Applied structure from motion photogrammetry: habitat complexity and sponge distribution in natural rocky reefs adjacent to Ria Formosa (Southern Portugal)

Junior, Marcos Agiani Tieppo

http://hdl.handle.net/10400.1/15504

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Authors

Junior, Marcos Agiani Tieppo

Advisor(s)

Duarte, Duarte

Pereira, Eduardo Nuno Borges

Abstract(s)

O ambiente marinho, e as propriedades da água como fluido, expõem os organismos que nele habitam a uma força de arrasto muito maior do que o ambiente terrestre. Essa condição aumenta a necessidade dos organismos de procurarem por abrigos e refúgios. No caso dos organismos invertebrados sésseis, como as esponjas, que têm na fase planctônica larval o seu principal, ou único, modo de dispersão, a busca por um local ideal para o desenvolvimento é ainda mais importante, já que não podem se deslocar posteriormente. Portanto, o assentamento larval é um processo de vital importância para esses organismos, e leva em conta uma série de fatores, como luminosidade, presença de outros organismos e a topografia do fundo. Dessa forma, o estudo das estruturas que fornecem substrato para o assentamento larval, assim como de seus diferentes componentes, tanto bióticos como abióticos, é necessário para entender sua influência na distribuição dos organismos. Uma propriedade dos habitats, muito utilizada atualmente nesse tipo de estudo, é a complexidade do habitat. Ecossistemas marinhos recifais em todo o mundo estão registrando perda de complexidade do habitat, uma característica ambiental que, de uma forma mais qualitativa, está relacionada com a variedade de elementos que constituem o habitat, como rochas, troncos de árvores ou algas. De uma forma mais quantitativa, pode ser descrita por variáveis que quantificam o arranjo espacial desses elementos, seus tamanhos, abundâncias, entre outras propriedades. Assim, a complexidade do habitat é gerada tanto por elementos abióticos, como bióticos, e é uma característica ambiental essencial, não só para o assentamento larval, mas também para as relações ecológicas. A complexidade apresentou uma correlação positiva com a biodiversidade na maioria dos estudos já realizados. Apesar de os mecanismos por trás dessa relação não estarem totalmente claros, diferentes explicações foram propostas, como uma maior exploração de microhabitats, que geram mais nichos, uma maior produtividade gerada por uma maior área superficial, e uma maior riqueza de espécies devido à disponibilidade de refúgios de diferentes tamanhos. Este trabalho, realizado no âmbito do projeto de investigação MaréFormosa, que decorre na Faculdade de Ciência e Tecnologia (FCT) da Universidade do Algarve, estuda a relação entre a complexidade do habitat, e a abundância e distribuição de esponjas em dois recifes rochosos no Sul de Portugal, ambos situados a aproximadamente 12 m de profundidade. Distribuição essa, que está fortemente relacionada com o assentamento das larvas das espécies encontradas, que são o principal mecanismo de dispersão para invertebrados bentônicos. A fim de analisar essa relação e testar a hipótese de uma correlação positiva, foram construidos modelos 3D, com escala, das áreas de estudo com a utilização de fotogrametria (Structure from Motion photogrammetry - SfM), uma técnica que utiliza um conjunto de fotografias com um grau mínimo de sobreposição para a construção dos modelos. No lugar das fotografias, foram utilizados frames individuais retirados de vídeos gravados com uma GoPro Hero 3 nos dois recifes escolhidos. Os vídeos foram feitos por um mergulhador, que percorreu uma longa extensão dos recifes ao longo de um transecto, mantendo uma distância de aproximadamente 1 m acima do fundo. Após a construção dos modelos, foram calculadas variáveis relacionadas com a complexidade do habitat. Valores de dimensão fractal (fractal dimension - FD) em três diferentes escalas (0.15 - 0.30, 0.30 - 0.60, 0.60 - 1.80 m), rugosidade e inclinação foram calculados para áreas de 2 x 2 m aleatoriamente amostradas a partir dos modelos gerados para os diferentes segmentos dos recifes, juntamente com a abundância de cada uma das espécies de esponja presentes em cada área.(…)

Marine ecosystems all over the world are registering loss of habitat complexity, a key environmental feature for ecological relations, that presented a positive correlation with biodiversity in most previous studies. This work investigates the relationship between habitat complexity, and the abundance and distribution of sponges in two rocky reefs in Southern Portugal. To assess this relationship and test the hypothesis of a positive correlation, 3D models of the study areas were built using Structure from Motion photogrammetry (SfM), and habitat complexity related variables were calculated. Fractal dimension (FD) in three scales (0.15 - 0.30, 0.30 - 0.60, 0.60 - 1.80 m), rugosity and slope values were calculated for 2 x 2mareas randomly sampled from models of different segments of the reefs, together with the abundance of each species of sponge present in each area. The results showed an affinity of Phorbas sp., one of the two most abundant sponges, for higher values of FD in the 0.15 - 0.30 m interval, related to algal cover, and of rugosity and slope, indicating an influence of the terrain on this species distribution. An aggregating behaviour was also noticed for this species. Spongia sp., the other abundant sponge, together with Phorbas sp., presented high abundances in exposed areas, suggesting that the low light environments not only make them avoid the typical sponge behaviour of settling in areas protected from light, but also might favour them in relation to algae. SfM generated high resolution models, with enough detail for the smaller scales and a wide area cover for the greater ones, proving to be an adequate technique for complexity analysis and, as a new application, for organisms localisation. Although there was not a clear positive correlation between habitat complexity and sponge abundance, there were indications of an influence of the terrain characteristics on the sponge distribution, with differences between species.