Rocky shore macroinvertebrates assemblages as indicators of sewage pollution

Abstract

As zonas costeiras estão sujeitas a intensa pressão humana, sendo o enriquecimento orgânico e de nutrientes, com origem em descargas de águas residuais, um dos principais problemas. Atualmente, procurando prevenir a contínua deterioração das zonas costeiras, a comunidade científica tem concentrado esforços na procura de índices e indicadores eficazes. Contudo, de forma a alcançarmos sustentadas ferramentas de gestão, é indispensável, antes do mais, adquirir um conhecimento detalhado das respostas das comunidades biológicas aos diferentes impactos antropogénicos, como o são, por exemplo, as descargas de águas residuais. Nesse sentido, a presente tese como objetivo principal compreender os efeitos daquelas descargas nas comunidades de macroinvertebrados da zona intertidal da costa rochosa, podendo ser dividida em dois pontos principais: no inicial, quisemos estudar os padrões de abundância, riqueza específica, estrutura da comunidade e produção secundária das comunidades de macroinvertebrados expostos a descargas de águas residuais; no segundo, procurou-se comparar as respostas das comunidades intertidais expostas a este foco de perturbação em diferentes bioregiões (Atlântico e Mediterrâneo), por forma a encontrar padrões de resposta semelhantes. O primeiro objetivo desta tese foi explorado no capítulo 2, que pretende contribuir para um melhor conhecimento dos efeitos da presença de descargas de águas residuais nas comunidades de macroinvertebrados, ao longo dos diferentes andares da zona intertidal. A presença das descargas de águas residuais alterou os parâmetros ambientais, bem como a abundância de macroinvertebrados, sendo Mytilus galloprovincialis, Melarhaphe neritoides e Chthamalus montagui as principais espécies responsáveis pelas diferenças observadas. Diferentes efeitos foram, entretanto, observados nos três andares: na franja sublitoral a estrutura da comunidade foi alterada; no eulitoral aumentou a riqueza específica bem como a densidade de espécies filtradoras; na franja litoral não foram observadas diferenças. Ademais, os resultados demonstraram que a presença de descargas de águas residuais beneficia as espécies filtradoras e, ainda, que espécies sensíveis foram substituídas por espécies tolerantes. A produção secundária da comunidade foi também superior junto ao foco de poluição, mas este incremento deveu-se, essencialmente, aos níveis de produção de espécies tolerantes e filtradoras. Paralelamente, as descargas de águas residuais podem também contribuir para a contaminação dos sistemas aquáticos por metais e metalóides, com sérios riscos tanto para a vida selvagem como para a saúde humana. O capítulo 3 visa, assim, compreender se as descargas de águas residuais contribuem para a acumulação destes contaminantes em espécies comestíveis (M. galloprovincialis, Patella ulyssiponensis e Phorcus lineatus). Os resultados demonstraram que há contaminação por arsénio na área perturbada, tendo sido medidas as suas concentrações em algas intertidais também expostas às descargas de águas residuais contaminadas. Foram encontradas concentrações superiores perto das descargas em todas as espécies, exceto Saccorhiza polyschides. Ao mesmo tempo, foi avaliado o potencial das espécies estudadas como bioindicadores: as lapas (P. ulyssiponensis) parecem ser o melhor bioindicador para metais e metalóides, enquanto Asparagopsis armata se evidencia como a melhor opção para detetar a contaminação por arsénio. O segundo objetivo foi analisado no capítulo 4, onde se avaliou o potencial das comunidades do andar eulitoral como indicador da presença de descargas de águas residuais em diferentes contextos ambientais e geográficos (Atlântico, Mediterrâneo e Insular Atlântico). A análise multivariada mostrou que, em todas as costas estudadas, a estrutura das comunidades não variou de forma significativa entre locais perturbados e não perturbados. Contudo, as populações de lapa (do género Patella) foram marcadamente afetadas pela presença do foco de poluição. As respostas diferiram entre as comunidades do Atlântico e do Mediterrâneo, presumivelmente devido às características ecológicas das diferentes espécies encontradas. Entretanto, na costa Insular Atlântica, a remoção de um emissário proporcionou a oportunidade ecológica para se avaliar a recuperação da comunidade: as espécies dominantes parece terem-no alcançado, mas observou-se o contrário para as populações de litorinideos. Nesta tese, a identificação de todos os organismos ao nível da espécie, bem como a amostragem ao longo de todos os andares intertidais, permitiu um conhecimento abrangente dos efeitos das descargas de águas residuais sobre as comunidades da costa rochosa. Além disso, foi realizada uma primeira tentativa para avaliar e comparar as respostas das comunidades de macrofauna em diferentes áreas geográficas. Comunidades do eulitoral foram estudadas em costas do Atlântico e do Mediterrâneo, e os resultados sugerem que as lapas do género Patella podem ser eficazes na avaliação do estado ecológico dos sistemas costeiros expostos a descargas de águas residuais.

Rocky shores are under high human pressure, being daily exposed to several anthropogenic impacts such as nutrient enrichment or chemical pollution due to sewage discharges. In order to prevent further deterioration of coastal areas the search for efficient indices and indicators has become one of the hot topics in today’s scientific publication. However, a detailed knowledge of community responses to anthropogenic impacts is essential to sustain those indices. Therefore, the main goal of the present thesis was to to understand how sewage pollution may affect intertidal macroinvertebrate assemblages from rocky shores, and it can be divided into two key points. First, to examine patterns such as abundance, species richness, structure and secondary production of the macrofauna assemblages exposed to sewage discharges. Second, compare the response of macrofauna assemblages to sewage discharges in Atlantic and Mediterranean shores, in order to search for similar patterns. The first key point was explored in the chapter 2 of this thesis. This chapter aims to provide a comprehensive assessment of sewage effects on macroinvertebrate intertidal assemblages at three heights on the shore (littoral fringe, sublittoral fringe, and eulittoral) using an asymmetrical design. Sewage pollution changed the environmental variables and the abundance of macroinvertebrates, being Mytilus galloprovincialis, Melarhaphe neritoides and Chthamalus montagui the species most responsible for the dissimilarities observed. Effects were different on the three intertidal levels: community structure changed at the sublittoral fringe; suspension-feeders abundances and species richness increased at the eulittoral; no differences were detected at the littoral fringe. Furthermore, the results confirm that the presence of sewage discharges tended to benefit suspension feeders, and that the sensitive species were replaced by opportunistic ones. Regarding secondary production, it was higher in the impacted area, but mostly due to the production of tolerant species and suspension feeders. Sewage pollution can also result in increasing levels of trace elements in the environment which can pose serious risks both to wildlife and human health. This highlights the importance of study the role of sewage discharges in the contamination of aquatic systems, especially in rocky shores, since part of our food resources is directly collected on coastal waters. Chapter 3 aims to understand if sewage pollution is contributing to the accumulation of trace elements on edible species (M. galloprovincialis, Patella ulyssiponensis and Phorcus lineatus). It was found evidence of arsenic contamination due to the sewage discharges. With this in mind, the concentrations of arsenic on intertidal rocky shore macroalgae exposed to contaminated sewage discharges were measured. The results showed significantly higher concentrations of arsenic near the sewage discharges in all the species (Asparagopsis armata, Codium sp., Plocamium cartilagineum and Ulva sp.) except Saccorhiza polyschides. At the same time, it was assessed the potential of the studied species as bioindicators. At species level, the limpets (P. ulyssiponensis) seemed the best bioindicator for trace elements, while A. armata seemed to be the best choice to detect arsenic contamination. Finally, the second key point was explored in the chapter 4. This chapter assesses the potential of eulittoral assemblages in representing an effective indicator of environmental perturbations related to sewage discharges across different environmental and geographical contexts (Atlantic shores, Mediterranean shores and Atlantic island shores). Multivariate analyses showed that, in all shores, the structure of eulittoral invertebrate assemblages did not differ significantly between reference and impacted areas. However, limpet populations of the genus Patella were significantly affected by sewage discharges. The responses differed across Atlantic and Mediterranean shores, probably due to within-species heterogeneities of ecological traits. Additionally, in the Atlantic island shore, an outfall has been decommissioned from the original beach (due to civil movements to save a surf spot), which has provided an ecological opportunity to assess also the recovery dynamics of the community. After the remove of the outfall, the dominant species of the eulittoral assemblage appeared to recover. However, in more detail it was possible to observe that littorinids populations had still not fully recovered. This thesis contributes with important information to understand the response of intertidal macroinvertebrate assemblages to sewage pollution. The identification of all species to the lowest taxonomic level possible, and the sampling along all vertical levels, allowed a comprehensive knowledge of the effects of sewage discharges on macrofauna assemblages from rocky shores. Furthermore, a first attempt to evaluate and compare the responses of rocky shore macrofauna assemblages to sewage pollution in different geographical areas was carried out. Eulittoral assemblages from Atlantic and Mediterranean shores were studied, and the results seem to suggest that limpets of the genus Patella may be effective in evaluating the environmental status of coastal systems in relation to human impacts, such as sewage discharges.