Ecological analysis of periphytic diatoms in Mediterranean coastal wetlands (Empordà wetlands, NE Spain)

S'han estudiat els efectes dels factors ambientals sobre el perífiton dels sistemes lenític fluctuants del aiguamolls de l'Empordà. L'estudi s'ha realitzat als tres nivells d'integració: nivell d'ecosistema considerant el rol del perífiton envers els altres productors primaris; a nivell de comunitat, estudiant la composició específica de les diatomees i a nivell de població estudiant la plasticitat fenotípica d'una espècie de diatomea (Nitzschia frustulum). A nivell d'ecosistema s'observa que els factors que afavoreixen el predomini dels diferents tipus de productors primaris (perífiton, fitoplàncton i macròfits) són la renovació i el grau d'eutròfia de l'aigua. A nivell de comunitat els factors determinants en la composició i distribució de les espècies de diatomees són els gradients confinament-inundació així com la productivitat del sistema. En funció d'aquest factors s'han establert 5 associacions de diatomees. A nivell de població es demostra que tant la salinitat, com la relació N : P a l'aigua com el moviment de l'aigua afecten la morfologia i ultraestructura de la valva de N. frustulum. De forma interessant s'observa que la salinitat, considerada com a factor individual, afecta N. frustulum a nivell poblacional provocant-li modificacions en la morfologia de la valva, per en canvi, no afecta a nivell de comunitat, ja que totes les espècies de diatomees presents en ambients de salinitat fluctuant són eurihalines.

Signal processing of microstructure profiles: integrating turbulent spatial scales in aquatic ecological modeling

The main objective of this thesis was the integration of microstructure information in synoptic descriptors of turbulence, that reflects the mixing processes. Turbulent patches are intermittent in space and time, but they represent the dominant process for mixing. In this work, the properties of turbulent patches were considered the potential input for integrating the physical microscale measurements. The development of a method for integrating the properties of the turbulent patches required solving three main questions: a) how can we detect the turbulent patches from he microstructure measurements?; b) which are the most relevant properties of the turbulent patches?; and ) once an interval of time has been selected, what kind of synoptic parameters could better reflect the occurrence and properties of the turbulent patches? The answers to these questions were the final specific objectives of this thesis.

Ecological interactions between an invasive fish (Gambusia holbrooki) and native cyprinodonts: the role of salinity

Actualment una de les principals amenaces a la biodiversitat és la introducció d'espècies. Revisant 26 variables de les 69 espècies de peixos continental de la Península Ibèrica concloem que la filogènia, variabilitat i els usos de l'home són necessaris per entendre millor les diferències entres les espècies natives i invasores. Entre les especies més afectades per la introducció de peixos es troben els ciprinodontiformes endèmics del Mediterrani. Aportem les primers dades sobre l'ús d'hàbitats ocasionalment inundats i la selecció de preses del fartet (Aphanius iberus), observant un canvi ontogenètic, clarament relacionat amb el microhàbitat. També demostrem que la salinitat influeix en l'èxit invasor de la gamúsia, afectant la seva densitat i biologia reproductiva. Per altra banda, demostrem experimentalment que amb l'increment de salinitat la gambúsia disminueix la seva agressivitat i captura menys preses, reduint la seva eficàcia competitiva respecte dels ciprinodonts natius.

Fish as ecological indicators in Mediterranean freshwater ecosystems

Podeu escriure el text directament o arrossegar-lo des d'un altre document L'objectiu d'aquesta tesi és contribuir a l'ús dels peixos continentals com a indicadors de l'estat ecològic a la conca Mediterrània. En el primer treball es va detectar que encara que tots els índex biològics estaven correlacionats significativament, els peixos integren i expressen els estressos de manera i a una escala diferents, aportant una informació complementària als altres índexs. Al segon article es van estudiar els cabals de sis conques catalanes. S'ha mostrat que els règims hídrics estan alterats amb una tendència a la disminució del cabal i del nivell dels aqüífers. S'ha detectat quatre mètriques de peixos que es troben significativament afectades en zones més castigades per manca d'aigua degut a l'activitat humana. Es discuteix la necessitat de conèixer en profunditat el règim hídric de cada conca abans d'utilitzar els índex biològics. Al tercer article es va detectar que la composició d'espècies capturades va variar significativament al llarg del buidat amb un augment de l'alburn (A. alburnus) a les aigües pelàgiques durant els dies de pitjor qualitat de l'aigua, confirmant que l'alburn és més tolerant a la mala qualitat de l'aigua que la madrilleta vera (R. rutilus) i suggereix el seu potencial com a bioindicador. La condició d'aquestes dues espècies va canviar significativament al llarg del buidat de manera molt estreta amb la qualitat de l'aigua. Al quart capítol es va estudiar la biologia dels peixos d'un embassament altament contaminat (Flix). El percentatge de DELT anomalies i la presència de paràsits externs era major en la zona impactada que als punts de control i els valors més alts de pes eviscerat i pes del fetge estaven als punts de control. Les respostes van ser diferents per cada espècie i la carpa va ser la que va mostrar més clarament els impactes.

Predicting Argentine ant invasion across spatial scales via ecological niche models

La formiga argentina (Linepithema humile) es troba entre les espècies més invasores: originària d'Amèrica del Sud, actualment ha envaït nombroses àrees arreu del món. Aquesta tesi doctoral intenta fer una primera anàlisi integrada i multiescalar de la distribució de la formiga argentina mitjançant l'ús de models de nínxol ecològic. D'acord amb els resultats obtinguts, es preveu que la formiga argentina assoleixi una distribució més àmplia que l'actual. Les prediccions obtingudes a partir dels models concorden amb la distribució actualment coneguda i, a més, indiquen àrees a prop de la costa i dels rius principals com a altament favorables per a l'espècie. Aquests resultats corroboren la idea que la formiga argentina no es troba actualment en equilibri amb el medi. D'altra banda, amb el canvi climàtic, s'espera que la distribució de la formiga argentina s'estengui cap a latituds més elevades en ambdós hemisferis, i sofreixi una retracció en els tròpics a escales globals.

Identification of Putative Wintering Areas and Ecological Determinants of Population Dynamics of Common House-Martin (Delichon urbicum) and Common Swift (Apus apus) Breeding in Northern Italy

To identify the causes of population decline in migratory birds, researchers must determine the relative influence of environmental changes on population dynamics while the birds are on breeding grounds, wintering grounds, and en route between the two. This is problematic when the wintering areas of specific populations are unknown. Here, we first identified the putative wintering areas of Common House-Martin (Delichon urbicum) and Common Swift (Apus apus) populations breeding in northern Italy as those areas, within the wintering ranges of these species, where the winter Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), which may affect winter survival, best predicted annual variation in population indices observed in the breeding grounds in 1992–2009. In these analyses, we controlled for the potentially confounding effects of rainfall in the breeding grounds during the previous year, which may affect reproductive success; the North Atlantic Oscillation Index (NAO), which may account for climatic conditions faced by birds during migration; and the linear and squared term of year, which account for nonlinear population trends. The areas thus identified ranged from Guinea to Nigeria for the Common House-Martin, and were located in southern Ghana for the Common Swift. We then regressed annual population indices on mean NDVI values in the putative wintering areas and on the other variables, and used Bayesian model averaging (BMA) and hierarchical partitioning (HP) of variance to assess their relative contribution to population dynamics. We re-ran all the analyses using NDVI values at different spatial scales, and consistently found that our population of Common House-Martin was primarily affected by spring rainfall (43%–47.7% explained variance) and NDVI (24%–26.9%), while the Common Swift population was primarily affected by the NDVI (22.7%–34.8%). Although these results must be further validated, currently they are the only hypotheses about the wintering grounds of the Italian populations of these species, as no Common House-Martin and Common Swift ringed in Italy have been recovered in their wintering ranges.

Investigating Targets of Avian Habitat Management to Eliminate an Ecological Trap

Ecological traps are attractive population sinks created when anthropogenic habitat alteration inadvertently creates a mismatch between the attractiveness of a habitat based upon its settlement cues, and its current value for survival or reproduction. Traps represent a new threat to the conservation of native species, yet little attention has been given to developing practical approaches to eliminating them. In the northern Rocky Mountains of Montana, Olive-sided Flycatchers (Contopus cooperi) prefer to settle in patches of selectively harvested forest versus burned forest despite the lower reproductive success and higher nest predation risk associated with the former habitat. I investigated characteristics of preferred perch sites for this species and how these preferences varied between habitats and sexes. I then built on previous research to develop a range of management prescriptions for reducing the attractiveness of selectively harvested forest, thereby disarming the ecological trap. Female flycatchers preferred to forage from shorter perch trees than males, and females’ perches were shorter than other available perch trees. Both sexes preferred standing dead perch trees (snags) and these preferences were most obvious in harvested forest where snags are rarer. Because previous research shows that snag density is linked to habitat preference and spruce/fir trees are preferred nest substrate, my results suggest these two habitat components are focal habitat selection cues. I suggest alternative and complementary strategies for eliminating the ecological trap for Olive-sided Flycatchers including: (1) reduced retention and creation of snags, (2) avoiding selective harvest in spruce, fir, and larch stands, (3) avoiding retention of these tree species, and (4) selecting only even-aged canopy height trees for retention so as to reduce perch availability for female flycatchers. Because these strategies also have potential to negatively impact habitat suitability for other forest species or even create new ecological traps, we urge caution in the application of our management recommendations.

Threshold detection: matching statistical methodology to ecological questions and conservation planning objectives

Two types of ecological thresholds are now being widely used to develop conservation targets: breakpoint-based thresholds represent tipping points where system properties change dramatically, whereas classification thresholds identify groups of data points with contrasting properties. Both breakpoint-based and classification thresholds are useful tools in evidence-based conservation. However, it is critical that the type of threshold to be estimated corresponds with the question of interest and that appropriate statistical procedures are used to determine its location. On the basis of their statistical properties, we recommend using piecewise regression methods to identify breakpoint-based thresholds and discriminant analysis or classification and regression trees to identify classification thresholds.

Modeled and observed atmospheric radiation balance during the West African dry season: role of mineral dust, biomass burning aerosol, and surface albedo

The global radiation balance of the atmosphere is still poorly observed, particularly at the surface. We investigate the observed radiation balance at (1) the surface using the ARM Mobile Facility in Niamey, Niger, and (2) the top of the atmosphere (TOA) over West Africa using data from the Geostationary Earth Radiation Budget (GERB) instrument on board Meteosat-8. Observed radiative fluxes are compared with predictions from the global numerical weather prediction (NWP) version of the Met Office Unified Model (MetUM). The evaluation points to major shortcomings in the NWP model's radiative fluxes during the dry season (December 2005 to April 2006) arising from (1) a lack of absorbing aerosol in the model (mineral dust and biomass burning aerosol) and (2) a poor specification of the surface albedo. A case study of the major Saharan dust outbreak of 6–12 March 2006 is used to evaluate a parameterization of mineral dust for use in the NWP models. The model shows good predictability of the large-scale flow out to 4–5 days with the dust parameterization providing reasonable dust uplift, spatial distribution, and temporal evolution for this strongly forced dust event. The direct radiative impact of the dust reduces net downward shortwave (SW) flux at the surface (TOA) by a maximum of 200 W m−2 (150 W m−2), with a SW heating of the atmospheric column. The impacts of dust on terrestrial radiation are smaller. Comparisons of TOA (surface) radiation balance with GERB (ARM) show the “dusty” forecasts reduce biases in the radiative fluxes and improve surface temperatures and vertical thermodynamic structure.