An objective comparison of an Ecopath model of a water-reservoir in the Ria Formosa, with a multispecies size-spectrum model of the same ecosystem built with the MIZER package

West, Peter William

http://hdl.handle.net/10400.1/13667

Use this identifier to reference this record.

Name:	Description:	Size:	Format:
Peter+West+-+Thesis.pdf		2.03 MB	Adobe PDF	Download

Send Feedback

Authors

West, Peter William

Advisor(s)

Erzini, Karim

Delius, Gustav

Abstract(s)

Ao longo dos tempos, a ineficiência da gestão pesqueira, promoveu a necessidade de melhorar ferramentas e metodologias de gestão, o que levou ao desenvolvimento de metodologias sofisticadas de modelação ecossistémica, que abrangem uma ampla gama de fatores bióticos e abióticos. Estes modelos enquadram-se globalmente em uma de duas categorias: modelos baseados em tamanhos e modelos de balanço de massa baseados na cadeia alimentar. Os modelos de espectro de tamanho, que usam o tamanho como componente estruturante, ganharam popularidade nos últimos anos. Estes modelos, menos exigentes em termos de dados, quando comparados com outros, provaram ser eficazes para prever os efeitos de impactos ecossistémicos, como a pesca e as mudanças climáticas. De uma forma geral, os modelos enquadram-se em três categorias de crescente complexidade: 1) modelos de comunidades, que ignoram as diferenças entre populações e espécies, representando a comunidade como uma população única que apenas difere no tamanho do corpo, 2) modelos baseados em características das espécies (traits), que distinguem espécies ou grupos funcionais usando apenas o peso assintótico e 3) modelos multiespecíficos que incluem parâmetros específicos para cada espécie ou grupo funcional. Com o recente desenvolvimento do MIZER, um pacote produzido em linguagem R (sofware de análise de dados) para a modelação de espectros de tamanho, e destinado a facilitar o acesso a metodologias de modelação de espectros de tamanho, é provável que a utilização deste tipo de modelo aumente ainda mais, como foi o caso do pacote de software Ecopath. Para permitir decisões informadas com base nos resultados de modelos de espectro de tamanhos, os seus pontos fortes e fracos devem ser avaliados. No entanto, há poucos estudos que comparam os resultados de modelos de espectro de tamanho com outras metodologias mais conhecidas, como o Ecopath. Um modelo de Ecopath de um reservatório de água na Ria Formosa de Gamito & Erzini (2005) parece ideal para um estudo comparativo, devido ao tamanho pequeno e isolamento do tejo, que permitiu a recolha de dados confiáveis para avaliar as duas abordagens. Além disso, os modelos de espectro de tamanhos foram desenvolvidos principalmente para ecossistemas pelágicos impulsionados pelo plâncton, com componentes detríticos mínimos. Deste modo, a utilização dessa metodologia num ecossistema costeiro de reduzida profundidade com fluxo detrítico elevado, permitirá a avaliação da adequação das metodologias de espectro de tamanho para esses ecossistemas. Um modelo de espectro de tamanho para várias espécies dum reservatório de água da Ria Formosa foi construído usando os dados e as estimativas de biomassa de Gamito & Erzini (2005). Beta (ratio de preferência de comprimentos predador / presa) e sigma (a largura do núcleo (kernel) de seletividade predador-presa) foram estimados usando as proporções publicadas de área da boca e comprimento do corpo. O coeficiente de metabolismo padrão (Ks) foi estimado usando dados de consumo de oxigênio em repouso obtidos na base de dados online FishBase (2019), assumindo uma temperatura média de 19oC. Os demais parâmetros foram obtidos também através do FishBase ou estimados usando os métodos padrão apresentados em (Scott et al., 2013). O modelo foi calibrado para o conjunto de dados de Gamito & Erzini (2005); o conjunto de parâmetros levou a um estado estacionário. No entanto, a estimativa de parâmetros mostrou-se difícil, o que aumentou a incerteza baseada nos parâmetros. Durante a estimativa inicial de Q/B, algumas estimativas extremamente irreais foram obtidas. Estas foram atribuídas à inclusão de muitas espécies de baixa abundância e biomassa, uma vez que estas espécies tinham valores estimados de Q/B muito elevados. Além disso, estudos anteriores alertam para o facto de o MIZER poder apresentar dificuldades no caso de um elevado número de espécies de baixa abundância e biomassa, o que também acontece com o Ecopath. As estimativas de consumo / biomassa (Q/B), produção / biomassa (P/B), mortalidade devido a predação, composição da dieta e parâmetros de crescimento para cada modelo foram obtidas e comparadas. Como o modelo de espectro de tamanho usou um formato multiespecífico para a maioria das espécies, enquanto o modelo de Gamito & Erzini (2005) apenas modelou explicitamente duas espécies, as estimativas específicas para cada espécie do modelo de espectro de tamanhos foram agrupadas nos mesmos grupos funcionais de Gamito e Erzini (2005), usando médias ponderadas. No modelo MIZER, as taxas de crescimento de diversas? espécies parecem reduzidas pela diminuição da disponibilidade de alimento. O modelo previu, do mesmo modo, valores de W∞ (peso assintótico) inferiores aos estimados a partir dos dados ou do FishBase, com baixos níveis de alimentação em tamanhos maiores oferecendo uma possível explicação. Pensa-se que o declínio na taxa de alimentação com aumento de tamanho foi agravado pela concentração da maioria da biomassa nas classes de tamanho mais pequenas, causando uma baixa disponibilidade de itens de presas maiores. O Ecopath previu valores inferiores de W∞. Em geral, o modelo Ecopath previu valores mais elevados de Q/B, P/B e de mortalidade por predação, sendo a diferença substancialmente superior para os grupos funcionais dos invertebrados. As mortalidades de predação mais elevadas e estimativas de Q/B e P/B foram atribuídas ao núcleo (kernel) da seletividade predador/presa tornando parte das espécies de presas inacessíveis aos predadores, devido à inexistência ou reduzido número de predadores que selecionam determinadas classes de tamanho. Como o Ecopath não inclui tamanho na determinação de presas, este modelo considera toda a população de presas igualmente vulneráveis, resultando numa maior disponibilidade de alimentos. Este aspeto poderia explicar as mortalidades de predação mais baixas previstas no modelo de espectro de tamanhos, que por sua vez causariam taxas Q/B mais baixas e, como a produção é dependente do consumo, estimativas de P/B mais baixas. A composição da dieta prevista revelou-se semelhante à de Gamito et al. (2003), baseada na análise de conteúdos estomacais para o mesmo local de estudo. No entanto, o modelo de espectro de tamanhos previu maior consumo de plâncton, provavelmente? devido à matriz de dietas de Gamito e Erzini (2005) não incluir plâncton para muitas espécies. Este facto sugere que os parâmetros de alimentação selecionados previam com precisão as dietas dessas espécies, potencialmente devido ao sistema de estudo ser de baixa estabilidade e diversidade, em que dietas generalistas são consideradas vantajosas. Assim, o pressuposto que os animais alimentam-se de todas as presas que se encontram na sua faixa de seleção de tamanho pode representar com precisão as interações predador-presa em sistemas como esse do tipo da Ria Formosa. Este estudo produziu um modelo de espectro de tamanho de várias espécies de um reservatório de água da Ria Formosa e comparou-o com um modelo de balanço de massa estática do mesmo sistema usando o mesmo conjunto de dados na plataforma Ecopath. As estimativas de Q/B, P/B, mortalidade por predação e composição da dieta dos dois modelos foram comparadas. As estimativas Q/B, P/B e mortalidade por predação do Ecopath foram geralmente mais altas do que as do modelo de espectro de tamanho, possivelmente porque os parâmetros de alimentação beta e sigma limitavam a disponibilidade de presas. As composições das dietas foram semelhantes entre os modelos, além do espectro de tamanhos prever uma maior proporção de plâncton nas dietas de quase todas as espécies. A estimação de parâmetros mostrou-se difícil, com os métodos padrão evidenciando-se inadequados. Os resultados destacam a necessidade de metodologias aprimoradas para a estimação de parâmetros, de forma a permitir maior captação de alimento, e minimizar a incerteza baseada em parâmetros dessas metodologias.

Size-spectrum modelling methodologies have been gaining popularity, with the recent development of MIZER, a size-spectrum modelling package intended to provide scientists access to size-spectrum modelling methodologies, uptake of these will likely increase. Few studies comparing size-spectrum models to other methodologies have been performed. An Ecopath model of a water reservoir in the Ria Formosa by Gamito & Erzini (2005) presented an ideal comparison model. A multi-species size-spectrum model of this ecosystem was constructed and calibrated using the data from Gamito & Erzini (2005); parameters were estimated from FishBase or published data. These parameters led to steady state. Consumption/Biomass (Q/B), Production/Biomass (P/B), predation mortality, diet composition and growth parameters for both models were estimated and compared. The Ecopath model predicted generally higher predation mortality, Q/B and P/B, with this difference being much greater for invertebrate functional groups. This was attributed to feeding parameters beta & sigma limiting prey availability compared with the Ecopath model; production is consumption dependent, therefore lower predation mortalities and Q/B would result in lower P/B estimates. The size-spectrum model predicted higher consumption of plankton than Ecopath, due to the Gamito & Erzini (2005) diet matrix not including plankton for many species. Otherwise the predicted diet composition was similar to the Gamito et al., (2003) stomach content analysis study at the study ecosystem. Suggesting these feeding parameters accurately predicted the diets of these species. The growth rates of many species in the size-spectrum model appeared stunted by decreasing food availability. MIZER also predicted W∞ (asymptotic weight) values lower than those estimated from the data or FishBase, with low feeding levels at larger sizes offering a potential explanation. Ecopath predicted the lowest W∞ values. Parameter estimation proved difficult with default methods being unsuitable. Therefore, many were estimated from published data, resulting in increased parameter-based uncertainty, highlighting the need for improved methodologies for parameter estimation