Soil function and biodiversity: regional variations and climate changes

Embora o objetivo principal da proteção internacional dos solos seja proteger tanto as funções quanto a estrutura do solo, a atual abordagem trata principalmente da proteção ao nível estrutural. Há uma carência de estudos que contemplem a ligação das funções do solo com os níveis da comunidade. Além disso, é ainda desconhecido se as variáveis ambientais (ex: tipos de solo, condições climáticas) atuam nas funções do solo da mesma maneira que influenciam sua estrutura biológica. Ademais, as alterações climáticas poderão ter sozinhas ou combinadas com os poluentes, um grande efeito nos ecossistemas terrestres. O presente trabalho propõe estudar as funções e a estrutura biológica do solo quando impactados devido a estresse tóxico (poluição por Cu) e/ou alterações a fatores como a temperatura e abundância de organismos, de maneira a simular possíveis variações regionais ou climáticas. Para alcançar os objetivos principais 3 experiências utilizando diferentes densidades de E. crypticus e 2 gerações foram feitas (Capítulos II e III). Duas experiências com mesocosmos (SMS) decorreram durante 3 meses sob uma gama de diversas temperaturas (10 – 29°C), que representam temperaturas médias para Portugal e Dinamarca (Capítulos IV e V). Duas experiências de campo também foram realizadas com intuito de validar os SMSs (Capítulo VI). Resultados demonstraram que os efeitos do Cu na reprodução dos enquitraídeos dependem da densidade inicial de organismos, especialmente na 2ª geração. Entretanto, nos SMSs expostos a Cu, a densidade inicial é menos importante nos resultados finais. O aumento da temperatura alterou majoritariamente a fase inicial de crescimento populacional. Em períodos mais longos, a abundância estabilizou tornando-se menos influenciada pelas temperaturas. Períodos longos de exposição reforçaram os efeitos da temperatura, como por ex: diversas espécies foram similarmente afetadas a 29 ou 26°C quando expostas durante 28 ou 61 dias respectivamente. De forma geral, o Cu reduziu a abundância da maioria das espécies ao longo do tempo, com poucas exceções. Os resultados da decomposição da matéria orgânica (MO) e atividade alimentar associaram-se com a abundância de organismos em baixas temperaturas (10-23°C). Entretanto, com o aumento das temperaturas (19-29°C), este comportamento não foi claro e a abundância de espécies e atividade alimentar diminuíram enquanto a decomposição da MO aumentou. Além disso, os resultados observados nos SMSs foram confirmados no campo. Mais especificamente, alterações ocorreram na fase de crescimento (correspondente à Primavera) e a exposição ao Cu diminuiu os efeitos da temperatura. Metodologias mais complexas (ex: mais gerações e experiências com múltiplas espécies) apresentam muitos benefícios, mas também proporcionam respostas mais complexas, as quais exigem um maior “peso” de evidências para serem comprovadas.

Although the main aim for international soil protection is to protect both the soil structure and the soil function, the current soil protection approach mainly deals with protecting the soil structure level. There is a lack of studies that link the community level with soil function. Additionally, it is unknown if the environmental variables (e.g. soil type, climate conditions) are acting on function in the same way they influence the biological soil structure. On top of this, climate change will alone and in combination with pollution have a strong effect on the terrestrial ecosystem. In the present work the soil biological structure and function were studied when impacted due to a toxic stress (Cu pollution) and due to changes in factors such as organisms’ abundance, and temperature, simulating ecological aspects, regional and climate changes. To achieve the main goals 3 experiments using different densities of E. crypticus and two generations were performed and culminated in two papers (Chapters II & III). Two multispecies experiments (SMS) were conducted until 3 months and under various temperatures (10-29˚C), representing the span of average temperatures for Denmark and Portugal (Chapters IV & V). Two Field experiments were also performed in order to validate the results of the SMSs (Chapter VI). Results showed that the effect of Cu on reproduction does depend on the density, especially so in the succeeding generation. Nevertheless, in the SMS test with Cu, the initial density is less important for the outcome. Increased temperature in the SMSs caused major changes in the abundance, mainly in the initial phase of population growth. At longer exposures the population abundance stabilized and became less influenced by temperatures. The longer exposure enforced the temperature effects, e.g. for several species effects at 29ºC-28 days were similar to 26ºC-61 days. Copper caused a general depression in abundance over time for most species with a few exceptions. The OM decomposition and feeding activity responses at low temperature (10-23°C) were associated with the increase in species abundance whereas this was less clear at high temperatures (19-29°C), here with a decrease in feeding activity and species abundance but increase in OM decomposition. Additionally, responses observed in the SMSs were confirmed in the field. In specific, changes occurred in the growth phase (corresponding to the late spring exposure) and Cu depressed the temperature responses. More complex approaches (i.e. more generations and multispecies approach) has many benefits, but provides also more complex answers that may require more weight of evidence.

Doutoramento em Biologia