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Doctoral dissertation in Biology (Specialization in Marine Biology and Aquaculture) presented to the University of Lisboa Dissertação apresentada à Universidade de Lisboa para obtenção do grau de Doutor em Biologia (especialidade Biologia Marinha e Aquacultura) Inês Pena dos Reis Alfaro Cardoso 2011 Recomeça…. Se puderes Sem angústia E sem pressa. E os passos que deres, Nesse caminho duro Do futuro Dá-os em liberdade. Enquanto não alcances Não descanses. De nenhum fruto queiras só metade. E, nunca saciado, Vai colhendo ilusões sucessivas no pomar. Sempre a sonhar e vendo O logro da aventura. És homem, não te esqueças! Só é tua a loucura Onde, com lucidez, te reconheças… Miguel Torga À minha Mãe e ao meu Pai. TABLE OF CONTENTS ABSTRACT AND KEY-WORDS 9 RESUMO E PALAVRAS-CHAVE 11 RESUMO ALARGADO 13 LIST OF PAPERS 17 PART 1- Aims and Scope of the thesis 19 CHAPTER 1 21 General introduction 23 Aims and importance of the thesis 26 Thesis outline 27 PART 2- Ecological Characterization of Small Estuaries Based on fish and Macroinvertebrate Communities: A Functional Approach. 33 CHAPTER 2 35 Fish assemblages of small estuaries of the Portuguese coast: a functional approach 37 CHAPTER 3 57 Distribution patterns of benthic macroinvertebrate assemblages in small estuaries of the Portuguese coast. 59 PART 3 - Ecological Quality Assessment on Small Estuaries of the Portuguese South and Southwest Coasts based on Fish and Macroinverterate Communities. 79 CHAPTER 4 81 Ecological quality assessment of small estuaries from the Portuguese coast based on fish assemblages indices. 83 CHAPTER 5 107 Ecological quality assessment of small estuaries from the Portuguese coast based on benthic macroinvertebrate assemblages indices. 109 PART 4- Vulnerability assessment 129 CHAPTER 6 131 Vulnerability assessment in small estuaries from the Portuguese coast 133 PART 5- General Discussion 149 CHAPTER 7 151 General discussion and final remarks 153 AGRADECIMENTOS 161 ABSTRACT AND KEY WORDS Abstract Estuarine ecosystems are amongst the most valuable environments in the world because of their high productivity and their fundamental role concerning ecosystem services for coastal communities. These systems are historically under high levels of human induced impacts which drove to the acknowledgement that management measures must be taken. Within the European context, the Water Framework Directive established goals to preserve estuarine systems’ integrity and tools were developed by the scientific community to respond to those goals and produce some measurement of the systems’ ecological quality. For the establishment of ecological integrity, knowledge on systems ecological communities is fundamental. This work aimed to contribute to the actual knowledge on small estuarine systems of the Portuguese south and southwestern coasts highlighting their ecological relevance. Fish and benthic macroinvertebrate communities from five small estuarine systems were analysed since they are considered fundamental ecological indicators. Results showed that these small estuarine systems provide temporary habitats, shelter and feeding grounds to coastal fish communities. Seasonal patterns were important to the diversity values found for fish communities. For benthic communities, results indicated sediment components are important to explain differences between systems. With this knowledge support, tools to assess ecological quality were chosen and applied, for both fish and macroinvertebrate communities. Result interpretations were not straightforward to the assessment of ecological quality status in systems with high natural perturbations indices. Nevertheless, analyses of all metrics included was highly informative and enabled, to some extent, differentiating ecological conditions between systems. An assessment of systems vulnerability was made which allowed setting guidelines and recommendations for management and preservation of each system. Key-words: benthic macroinvertebrate communities; ecological quality; fish assemblages; small estuaries; vulnerability assessment. 9 RESUMO Resumo Os sistemas estuarinos estão entre os ecossistemas mais valorizados não só devido à sua elevada produtividade mas também aos serviços fundamentais de ecossistema que proporcionam às populações costeiras. Estes ecossistemas têm sido historicamente sujeitos a elevados níveis de pressão antropogénica, o que levou à necessidade do estabelecimento de medidades de gestão. No contexto Europeu, com a Directiva Quadro da Água, foram delineados objectivos concretos para a preservação dos estuários e foram desenvolvidas ferramentas para uma avaliação do seu actual estado ecológico. As comunidades de peixes e de macroinvertebrados bentónicos são consideradas componentes fundamentais para a avaliação do estado ecológico dos sistemas estuarinos, sendo fundamental o conhecimento dos factores que determinam a diversidade, composição específica e distribuição destas comunidades. O presente trabalho contribui para o conhecimento da ecologia de cinco pequenos estuários das costas Sul e Sudoeste de Portugal, evidenciando a função ecológica destes sistemas. Os resultados mostraram que os sistemas escolhidos são importantes habitats temporários para as comunidades de peixes costeiras, servindo de abrigo e local de alimentação. Para estas comunidades, os padrões sasonais foram determinantes para os valores de diversidade. Para as comunidades de macroinvertebrados, os resultados suportaram a hipótese de que as características do sedimento explicam as diferenças entre as comunidades dos diferentes sistemas. Estes resultados contribuíram para a escolha das ferramentas a utilizar na avaliação da qualidade ambiental, e diversos índices ecológicos foram aplicados a cada comunidade. Apesar da dificuldade de interpretação das actuais ferramentas nestes sistemas de elevada variabilidade natural, os resultados evidenciaram que as métricas em que se baseiam os índices aplicados são bastantes informativas permitindo, até certa medida, diferenciar diferentes estados ecológicos ao longo dos sistemas. A avaliação de vulnerabilidade efectuada para cada sistema permitiu o estabelecimento de possíveis medidas e linhas de mitigação dos principais impactos antropogénicos. Palavras-chave: comunidades de macroinvertebrados benónicos; comunidades de peixes; pequenos estuários; qualidade ecológica; vulnerabilidade. 11 RESUMO ALARGADO Resumo Alargado Os sistemas estuarinos estão entre os sistemas mais valiosos do planeta dada a sua elevada produtividade e diversos serviços de ecossistema que proporcionam às populações costeiras. Estes serviços são historicamente utilizados pelas populações humanas e o crescente desenvolvimento do sistema urbano em zonas adjacentes aos estuários tem-se traduzido, ao longo dos tempos, em elevados níveis de pressão antropogénica com impactos que põem em causa a integridade ecológica e funcional destes ecossistemas. Actualmente, a necessidade de tomar medidas mitigadoras desses impactos e promover a preservação dos estuários, promoveu o aparecimento de medidas legislativas, nomeadamente da Directiva Quadro da Água para o contexto Europeu, que visam o estabelecimento de objectivos comunitários para a preservação destes sistemas. Neste contexto, diversas ferramentas foram desenvolvidas para responder à necessidade de se avaliar o actual estado ecológico dos estuários e vários planos de monitorização foram desenhados. No entanto, quase todos os sistemas estuarinos de pequenas dimensões da costa Portuguesa foram excluídos dos planos de monitorização, tornando estes sistemas, sobre os quais o conhecimento cientifico é escasso, altamente vulneráveis a um desaparecimento funcional discreto. Sistemas estuarinos de pequenas dimensões têm particularidades que os tornam altamente dinâmicos em termos morfológicos: podem apresentar cordões dunares, que periodicamente encerram a abertura do estuário ao meio marinho, e o fluxo de água doce é torrencial dependendo em grande medida da sazonalidade relacionada com os níveis de precipitação. Aspectos relacionados com a evolução, no tempo e no espaço, dos gradientes ambientais diferem, por estas razões, de sistemas de maior dimensão, fazendo com que estes pequenos estuários se situem, provavelmente, num extremo máximo da variabilidade natural. Neste contexto, a presente tese pretende contribuir para o actual conhecimento sobre pequenos estuários, estabelecendo a sua função ecológica e a estrutura das suas comunidades biológicas, fazendo uma avaliação da actual integridade ecológica destes sistemas e, finalmente, quantificando a vulnerabilidade de cada sistema. Para isto, foram escolhidas as comunidades de peixes e de macroinvertebrados bentónicos como componentes biológicas fundamentais e foram estudados cinco pequenos estuários da costa Portuguesa: Mira, Odeceixe e Ajezur, situados na costa Sudoeste e inseridos no Parque Natural da Costa Vicentina e Sudoeste Alentejano; Bensafrim e Gilão, situados na costa Sul, estando este último em estreita ligação com o Parque natural da Ria Formosa. A presente tese está dividida em cinco partes nas quais se distribuem sete capítulos, dos quais cinco correspondem a artigos científicos, produzidos para responder directamente aos 13 RESUMO ALARGADO objectivos propostos e que estão publicados ou em revisão, em revistas internacionais com arbitragem científica, incluídas no Science Citation Index. Estes cinco capítulos são precedidos de um capítulo de introdução geral e seguidos de um capítulo de discussão geral e considerações finais. Na introdução