due to small within genotype variability)