Nutrient status of major Irish seaweed tides

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Schrofner, Elena M. N. C.
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.1/15168
Resumo: Blooms of opportunistic, fast-growing macroalgae (commonly known as seaweed tides), are no novel occurrence, but evermore enhanced in a growing number of places by nutrient overenrichment, global warming and ocean acidification. Following their first appearance several decades ago, macroalgal blooms are shifting coastal communities and hold consequences for ecosystems and shore-based activities (e.g. shifts in primary producers, habitat loss of benthic invertebrates). The invention of nitrogen-based synthetic fertilisers in the early 20th century and increasing urbanisation, including enhanced sewage release along coasts, are considered primary causes. In this thesis dissertation, the nutrient status of the main bloom-forming macroalgal species (Ulva compressa, U. prolifera, U. rigida, Agarophyton vermiculophyllum and Pilayella littoralis) in Ireland was assessed based on tissue nutrient content. Hence, biomass abundance and nitrogen status of specimens from the four estuaries affected by the largest seaweed tides in Ireland were studied between June 2016 and August 2017 over seven sampling occasions, by collecting algal biomass and determining tissue nitrogen (N) and phosphorus (P) contents. Tissue N contents were compared to in previous studies extracted cell subsistence (Qs), and critical quotas (Qc) of the studied or similar species. The obtained results show that neither of the investigated species was limited by N at any time during the study since tissue N content exceeded Qc even during the bloom pinnacle, contrasting to the predominant conception considering N the primary limiting nutrient in cold temperate estuaries. Tissue N content was highest in winter and lowest in spring and summer, coinciding with the biomass peak (i.e. June to October), and therefore negatively correlating with biomass abundance. The results further indicate that slight increases in P might enhance bloom frequency and severity, meaning P needs to be reduced in Irish estuaries to prevent future blooms and preserve pristine coastal habitats.
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spelling Nutrient status of major Irish seaweed tidesEutrophicationNutrient bioassessmentSeaweed tidesNitrogenPhosphorusDomínio/Área Científica::Ciências Naturais::Outras Ciências NaturaisBlooms of opportunistic, fast-growing macroalgae (commonly known as seaweed tides), are no novel occurrence, but evermore enhanced in a growing number of places by nutrient overenrichment, global warming and ocean acidification. Following their first appearance several decades ago, macroalgal blooms are shifting coastal communities and hold consequences for ecosystems and shore-based activities (e.g. shifts in primary producers, habitat loss of benthic invertebrates). The invention of nitrogen-based synthetic fertilisers in the early 20th century and increasing urbanisation, including enhanced sewage release along coasts, are considered primary causes. In this thesis dissertation, the nutrient status of the main bloom-forming macroalgal species (Ulva compressa, U. prolifera, U. rigida, Agarophyton vermiculophyllum and Pilayella littoralis) in Ireland was assessed based on tissue nutrient content. Hence, biomass abundance and nitrogen status of specimens from the four estuaries affected by the largest seaweed tides in Ireland were studied between June 2016 and August 2017 over seven sampling occasions, by collecting algal biomass and determining tissue nitrogen (N) and phosphorus (P) contents. Tissue N contents were compared to in previous studies extracted cell subsistence (Qs), and critical quotas (Qc) of the studied or similar species. The obtained results show that neither of the investigated species was limited by N at any time during the study since tissue N content exceeded Qc even during the bloom pinnacle, contrasting to the predominant conception considering N the primary limiting nutrient in cold temperate estuaries. Tissue N content was highest in winter and lowest in spring and summer, coinciding with the biomass peak (i.e. June to October), and therefore negatively correlating with biomass abundance. The results further indicate that slight increases in P might enhance bloom frequency and severity, meaning P needs to be reduced in Irish estuaries to prevent future blooms and preserve pristine coastal habitats.Os afloramentos de macroalgas oportunistas e de crescimento rápido (conhecidos como marés de algas) não são uma ocorrência nova. Particularmente desde a segunda parte do século XX, estas macrófitas efémeras têm devastado ecossistemas ao causar grandes quantidades de biomassa e condições anóxicas assim como enormes custos para a sua remoção. Os gastos económicos referidos ocorrem, mais especificamente, devido ao impacto que os afloramentos têm nas pescas, turismo e actividades recreativas. Desde 2007, o Mar Amarelo na China é um exemplo utilizado frequentemente no que toca a densas acumulações de biomassa de macroalgas resultantes de afloramentos, contudo, são também reportados anualmente elevados níveis de biomassa muitas vezes seguidos de perda de habitat de invertebrados bênticos e quebras na indústria pesqueira em países como a França, os EUA ou a Irlanda. As despesas que resultam da remoção da matéria algácea em decomposição são, muitas vezes, na ordem dos milhões de euros (e.g. 200 milhões de euros em Qingdao, China em 2008). Estes eventos de afloramento costeiro são intensificados, já que os níveis de nutrientes em águas estuarinas e costeiras estão a aumentar, sendo a eutrofização um dos factores críticos que pressionam e ameaçam os ecossistemas estuarinos europeus. A invenção de fertilizantes sintéticos à base de azoto no início do século XX e o crescimento da urbanização, com o aumento das descargas de águas residuais ao longo das costas, estão progressivamente a levar à ocorrência de marés de algas mais frequentes e severas. Para além do enriquecimento excessivo das águas, o aquecimento global, a introdução de espécies não-indígenas e a acidificação dos oceanos contribuem negativamente para a situação descrita. Com mais descargas ricas em nutrientes a chegar a estuários pristinos, os ecossistemas tornamse desequilibrados, experienciando constantes alterações nas comunidades (e.g. produtores primários). As macroalgas presentes não são mais limitadas por nutrientes, mas sim por outros factores como a temperatura ou luz. Assim que as condições melhoram na Primavera (i.e. as temperaturas aumentam e a disponibilidade luminosa é maior), o excesso de nutrientes libertados nas águas estuarinas permite que o crescimento de macrófitas marinhas exceda em muito as acumulações de biomassa que ocorrem naturalmente. Uma vez que as macroalgas efémeras são mais susceptíveis a limitações de nutrientes em ambientes com baixa concentração dos mesmos, estas podem substituir as macrófitas perenes de crescimento lento, como ervas marinhas ou fucóides, em condições eutróficas. Por esta razão, as marés de algas são regularmente descritas como um sintoma da eutrofização. No geral, o azoto (N) é considerado o principal factor limitante em estuários frios temperados, enquanto que o fósforo (P) limita o crescimento de macroalgas em sistemas tropicais e de água doce. Neste trabalho, foi avaliado o status de nutrientes da principal espécie de macroalga responsável pela formação de afloramentos na Irlanda (i.e. marés verdes: Ulva compressa, U. prolifera, U. rigida; marés vermelhas: Agarophyton vermiculophyllum; e marés douradas: Pilayella littoralis). O conteúdo de nutrientes nos tecidos das algas deu-se como uma ferramenta competente na determinação do status nutritivo de marés verdes e de outros afloramentos de macroalgas, possibilitando ainda a detecção de alterações nos níveis de nutrientes de águas estuarinas, o que os torna bioindicadores de grande utilidade. Deste modo, foram estudados o conteúdo em azoto e a abundância de biomassa de espécimes de quarto estuários afectados pelos maiores afloramentos de algas na Irlanda (i.e. os estuários de Argideen, Clonakilty, Killybegs e Tolka) em sete ocasiões de amostragem entre Junho de 2016 e Agosto de 2017 através da recolha de matéria algácea e da determinação dos conteúdos de azoto e fósforo nos tecidos após ter sido realizada uma identificação taxonómica. Mais, foi efectuada uma análise de isótopos estáveis (∂15N) para identificar as fontes de nutrientes. A alga vermelha invasiva A. vermiculophyllum e a alga castanha P. littoralis ocorrem exclusivamente nos estuários de Clonakilty e de Killybegs, respectivamente, enquanto que foram recolhidas espécies de Ulva nos estuários de Argideen, Clonakilty e Killybegs. Na Irlanda, os nutrientes são, normalmente, provenientes da pecuária leiteira ou de descargas urbanas, dependendo do estuário. Foram comparadas as concentrações interiores de nutrientes a valores anteriormente extraídos de outros estudos ecofisiológicos para a subsistência celular (Qs) e quota crítica (Qc) das espécies estudadas ou semelhantes. A quota crítica de determinada alga é dada pela concentração mínima de nutrientes no tecido necessária para suster taxas de crescimento máximas; por outro lado, a quota de subsistência representa a concentração mínima de um nutriente, abaixo da qual não é possível qualquer crescimento. Os resultados obtidos demonstram que, no decorrer do estudo, nenhuma das espécies investigadas foi limitada por N, já que o teor deste nutriente nos tecidos foi superior à Qc, mesmo durante o pico de um afloramento, o que contrasta com a ideia que predomina na literatura. Na Irlanda, foi observada sazonalidade de nutrientes e biomassa em marés verdes, vermelhas e douradas. As diferenças entre estuários podem ser resultado de diferentes fontes de nutrientes ou de outras características específicas dos locais, incluindo a hidrologia, geomorfologia e factores como o tempo de residência da água. O teor de N nos tecidos foi o mais elevado no período mais frio e o mais baixo nos períodos da Primavera e Verão (i.e. Junho a Outubro), e, por isso, correlaciona-se negativamente com a abundância de biomassa. Dados acerca do teor de P só estavam disponíveis para A. verrmiculophyllum no estuário de Clonakilty, o que significa que não foi possível estabelecer comparações entre espécies e estuários. Ainda assim, a rodófita invasiva mostrou uma clara limitação de P no estuário durante a época de afloramentos. A análise de isótopos estáveis revelou que as fontes de nutrientes não diferiam significativamente entre diferentes morfótipos de Ulva spp., mas sim entre os estuários de Tolka e Clonakilty. Para além disso, não houve diferenças entre as fontes de nutrientes de Ulva spp. e A. vermiculophyllum em Clonakilty. Os resultados indicam que tanto P como N precisam de ser reduzidos nos sistemas estuarinos irlandeses através de ações de gestão, com o objectivo de prevenir outros fenómenos de afloramento e assim preservar os habitats costeiros pristinos. Tendo em conta a limitação de P observada em A. vermiculophyllum no estuário de Clonakilty durante alguns meses deste estudo, pequenos aumentos em P podem levar a blooms mais intensos. Com esta informação relativa ao status de nutrientes das principais marés de algas na Irlanda, podem ser desenvolvidos e melhorados planos de gestão para fertilização agrícola e tratamento de águas residuais.Serrão, EsterBermejo, RicardoSapientiaSchrofner, Elena M. N. 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