Influence of river ecological condition on changes in physico-chemical water parameters along rivers

Dissertação de mestrado em Ecology

Ingestão de plásticos por aves marinhas na Costa Norte de Portugal

Dissertação de mestrado em Ecologia

Utilización de biomarcadores para la evaluación integrada de la calidad del agua de la cuenca del río Suquía.Utilization of biomarkers for the integrated evaluation of water quality of the Suquía River Basin.

En los últimos años el grupo de investigación ha caracterizado la calidad de los cuerpos de agua, detectando gradientes de calidad ambiental que se manifiestan por la aparición de tóxicos que generan cambios en la calidad del agua, sedimento y especialmente en la biota. El presente proyecto propone una evaluación integrada de la contaminación de los recursos hídricos abarcando el estudio de las causas de la contaminación y las respuestas biológicas que se producen ante dichas alteraciones. Por ello nuestro objetivo principal es evaluar la contaminación de los recursos acuáticos a través del desarrollo y aplicación de diversas herramientas. El enfoque multidisciplinario del mismo permitirá integrar los análisis de las diferentes áreas de estudio, con el fin de brindarán soluciones al problema generalizado de la contaminación acuática. El fin último es alcanzar una mejor valoración de los cambios temporales y espaciales en la calidad de las cuencas hídricas. Se propone analizar la presencia y concentración de tóxicos en agua, suelo, sedimento y biota conjuntamente con la evaluación de los efectos sobre los organismos a diferentes niveles de organización, lo que permitirá determinar y seleccionar los indicadores más eficientes de la contaminación ambiental. Se desarrollarán biomarcadores moleculares basados en expresión genética en la biota acuática y biomarcadores morfológicos, histológicos y bioquímicos. Además se evaluará el efecto del estrés tóxico sobre los hábitos natatorios de peces utilizando un software recientemente desarrollado por el grupo. También se intensificará la búsqueda de biomarcadores específicos de disrupción endocrina en peces tales como aromatasa, vitelogenina, parámetros estáticos y dinámicos de espermatozoides y comportamiento de cortejo y cópula. Así, el plan propuesto brindará un conjunto de herramientas, con diverso grado de complejidad, para ser usadas en la correcta evaluación del impacto ambiental de las actividades humanas. El grupo de trabajo pretende realizar una fuerte contribución a los conocimientos de base para crear conciencia sobre el problema de las diferentes cuencas en estudio, a fin de llevar a cabo un control sostenido de la calidad de los recursos acuáticos.

Manejo ganadero y restauración de ambientes montanos en relación a la biodiversidad, el suelo y la producción de agua. Livestock management and ecological restoration of mountain environments in relation to biodiversity, soil and water production.

Las áreas montanas brindan numerosos bienes y servicios a la humanidad cómo la provisión de agua. Asimismo, albergan una biota muy diversa y existe en ellas una actividad económica de considerable importancia centrada en la ganadería. En algunos casos las actividades asociadas a la ganadería pueden modificar los ecosistemas montanos y los bienes y servicios que brindan de forma drástica. Esto se debe a los cambios en la vegetación, y la pérdida y compactación de los suelos, que tiene repercusiones en la cantidad de agua captada, evapotranspirada y almacenada. También tiene repercusiones sobre la biodiversidad, tanto positivas como negativas. Aquí nos propusimos investigar cómo los cambios en la cobertura vegetal producidos por cuatro siglos de uso ganadero en el piso superior de las Sierras de Córdoba (Centro Argentino) han afectado a atributos del ecosistema como la diversidad vegetal, la integridad de los suelos y la capacidad de proveer agua a la población humana. A su vez, nos propusimos estudiar en detalle cómo las distintas opciones actuales de manejo pueden afectar a la cobertura vegetal y por ende a los atributos del ecosistema. De este modo, esperamos: (1) poder desarrollar un modelo espacialmente explícito que permita predecir la evolución del ecosistema ante distintos escenarios de manejo. (2) Más a largo plazo determinar los costos y los beneficios de los distintos manejos, en términos de la conservación de la biodiversidad, los suelos y la provisión de agua. El área de estudio cuenta un Sistema de Información Geográfica muy completo que incluye numerosas capas de información (vegetación, topografía, casas y caminos y otras). Además, existe en el área un Parque Nacional, con potreros bajo distintos manejos ganaderos (exclusión, cargas ganaderas moderadas continuas y estacionales), y una zona con herbivoría nativa de guanacos, que fueron reintroducidos recientemente en el Parque. Fuera del Parque, hay establecimientos con ganadería tradicional, con cargas ganaderas altas; así como un área donde se ha realizado una restauración modelo mediante reforestación y revegetación de zonas erosionadas. Estos escenarios representan una oportunidad muy especial para realizar estudios comparativos de la evolución de la fisonomía, composición florística, diversidad vegetal, integridad del suelo (erosión, tasa de infiltración, contenido de agua a lo largo del año) y el caudal de los arroyos en la estación seca. En este proyecto proponemos seguir con mediciones de la evolución de la vegetación bajo los distintos escenarios y seguir averiguando métodos de restauración de la vegetación. Además, proponemos empezar a realizar mediciones relacionadas al valor de los distintos tipos de cobertura vegetal, resultado de cuatro siglos de historia de disturbio, sobre la diversidad y los recursos hídricos. Por otro lado, realizaremos mediciones ecofisiológicas en las especies dominantes, para comprender sus efectos sobre el ciclo del agua.

Efecto de la forestación con pináceas sobre la biodiversidad y el funcionamiento de sistemas fluviales serranos en pastizales de altura. Pine afforestation effects on ecosystem functioning and biodiversity in mountain pastureland fluvial systems.

Las acciones antrópicas han alterado los ecosistemas a escala global mediante cambios en la estructura y función de los sistemas terrestres y acuáticos. En este sentido, la deforestación de bosques ripariales impacta fuertemente sobre los sistemas lóticos como así también el proceso inverso, la conversión de pasturas naturales a bosques debido a forestaciones extensivas. Las nacientes de los arroyos de la provincia de Córdoba se ubican en pastizales dominados por gramíneas, muchos de los cuales han sido reemplazados por plantaciones de coníferas, con potenciales efectos sobre la estructura y el funcionamiento de los cursos de agua. En consecuencia, la evaluación de los efectos de esta actividad forestal sobre los arroyos es esencial para la implementación de adecuadas estrategias de manejo y conservación del recurso acuático. El objetivo de este proyecto es evaluar los efectos de la forestación con pináceas sobre la estructura y el funcionamiento de sistemas fluviales en pastizales de altura de las sierras de Córdoba. Se pretende analizar la dinámica de la biota acuática en arroyos de pastizales y en arroyos forestados. Se cuantificarán productores primarios y materia orgánica particulada y se medirán procesos ecológicos como la producción primaria y descomposición de materia orgánica gruesa. Se espera que la forestación con pináceas altere el ciclo de los nutrientes, disminuya el caudal y cambie el balance de temperatura al incrementar la sombra y el ingreso de materia orgánica particulada gruesa. En consecuencia, y debido a los cambios abióticos contrastantes generados por la implantación de pinos, podrían detectarse alteraciones drásticas en el ecosistema. Se seleccionarán seis arroyos de la subcuenca del arroyo Santa Rosa (Subcuenca Ctalamochita). Tres arroyos discurren en pastizales naturales y tres en áreas forestadas con pináceas. Se tomarán muestras de invertebrados y materia orgánica en el bentos en aguas altas y aguas bajas y se registrarán parámetros físico-químicos. Se colectarán muestras de perifiton para análisis de especies, biomasa y clorofila. Se realizarán experimentos de campo para medir la tasa de degradación de la materia orgánica y la producción primaria. La detección del grado de alteración de los sistemas naturales es el punto de partida para la implementación de apropiadas estragias de manejo del recurso. Entre los indicadores que permitirán verificar el efecto de las forestaciones estan los cambios en la biodiversidad, en la tasa de degradación de materia orgánica y en la producción primaria, como así también en la dinámica de los nutrientes y en los ciclos de caudales. Esta propuesta pretende generar lazos de interrelación entre distintos sectores para la implementación efectiva de planes de conservación y restauración y propiciar las relaciones necesarias para el logro de objetivos que beneficien a la sociedad como un todo.

Estudo da alimentação dos peixes no rio Grande à jusante da usina hidrelétrica de Itutinga, Minas Gerais, Brasil

A biota aquática da bacia do rio Paraná tem sido impactada por várias barragens. Este estudo teve como objetivo caracterizar e comparar sazonalmente a alimentação dos peixes do rio Grande, à jusante da usina de Itutinga. Neste trecho de rio é esperada a redução do efeito sazonal devido à regulação do fluxo. A coleta foi realizada em janeiro e julho de 2010, com redes de emalhar e de arrasto. Os peixes foram fixados em formol e conservados em álcool para a análise dos conteúdos estomacais. A dieta foi caracterizada pelo índice alimentar (IA) e a guilda a que cada espécie pertence foi determinado pelo teste de χ². A alimentação de cada espécie e a ocorrência dos itens alimentares foram comparadas nos períodos de seca e chuva utilizando-se as análises de nMDS e SIMPER. Foram analisados 809 estômagos de 32 espécies de peixes categorizadas nas guildas piscívora, herbívora, iliófaga/detritívora, algívora, frugívora, invertívora e generalista, sendo esta a guilda de maior riqueza de espécies. O nMDS indicou menor diversificação na dieta em julho, quando foi observado um aumento na ocorrência de vegetal, invertebrados e sedimento. Este estudo ampliou o conhecimento dos hábitos alimentares dos peixes e o efeito do barramento local sobre a dieta das espécies em virtude da regularização do fluxo.

Análise comparativa da abundância do coral invasor Tubastraea spp: (Cnidaria, Anthozoa) em substratos naturais e artificiais na Ilha Grande, Rio de Janeiro, Brasil

Os corais exóticos coral-sol (Tubastraea coccinea Lesson, 1829 e T. tagusensis Wells, 1982) invadiram as comunidades biológicas sésseis dos costões rochosos da Baía da Ilha Grande, Rio de Janeiro, Brasil. Estruturas artificiais (piers, decks ou cais) foram selecionadas em quatro locais na Ilha Grande, e comparadas com substratos naturais adjacentes através de quantificação da densidade de cada espécie de Tubastraea, além da porcentagem de cobertura da biota bêntica. A densidade média geral de Tubastraea tagusensis foi de 80,3 indivíduos.m-2, aproximadamente o dobro encontrado para T. coccinea. Tendo em vista que sua presença alterou as abundâncias relativas e a riqueza de espécies, ambas as espécies invasoras modificaram a estrutura das comunidades invadidas. Tubastraea coccinea foi mais abundante em substratos artificiais do que naturais, porém, não foi detectada diferença na abundância de Tubastraea tagusensis entre substratos. A abundância de ambas as espécies variou com a profundidade e o local, e houve uma relação positiva entre a idade do substrato artificial e a abundância dos corais. Aparentemente T. tagusensis é competitivamente superior à T. coccinea, com uma inserção maior nas comunidades nativas em substratos naturais. Ambas as espécies tem grande potencial competitivo e podem utilizar substratos artificiais para iniciar seu estabelecimento em novos locais.

Estructura de la comunidad de macroinvertebrados del arroyo Achiras (Córdoba, Argentina): análisis previo a la construcción de una presa

La regulación de ríos y arroyos mediante diques modifica parámetros que influyen directamente sobre la biota. En la cuenca endorreica Achiras-del Gato ha finalizado recientemente la construcción de una presa de mediana envergadura que alterará las características limnológicas del sistema y la estructura de las comunidades bentónicas. Este estudio aporta los primeros registros del macrobentos de este sistema lótico y analiza la variación espacio-temporal de la estructura de la comunidad en tramos pedemontanos del arroyo Achiras. Durante un año, antes de la construcción de la presa, se colectaron muestras de zoobentos y se registraron variables abióticas en correderas y rabiones de dos sitios del arroyo, uno situado río arriba del área del dique y otro aguas abajo de la misma. Para cada sitio, hábitat y estación del año se determinó abundancia, frecuencia, riqueza taxonómica, Índice de Shannon y equidad, y se analizaron mediante ANOVA de una y tres vías. Los atributos de las comunidades de referencia se complementaron con la determinación de taxa exclusivos e indicadores y detectores ecológicos. En el primer sitio se registraron 73 taxa, Simulium fue más abundante y Leptohyphes eximius Eaton, 1882, más frecuente. En el segundo se hallaron 75 taxa, Caenis fue más abundante y Cricotopus sp. 3 más frecuente. La abundancia y la riqueza fueron significativamente mayores en primavera, y la diversidad en rabiones de invierno. Se determinó que los atributos de la comunidad estuvieron afectados por la época de muestreo. El arroyo Achiras posee un régimen hídrico freático-pluvial, con caudales bajos en invierno y altos en verano, por lo que se esperan cambios en la biota nativa y la integridad del sistema en respuesta a la reducción de la variabilidad hidráulica cuando el funcionamiento de la presa altere el caudal natural.

Hidrobiologia geral, aplicada particularmente a veiculadores de esquistossomos: hipereutrofia, mal moderno das águas

Observações hidrobiológicas do Lago de Brasília, em 1965, mostraram algas planctônicas Desmidiaceae predominantes, com espécies dos gêneros Staurastrum, Micrasterias, Euastrum, Cosmarium Xanthidium, Bambusina, Closterium, Spondilosium, Penium, principalmente, de águas puras e naturais; conforme o texto, são sêres comuns nas águas indígenas do Brasil Central. Mas a nova capital brasileira cresceu ràpidamente, alcançando oerto de meio milhão de habitantes: a influência do homem se apresentou e, em 1968, já causava outro regime hidrobiológico dentro das faixas de saprobidade, com planctos cosmopolitas indicadores de poluição. Encontramos águas já mesossapróbias com cianofíceas indesejáveis em quantidades maciças, como as Aphanizomenon flos-aquae, a Anacystis cyanea (= Microcystis aeruginosa), Anabaenopsis, Gomphosphaeria e outras. O lago que era "Lago de Desmidiáceas" passou a ser um "Lago de Cianofíceas". Os índices de eutrofização dependem de eutrofizantes no numerador, divididos por desmidiáceas no denominador. Quanto maior o número de algas eutrofizantes, tanto maior a eutrofização; exatamente o que acontece no lago de Brasília. os autores chamam a atenção para os estudos de saprobidade das águas do lago, baseado na teoria que os moluscos Planorbidae se instalem dependentes do regime de poluição mesossapróbio; supõe-se por isso a razão por que êsses moluscos acompanham o homem nas suas migrações. Poder-se-à determinar a faixa de saprobidade em que se instalam os moluscos, suspeitando-se entre os regimes A- e B- mesossapróbio. Propõem medidas preventivas de caráter hidrobiológico para evitar a instalação de planorbídeos. Embora os esgotos sejam todos muito bem tratados sanitàriamente e não há nenhum perigo ou queixa quanto a essa parte; mas é o resultado do tratamento de esgotos e restos de águas usadas pelo homem que fornecem nutritivos às àguas: N, P, Ca, Cl, K, etc. ... e que eutrofizam. A eutrofização normal é ótima; o lago fica produtivo de bom plancto e ótimos peixes. Para eutrofia em excesso, os autores criaram o nôvo têrmo HIPEREUTROFIA, descrevem êsses fenômenos, de ordem geral, com explosivo crescimento da população planctônica e fitoplanto mesossapróbio causador de calamitosos problemas. Pode a "hipereutrofia" ser considerada uma nova e grave "praga das águas" que surgiu depois da 2ª guerra mundial, devido á rápida industralização e explosão populacional do homem. Medidas preventivas contra a hipereutrofia poderão ser conseguidas com planejamentos integrados das bacias dos rios, lagos e baías evitando despejos de excessos de nutrientes, em zonas que fiquem como reservas, preservando a biota aquática natural e normal. É possível tal planejamento no Brasil, porque é um dos poucos países, com bacias de rios e lagos artificiais ainda não poluídos.

Phylogeographical footprints of the Strait of Gibraltar and Quaternary climatic fluctuations in the western Mediterranean: a case study with the greater white-toothed shrew, Crocidura russula (Mammalia: Soricidae).

We used mitochondrial cyt b sequences to investigate the phylogenetic relationships of Crocidura russula (sensu lato) populations across the Strait of Gibraltar, western Europe, Maghreb, and the Mediterranean and Atlantic islands. This revealed very low genetic divergence between European and Moroccan populations. The application of a molecular clock previously calibrated for shrews suggested that the separation of European from Moroccan lineages occurred less than 60 000 bp, which is at least 5 million years (Myr) after the reopening of the Strait of Gibraltar. This means that an overwater dispersal event was responsible for the observed phylogeographical structure. In contrast, genetic analyses revealed that Moroccan populations were highly distinct from Tunisian ones. According to the molecular clock, these populations separated about 2.2 million years ago (Ma), a time marked by sharp alternations of dry and humid climates in the Maghreb. The populations of the Mediterranean islands Ibiza, Pantelleria, and Sardinia were founded from Tunisian populations by overwater dispersal. In conclusion, overwater dispersal across the Strait of Gibraltar, probably assisted by humans, is possible for small terrestrial vertebrates. Moreover, as in Europe, Quaternary climatic fluctuations had a major effect on the phylogeographical structure of the Maghreb biota.

Combining food web and species distribution models for improved community projections

The ability to model biodiversity patterns is of prime importance in this era of severe environmental crisis. Species assemblage along environmental gradient is subject to the interplay of biotic interactions in complement to abiotic environmental filtering. Accounting for complex biotic interactions for a wide array of species remains so far challenging. Here, we propose to use food web models that can infer the potential interaction links between species as a constraint in species distribution models. Using a plant-herbivore (butterfly) interaction dataset, we demonstrate that this combined approach is able to improve both species distribution and community forecasts. Most importantly, this combined approach is very useful in rendering models of more generalist species that have multiple potential interaction links, where gap in the literature may be recurrent. Our combined approach points a promising direction forward to model the spatial variation of entire species interaction networks. Our work has implications for studies of range shifting species and invasive species biology where it may be unknown how a given biota might interact with a potential invader or in future climate.

A DGT Technique for Plutonium Bioavailability Measurements.

The toxicity of heavy metals in natural waters is strongly dependent on the local chemical environment. Assessing the bioavailability of radionuclides predicts the toxic effects to aquatic biota. The technique of diffusive gradients in thin films (DGT) is largely exploited for bioavailability measurements of trace metals in waters. However, it has not been applied for plutonium speciation measurements yet. This study investigates the use of DGT technique for plutonium bioavailability measurements in chemically different environments. We used a diffusion cell to determine the diffusion coefficients (D) of plutonium in polyacrylamide (PAM) gel and found D in the range of 2.06-2.29 × 10(-6) cm(2) s(-1). It ranged between 1.10 and 2.03 × 10(-6) cm(2) s(-1) in the presence of fulvic acid and in natural waters with low DOM. In the presence of 20 ppm of humic acid of an organic-rich soil, plutonium diffusion was hindered by a factor of 5, with a diffusion coefficient of 0.50 × 10(-6) cm(2) s(-1). We also tested commercially available DGT devices with Chelex resin for plutonium bioavailability measurements in laboratory conditions and the diffusion coefficients agreed with those from the diffusion cell experiments. These findings show that the DGT methodology can be used to investigate the bioaccumulation of the labile plutonium fraction in aquatic biota.

Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

Canvis ambientals i relacions tròfiques en rius mediterranis

Els rius i rieres mediterranis són ecosistemes que es caracteritzen per fortes oscil•lacions de cabal i temperatura al llarg de l’any. Aquestes oscil•lacions provoquen canvis ambientals en l'hàbitat i en els recursos que afecten directament o indirecta la biota que habita aquests ecosistemes, la qual, per tant, ha de presentar adaptacions a aquestes oscil•lacions ambientals. L'escenari actual de canvi climàtic preveu una intensificació dels fenòmens de sequera i augment de temperatura. Entendre com la biota dels rius respon a aquestes fluctuacions és de gran importància per poder anticipar les respostes d'aquests sistemes als imminents canvis ambientals així com per gestionar adequadament els recursos hídrics en un futur. Els objectius principals d'aquesta tesi eren: caracteritzar estructural i funcionalment dues rieres intermitents mediterrànies al llarg dels diferents períodes característics del cicle anual i veure els efectes d'un augment de la sequera; veure com aquests efectes podien afectar l'ecosistema ripari circumdant i establir com diferències en la qualitat de la matèria orgànica derivades del canvi climàtic pot afectar el fitness i desenvolupament dels invertebrats. Aquests objectius s'han pogut complir només parcialment, ja que adversitats climàtiques van impedir finalitzar amb èxit la manipulació del cabal al camp i la resolució d'algunes dades no ha estat prou bona com per aplicar els models corresponents. Aquests contratemps s'han solucionat amb la incorporació de dos nous experiments (un encara s'ha de realitzar), fet que ha fet enlentir la finalització de la tesi.

A First Record of Phlebotominae from Argentinean Patagonia (Diptera: Psychodidae: Phlebotominae)

A species of the Lutzomyia oswaldoi group is recorded from the Valcheta stream basin, Somuncura plateau, Patagonia. It represents the World southermost record of a species of Phlebotominae, apparently supporting the hypothesis about the relictual character of several components of the Somuncura plateau biota, particularly for those species belonging to the Paranaense lineages.