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Publication
Local human pressures modulate turf sediment loads in a marginal warm-temperate oceanic island
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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Human activities are rapidly altering the structure and functioning of ecosystems around the globe, but the magnitude and extent of ecological impacts remain poorly understood. Algal turfs are expected to replace macroalgal forests and coral reefs as the dominant benthic state in the Anthropocene, a process that is already occurring in many disparate temperate and tropical regions worldwide. Turf seascapes play a key role in regulating ecosystem processes through sediment retention. However, our understanding of sediments trapped by turf on coastal reefs, particularly in marginal oceanic islands, remains limited. Here, we quantified turf seascape composition (algal structure and mean height) and sediment properties (total particulate load, grain size distribution, and organic content) at an insular scale, using a densely populated warm-temperate oceanic island as a model system. We further decoupled the role of geomorphological, habitat, and anthropogenic predictors in explaining variation in turf seascape properties. We revealed significant spatial variation in turf seascape properties event at relatively small spatial scales, with turf sediment loads varying by three orders of magnitude (~ 1 g/m² to 2000 g/m²). In contrast, organic load varied considerably less (~ 1 g/m² to 100 g/m²) and displayed no significant variations across our study sites. Human pressure and algal composition were the strongest predictors of turf sediment load, highlighting the coupled role of global climate change and local human stressors in modulating sediment dynamics in emerging turf seascapes. Our study provides baseline information on the patterns and drivers of turf sediments in marginal oceanic islands and calls for efforts to link variation in turf seascape properties with key ecological processes that maintain the functionality of these vulnerable systems.
As alterações causadas pelos humanos estão a provocar uma redistribuição significativa da vida no planeta, desafiando paradigmas ecológicos estabelecidos e originando novas configurações nos ecossistemas. Estas novas configurações, frequentemente impulsionadas por novas interações emergentes entre espécies, estão a afetar o fluxo de energia e materiais nos ecossistemas, o que pode alterar os serviços que estes prestam à sociedade. Nos ecossistemas marinhos, espécies fundamentais, como os corais tropicais e as florestas de macroalgas em regiões temperadas, estão a ser substituídas por agregações de algas do tipo r, conhecidas como mantos de algas ou turf. Estas mudanças estão associadas a diversos fatores, como o aquecimento global, a eutrofização e a sedimentação. A perda da estrutura tridimensional dos habitats afeta as espécies que dela dependem e altera o fluxo de energia nos recifes. Uma vez estabelecidos, os mantos de algas reforçam o seu domínio através de mecanismos de feedback, como o rápido crescimento que impede a colonização de espécies fundamentais e a acumulação de sedimentos que reduz a germinação dessas espécies. As algas do tipo turf retêm sedimentos ao diminuir o movimento da água e ao usar mucilagem para aglutinar partículas. Esta acumulação de sedimentos pode dificultar a recuperação de espécies-chave e alterar o comportamento alimentar dos peixes, podendo potencialmente destabilizar as funções ecológicas que sustentam as pescarias locais. Apesar da crescente evidência dos efeitos adversos dos tapetes algais, os processos subjacentes à acumulação de sedimentos nestes ecossistemas receberam pouca atenção científica. Grande parte da investigação concentrou-se em sistemas de recifes bem estudados, como a Grande Barreira de Coral, neglegenciando regiões marginais, como as ilhas oceânicas, que são inerentemente mais vulneráveis à perda de biodiversidade. Nessas ilhas, as algas turf podem tornar-se o estado ecológico predominante, o que ressalta a necessidade de estudos detalhados sobre a composição destes habitats e os sedimentos que acumulam. O nosso estudo foi realizado na ilha de Gran Canaria, localizada nas Ilhas Canárias (Atlântico Nordeste), onde inicialmente realizámos uma comparação histórica utilizando dados de fotocélulas de 2005 e 2023 para avaliar mudanças na configuração dos habitats bentônicos. As análises multivariadas de permutações (PERMANOVA) revelaram uma mudança significativa na estrutura da vegetação bentónica, destacando a esperada perda de algas formadoras de dossel e um aumento constante na cobertura de algas turf. Para o objetivo do nosso estudo, que era analisar as características do turf e o sedimento associado, selecionamos doze estações de amostragem com alta cobertura de mantos de algas (turf), representando diferentes condições biofísicas e antropogénicas. As amostras de algas e sedimentos foram coletadas por mergulho autónomo utilizando um coletor de sucção. No laboratório, as algas foram classificadas, pesadas e medidas em grupos morfofuncionais, enquanto o sedimento foi peneirado e tratado com peróxido de hidrogênio para eliminar a matéria orgânica. Posteriormente, analisámos vários preditores geomorfológicos, antropogénicos e do habitat para avaliar a sua influência na carga e composição dos sedimentos nos mantos de algas. Para isso, realizámos análises de coordenadas principais (PCoA) e ajustámos modelos lineares generalizados mistos (GLMM). Finalmente, foi realizada uma seleção de modelos com base no critério de informação de Akaike (AIC) para identificar os preditores mais relevantes. Um dos modelos mais relevantes para prever a quantidade de sedimentos retidos pelas algas incluiu o índice HAPI (pressão humana acumulativa) e a composição dos habitats, mostrando que estas variáveis explicam grande parte da variabilidade nas cargas de sedimentos. O índice HAPI revelou-se consistentemente fundamental, destacando o impacto significativo das atividades humanas nos paisagens de algas turf e na acumulação de sedimentos. A correlação positiva entre o índice HAPI e a carga de sedimentos revela que um aumento na pressão humana está associado a um incremento exponencial na carga de sedimentos, de quase 395 g/m² a 1745 g/m² nas áreas mais afetadas. As áreas próximas à capital, Las Palmas de Gran Canaria, mostraram maiores acumulações de sedimentos, indicando que a urbanização intensifica a sedimentação, um achado corroborado por estudos anteriores. Esta acumulação de sedimentos impacta negativamente o comportamento alimentar dos peixes herbívoros, a qualidade das algas e o recrutamento de espécies-chave. O estudo também identificou que as áreas próximas à costa apresentavam maiores cargas de sedimentos, provavelmente devido a atividades humanas como dragagem e agricultura, o que gera stress nos ecossistemas recifais costeiros, afetando a biodiversidade e as funções ecológicas. Este trabalho destaca ainda uma variabilidade significativa nas características dos mantos de algas, mesmo em escala de ilha. Em relação à composição dos habitats, observou-se uma correlação positiva entre a altura das algas turf e a quantidade de sedimentos retidos; as algas mais longas retêm mais partículas, o que pode dever-se à sua capacidade de capturar sedimentos ou ao efeito da sedimentação na redução da herbivoria. Este ciclo de feedback pode perpetuar a dominância das algas turf em áreas afetadas pela sedimentação, alterando as interações ecológicas e a qualidade dos recursos para os peixes herbívoros. As algas filamentosas, devido à sua estrutura ramificada e rápida recuperação, foram particularmente eficazes na captura de sedimentos, destacando-se em relação a outras formas de crescimento menos resilientes sob altas cargas de sedimentos. Em resumo, os nossos achados sublinham a importância das pressões humanas e das características dos mantos de algas na distribuição dos sedimentos em recifes temperados. A acumulação de sedimentos destabiliza funções ecológicas essenciais, afetando a herbivoria, o comportamento alimentar dos peixes e o recrutamento de espécies formadoras de florestas. Isto ressalta a necessidade urgente de estratégias de gestão que abordem tanto o aquecimento global quanto os impactos humanos locais, especialmente em ilhas oceânicas marginais, para proteger a saúde e funcionalidade destes ecossistemas recifais vulneráveis.
As alterações causadas pelos humanos estão a provocar uma redistribuição significativa da vida no planeta, desafiando paradigmas ecológicos estabelecidos e originando novas configurações nos ecossistemas. Estas novas configurações, frequentemente impulsionadas por novas interações emergentes entre espécies, estão a afetar o fluxo de energia e materiais nos ecossistemas, o que pode alterar os serviços que estes prestam à sociedade. Nos ecossistemas marinhos, espécies fundamentais, como os corais tropicais e as florestas de macroalgas em regiões temperadas, estão a ser substituídas por agregações de algas do tipo r, conhecidas como mantos de algas ou turf. Estas mudanças estão associadas a diversos fatores, como o aquecimento global, a eutrofização e a sedimentação. A perda da estrutura tridimensional dos habitats afeta as espécies que dela dependem e altera o fluxo de energia nos recifes. Uma vez estabelecidos, os mantos de algas reforçam o seu domínio através de mecanismos de feedback, como o rápido crescimento que impede a colonização de espécies fundamentais e a acumulação de sedimentos que reduz a germinação dessas espécies. As algas do tipo turf retêm sedimentos ao diminuir o movimento da água e ao usar mucilagem para aglutinar partículas. Esta acumulação de sedimentos pode dificultar a recuperação de espécies-chave e alterar o comportamento alimentar dos peixes, podendo potencialmente destabilizar as funções ecológicas que sustentam as pescarias locais. Apesar da crescente evidência dos efeitos adversos dos tapetes algais, os processos subjacentes à acumulação de sedimentos nestes ecossistemas receberam pouca atenção científica. Grande parte da investigação concentrou-se em sistemas de recifes bem estudados, como a Grande Barreira de Coral, neglegenciando regiões marginais, como as ilhas oceânicas, que são inerentemente mais vulneráveis à perda de biodiversidade. Nessas ilhas, as algas turf podem tornar-se o estado ecológico predominante, o que ressalta a necessidade de estudos detalhados sobre a composição destes habitats e os sedimentos que acumulam. O nosso estudo foi realizado na ilha de Gran Canaria, localizada nas Ilhas Canárias (Atlântico Nordeste), onde inicialmente realizámos uma comparação histórica utilizando dados de fotocélulas de 2005 e 2023 para avaliar mudanças na configuração dos habitats bentônicos. As análises multivariadas de permutações (PERMANOVA) revelaram uma mudança significativa na estrutura da vegetação bentónica, destacando a esperada perda de algas formadoras de dossel e um aumento constante na cobertura de algas turf. Para o objetivo do nosso estudo, que era analisar as características do turf e o sedimento associado, selecionamos doze estações de amostragem com alta cobertura de mantos de algas (turf), representando diferentes condições biofísicas e antropogénicas. As amostras de algas e sedimentos foram coletadas por mergulho autónomo utilizando um coletor de sucção. No laboratório, as algas foram classificadas, pesadas e medidas em grupos morfofuncionais, enquanto o sedimento foi peneirado e tratado com peróxido de hidrogênio para eliminar a matéria orgânica. Posteriormente, analisámos vários preditores geomorfológicos, antropogénicos e do habitat para avaliar a sua influência na carga e composição dos sedimentos nos mantos de algas. Para isso, realizámos análises de coordenadas principais (PCoA) e ajustámos modelos lineares generalizados mistos (GLMM). Finalmente, foi realizada uma seleção de modelos com base no critério de informação de Akaike (AIC) para identificar os preditores mais relevantes. Um dos modelos mais relevantes para prever a quantidade de sedimentos retidos pelas algas incluiu o índice HAPI (pressão humana acumulativa) e a composição dos habitats, mostrando que estas variáveis explicam grande parte da variabilidade nas cargas de sedimentos. O índice HAPI revelou-se consistentemente fundamental, destacando o impacto significativo das atividades humanas nos paisagens de algas turf e na acumulação de sedimentos. A correlação positiva entre o índice HAPI e a carga de sedimentos revela que um aumento na pressão humana está associado a um incremento exponencial na carga de sedimentos, de quase 395 g/m² a 1745 g/m² nas áreas mais afetadas. As áreas próximas à capital, Las Palmas de Gran Canaria, mostraram maiores acumulações de sedimentos, indicando que a urbanização intensifica a sedimentação, um achado corroborado por estudos anteriores. Esta acumulação de sedimentos impacta negativamente o comportamento alimentar dos peixes herbívoros, a qualidade das algas e o recrutamento de espécies-chave. O estudo também identificou que as áreas próximas à costa apresentavam maiores cargas de sedimentos, provavelmente devido a atividades humanas como dragagem e agricultura, o que gera stress nos ecossistemas recifais costeiros, afetando a biodiversidade e as funções ecológicas. Este trabalho destaca ainda uma variabilidade significativa nas características dos mantos de algas, mesmo em escala de ilha. Em relação à composição dos habitats, observou-se uma correlação positiva entre a altura das algas turf e a quantidade de sedimentos retidos; as algas mais longas retêm mais partículas, o que pode dever-se à sua capacidade de capturar sedimentos ou ao efeito da sedimentação na redução da herbivoria. Este ciclo de feedback pode perpetuar a dominância das algas turf em áreas afetadas pela sedimentação, alterando as interações ecológicas e a qualidade dos recursos para os peixes herbívoros. As algas filamentosas, devido à sua estrutura ramificada e rápida recuperação, foram particularmente eficazes na captura de sedimentos, destacando-se em relação a outras formas de crescimento menos resilientes sob altas cargas de sedimentos. Em resumo, os nossos achados sublinham a importância das pressões humanas e das características dos mantos de algas na distribuição dos sedimentos em recifes temperados. A acumulação de sedimentos destabiliza funções ecológicas essenciais, afetando a herbivoria, o comportamento alimentar dos peixes e o recrutamento de espécies formadoras de florestas. Isto ressalta a necessidade urgente de estratégias de gestão que abordem tanto o aquecimento global quanto os impactos humanos locais, especialmente em ilhas oceânicas marginais, para proteger a saúde e funcionalidade destes ecossistemas recifais vulneráveis.
Description
Keywords
Climate change Habitat reconfigurations Turf seascapes Local anthropogenic pressures Particulate load Ecosystem functions