http://hdl.handle.net/10256/4378 2025-06-14T07:27:35Z http://hdl.handle.net/10256/26669 Evaluating success in macroalgal forest restoration: indicators for biodiversity and functional recovery Galobart , Cristina ENG- Centuries of human activity have degraded Earth’s ecosystems. In response, ecological restoration has been increasingly practised to reverse this decline by re-establishing fully healthy, self-sustaining ecosystems where both biodiversity and functioning are repaired. Surprisingly, in the field of marine restoration, particularly for macroalgal forests, the knowledge related to the indicators to assess functional recovery remains limited. Most evaluations have been based on parameters related to the structural species, such as species survival and cover. Moreover, these assessments are often limited to short-term monitoring (typically less than two years), while full ecosystem recovery generally requires much longer timeframes. Therefore, one of the current gaps in the macroalgal restoration framework is the lack of long-term evaluations that incorporate indicators reflecting different components of biodiversity and functional recovery. In the Mediterranean Sea, shallow macroalgal forests are dominated by Cystoseira, Gongolaria and Ericaria species, being highly productive habitats that sustain rich biodiversity. In this thesis, we used as a case study a restoration action that reintroduced the structural species Gongolaria barbata in the Bay of Maó, Menorca (NW Mediterranean). We assessed biodiversity and ecosystem functioning a decade post-restoration. Our objectives were to evaluate the recovery of the associated macroalgal and invertebrate species, as well as key ecosystem functions and processes, such as habitat provisioning and primary production. Overall, our work provides practical examples to help identify which indicators are most useful to determine when, and to what extent, current restoration actions are effective. Importantly, we observed significant differences in ecosystem functioning between healthy (either mature or restored) and degraded habitats, therefore, we advocate for precautionary initiatives to conserve and protect existing well-preserved marine macroalgal forests; CAT- Al llarg dels últims segles, els ecosistemes de la Terra han patit modificacions que han provocat alteracions ecològiques i pèrdues de biodiversitat. En resposta, l’ecologia de la restauració ha sorgit amb l’objectiu de recuperar aquests ecosistemes degradats. En el camp de la restauració marina, i especialment pel que fa als boscos de macroalgues, hi ha poca recerca que abordi com avaluar la recuperació tant de la biodiversitat com del funcionament dels ecosistemes. Les avaluacions actuals solen centrar-se en indicadors relacionats amb l’espècie estructural (com supervivència i cobertura) i es limiten a períodes curts, mentre que recuperar completament aquests hàbitats sol requerir períodes de temps més llargs. Així doncs, una de les limitacions en relació a la restauració de macroalgues és la manca d’avaluacions a llarg termini que considerin la recuperació funcional i de biodiversitat. En el Mar Mediterrani, els boscos de macroalgues estan formats per espècies del gènere Cystoseira, Gongolaria i Ericaria, i són hàbitats molt productius i amb molta biodiversitat. Aquesta tesi pretén estudiar la idoneïtat d’alguns indicadors per avaluar la recuperació funcional dels boscos de macroalgues després d’una acció de restauració. Per això, ens hem centrat en una restauració on es va reintroduir l’espècie estructural Gongolaria barbata a la Badia de Maó (Menorca). Els objectius principals eren determinar, una dècada després de la restauració, la recuperació de les comunitats de macroalgues i invertebrats, i de diferents funcions i processos de l’ecosistema (com ara la creació d’hàbitat i la producció primària). Aquest treball presenta exemples pràctics per identificar quins indicadors poden ajudar-nos a determinar si les nostres accions de restauració contribueixen (o no) a recuperar els ecosistemes degradats. És important destacar que aquests també reflecteixen diferències en el funcionament ecològic entre hàbitats sans (tant restaurats com ben preservats) i hàbitats degradats. Per tant, és prioritari, més efectiu i més escalable evitar la degradació mitjançant iniciatives que conservin i protegeixin els boscos marins de macroalgues que actualment es troben en bon estat 2025-02-26T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10256/25862 Managing the impacts of extreme climatic events related to inputs of organic matter on the ecosystem services provided by water supply reservoirs Munthali, Elias ENG- Drinking water supply, one of the key ecosystem services provided by rivers, lakes and reservoirs, is under threat due to impacts of extreme climatic events (ECEs) mediated by climate change. The occurrence of ECEs has the potential to exacerbate dissolved organic matter (DOM) concentration in source water, resulting in the provision of unsafe water to the public. This thesis generally aims at providing insights on how source waters in lakes could be managed to ameliorate effects of DOM mediated by ECEs, in order to preserve the provision of drinking water supply. We demonstrate 1) how extreme events are coupled with generic source water quality in causal relationships; 2) how molecular signatures of DOM change during drinking water chlorination; and 3) the role of water age, seasonality and thermal stratification in modulating the formation of disinfection by-products (DBPs) in source waters. We achieve our overarching goal through a combination of various approaches: First, we apply advanced statistical techniques of non-linear dynamics and extreme value theory to a long term (55 years), low frequency dataset, generated from the Sau Reservoir (North East Spain), to establish causal links between the occurrence of ECEs and the concomitant response of reservoir water quality. Second, we sampled from a river-reservoir interconnected system of Ter-Sau-Susqueda-Pasteral, in autumn, winter and summer to profile how water age, thermal stratification and seasonality influence the formation of DBPs; and to gain insights into how water chlorination changes the molecular signatures of DOM in water through the use of non-targeted application of High Resolution Mass Spectrometry (HRMS) and DBP formation potential experiments. Causality and ECE impact analyses, reported in Paper I, show that droughts decreased dissolved oxygen concentration and increased ammonium concentration and temperature, whereas extreme wetness increased concentration of dissolved oxygen and nitrate, while lowering concentration of ammonium and total phosphorus. Also, adverse effects of ECEs were mostly being felt in the deeper water layers of the reservoir and when the reservoir was deemed eutrophic, suggesting that impacts of ECEs were modulated by reservoir trophic state. Results reported in Paper II indicate that chlorination altered DOM by decreasing the number and intensity of peaks in the lignin-like and lipid-like regions, while creating new halogenated and non-halogenated signals in the same regions and produced new highly oxidized molecules in the tannin-like region. Also, chlorination altered the condensed hydrocarbon region, where several new halogenated and non-halogenated features appeared, and the tannin-like region where several new oxidized features appeared. Paper III reports that when the three factors of water age, thermal stratification and seasonality were considered in isolation, total trihalomethanes (TTHMs) formation potential increased from Ter River to Pasteral, whereas the formation of nitrogenous DBPs decreased across the same spatial continuum, highlighting the role of water age in shaping the DBP formation patterns. However, when all factors were considered together, seasonality was the main driver that shaped DBP formation. The formation potential of trichloromethane (TCM), bromodichloromethane (BDCM) and Dichloroacetonitrile (DCAN) generally peaked in autumn, followed by summer and were lowest in winter. The formation potential of N-nitrosodimethylamine (NDMA) peaked in summer and winter but was lowest in autumn, in major reservoirs of the system. The results also indicate that seasonality might affect, differently, the formation of constituents of the same class of DBPs, as observed in the disparity between the formations of DCAN and NDMA. Overall, this thesis demonstrates that hydroclimatic extremes are intense in the Ter Watershed, and are negatively impacting reservoir water quality, but that such impacts are modulated by reservoir trophic state. Thus, relentlessly reducing eutrophication can lessen the adverse impacts of ECEs on lakes while also reducing the formation potential of DBPs in source waters that are used for drinking water supply, through reduced endogenous DOM production; CAT- El subministrament d'aigua potable, un dels serveis ecosistèmics clau proporcionats per rius, llacs i embassaments, es troba amenaçat a causa dels impactes dels esdeveniments climàtics extrems (ECEs) mediatitzats pel canvi climàtic. La presència d'ECEs té el potencial d'exacerbar la concentració de matèria orgànica dissolta (DOM) en les aigües naturals, amb el resultat de proporcionar aigua no segura al públic. Aquesta tesi té com a objectiu general proporcionar idees sobre com podrien gestionar-se les aigües naturals als llacs per mitigar els efectes de la DOM mediatitzada pels ECEs, per tal de preservar el subministrament d'aigua potable. Demostrem 1) com els esdeveniments extrems estan relacionats amb la qualitat de l'aigua en embassaments fent servir relacions causals genèriques; 2) com canvien les signatures moleculars de la DOM durant la cloració de l'aigua potable; i 3) el paper de l'edat de l'aigua, l’estació i l'estratificació tèrmica en la modulació de la formació de productes de desinfecció (DBPs) en les aigües naturals potabilitzades. Aconseguim el nostre objectiu principal a través d'una combinació de diversos enfocaments: primer, apliquem tècniques estadístiques avançades de dinàmica no lineal i teoria dels valors extrems a un conjunt de dades de llarg termini (55 anys) i baixa freqüència, generat del pantà de Sau (Catalunya), per establir vincles causals entre la presència d'ECEs i la resposta concomitant de la qualitat de l'aigua del pantà. En segon lloc, vam recollir mostres del sistema riu-embassaments Ter-Sau-Susqueda-Pasteral, a la tardor, l'hivern i l'estiu, per perfil·lar com l'edat de l'aigua, l'estratificació tèrmica i l’estació influeixen en la formació de DBPs; i per entendre com la cloració de l'aigua canvia les signatures moleculars de la DOM a l'aigua mitjançant l'ús de l'aplicació no dirigida de l'espectrometria de masses d'alta resolució (HRMS) i els experiments de potencial de formació de DBP. Anàlisis de causalitat i impacte d'ECE, informats a la Publicació I, mostren que les sequeres van disminuir la concentració d'oxigen dissolt i van augmentar la concentració d'amoni i temperatura, mentre que l'extrema humitat va augmentar la concentració d'oxigen dissolt i nitrats, alhora que disminuïa la concentració d'amoni i fòsfor total. També, els efectes adversos dels ECEs es van sentir principalment a les capes més profundes de l'embassament i quan l'embassament es considerava hipereutròfic, suggerint que els impactes dels ECEs eren modulats per l'estat tròfic de l'embassament. Els resultats de la Publicació II indiquen que la cloració va alterar la DOM disminuint el nombre i la intensitat de pics a les regions semblants a lignina i lípids, alhora que creava nous senyals halogenats i no halogenats en les mateixes regions i produïa noves molècules altament oxidades a la regió semblant a tanins. També, la cloració va alterar la regió d'hidrocarburs condensats, on van aparèixer diverses noves característiques halogenades i no halogenades, i la regió semblant a tanins on van aparèixer diverses noves característiques oxidades. La Publicació III informa que quan es van considerar els tres factors de l'edat de l'aigua, l'estratificació tèrmica i l’estació de manera aïllada, el potencial de formació de triclorometans (TTHMs) va augmentar des del riu Ter fins al Pasteral, mentre que la formació de DBPs nitrogenats va disminuir en el mateix continu espacial, destacant el paper de l'edat de l'aigua en la conformació dels patrons de formació de DBP. No obstant això, quan es van considerar tots els factors junts, l’estació va ser el principal conductor que va configurar la formació de DBP. El potencial de formació de triclorometà (TCM), bromodiclorometà (BDCM) i dicloroacetonitril (DCAN) generalment va assolir el pic a la tardor, seguit de l'estiu i va ser el més baix a l'hivern. El potencial de formació de N-nitrosodimetilamina (NDMA) va assolir el pic a l'estiu i l'hivern, però va ser el més baix a la tardor, als principals embassaments del sistema. Els resultats també indiquen que l’estació pot afectar, de manera diferent, la formació de constituents de la mateixa classe de DBP, com es va observar en la disparitat entre les formacions de DCAN i NDMA. En general, aquesta tesi demostra que els extrems hidroclimàtics són intensos a la conca del Ter, i estan impactant negativament en la qualitat de l'aigua de l'embassament, però que aquests impactes estan modulats per l'estat tròfic de l'embassament. Així, reduir l'eutrofització pot disminuir els impactes adversos dels ECEs als llacs alhora que també es redueix el potencial de formació de DBP en les aigües naturals que s'utilitzen per al subministrament d'aigua potable, mitjançant la reducció de la producció endògena de DOM 2024-10-17T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10256/25472 Decoding the enigma of Lophocladia: exploring its invasive behavior and the ecological implications Golo, Raül The synergy between climate change and biological invasions presents a significant threat to ecosystems worldwide. In the Mediterranean Sea, the proliferation of invasive species has surged since the early 20th century, leading to extensive damage to native ecosystems. With the ongoing rise in invasive species and the projected temperature increase due to climate change in the Mediterranean, the prospects for further detrimental impacts on biodiversity are alarming. While numerous studies have focused on understanding the distribution, biology, and ecological impacts of invasive species in the Mediterranean, there remains a lack of multidisciplinary research examining the interplay between invasion success and environmental factors like global warming. This thesis addresses these critical questions, using the red alga species Lophocladia trichoclados as a model, which has been present in the Mediterranean since the early 20th century. To lay the groundwork, we conducted thorough taxonomic identification of the species and constructed a comprehensive phylogenetic tree of the entire genus using available samples spanning from the Atlantic to the Red Sea. Previous to this study, the invading red alga in the Mediterranean was identified as Lophocladia lallemandii, but genetic characterization confirmed it to be Lophocladia trichoclados. With accurate taxonomic identification, distribution models were generated over the Mediterranean Sea to determine current and future potential areas of occupation for this species. Predictions based on climate change-induced temperature increases indicate an expansion of its suitability range in the future; La sinergia del canvi climàtic juntament amb les invasions biològiques suposa una gran amenaça per a la conservació dels ecosistemes a tot el món. El mar Mediterrani és especialment vulnerable a les invasions biològiques, ja que el nombre d'espècies invasores augmenta exponencialment des de principis del segle 20. Aquest augment de les espècies invasores ha causat danys importants als ecosistemes nadius, i donat l'actual augment de les espècies invasores i l'increment previst de la temperatura a la Mediterrània a causa del canvi climàtic, la probabilitat que es produeixin nous impactes negatius sobre la biodiversitat Mediterrània és alta. Tot i que molts estudis realitzats a la Mediterrània s'han centrat a comprendre la distribució, la biologia i els efectes ecològics de les espècies invasores, manquen investigacions multidisciplinàries que analitzin la relació entre l'èxit de les invasions i altres factors ambientals, com ara l'escalfament global. Aquesta tesi vol abordar aquestes qüestions usant com a model l'alga vermella Lophocladia trichoclados, present a la Mediterrània des de principis del segle 20. Per poder establir les bases del desenvolupament de la tesi primer es va optar per la correcta identificació taxonòmica de l'espècie i de la realització d'un arbre filogenètic més complet de tot el gènere amb les mostres disponibles (mostres des de l'Atlàntic fins al mar Roig). Fins a la realització d'aquest treball l'alga vermella que envaïa la Mediterrània era Lophocladia lallemandii, però gràcies a la caracterització genètica de mostres de més de 10 poblacions s'ha demostrat que es tracta de Lophocladia trichoclats. Amb la correcta identificació taxonòmica s'han realitzat models de distribució sobre el mar Mediterrani per veure les possibles zones que ara mateix aquesta espècie pot ocupar, i usant prediccions basades en l'augment de la temperatura a causa del canvi climàtic també s'ha predit la futura distribució de aquesta espècie, quedant demostrat que el seu rang d'idoneïtat augmentarà en el futur 2024-06-28T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10256/24921 Balance or imbalance? The interplay of hydrology and nutrient dynamics in Mediterranean coastal lagoons Meredith, Warren Coastal wetlands and lagoons are some of the most fluctuating and productive ecosystems in the world. As transition zones between marine and continental environments, they provide numerous ecosystem services, including the purification of water and carbon sequestration. Mediterranean coastal wetlands have a great diversity of aquatic environments, and their water permanence gradient depends on sediment type and the balance between surface and groundwater inputs. With a flooding-confinement hydrological pattern, sea storms and strong flooding increase allochthonous inputs of nutrients and organic matter and water levels, followed by periods of confinement and disconnection from the sea and without external surface input. However, recent studies have shown that groundwater can significantly contribute to the overall hydrology of these ecosystems. With increasing anthropogenic activity, significant contributions of nutrients could be entering these subterranean waters and entering coastal lagoons in a gradual, continuous manner. Under natural conditions, the high intensity disturbances (or pulse type), such as sea storms, would affect the ecosystem intensely, and tend to result in decreasing availability of resources produced after such disturbances, resulting in the ecosystem becoming more resilient to these changes. However, low intensity disturbances of a more gradual nature (continuous type), such as nutrients entering lagoons through subterranean water flow, could affect the nutrient dynamics of these ecosystems, resulting in high productivity and availability of resources over time. It is therefore hypothesized that the community structure is not well adapted to these gradual inputs, since they do not occur naturally. The restored La Pletera salt marshes and lagoons in the Baix Ter wetlands represent Mediterranean ecosystems with a flooding-confinement hydrological pattern and significant contributions of groundwater ensures their permanency year-round. These lagoons are also under pressure from surrounding anthropological activity. Accordingly, the main goal of this thesis was to quantify the different contributions that make up the water balance of the different restored and natural lagoons in the La Pletera (both intense surface inputs and gradual subterranean inputs), and then determine the effects of gradual and intense pulse nutrient entry into the lagoons, and what influence it has on planktonic community structure and ecological functioning; Els aiguamolls i les llacunes costaneres són uns dels ecosistemes més fluctuants i productius del món. Com a zones de transició entre entorns marins i continentals, proporcionen nombrosos serveis ecosistèmics, inclosa la purificació de l'aigua i el segrest de carboni. Les zones humides costaneres mediterrànies presenten una gran diversitat d'ambients aquàtics, el gradient de temporalitat de les quals, depèn del tipus substrat i de l'equilibri entre les aportacions d'aigua superficial i subterrània. Aquestes zones humides es veuen afectades per un patró hidrològic d'inundació-confinament, on: les tempestes marines i les fortes inundacions augmenten les aportacions al·lòctones de nutrients i matèria orgànica i dels nivells d'aigua; i en els períodes de confinament, en què queden desconnectades del mar i sense aportacions superficials externes, se’n produeix la seva disminució. Tanmateix, estudis recents han demostrat que les aigües subterrànies poden contribuir significativament a la hidrologia global d'aquests ecosistemes. En aquest sentit, degut a l'augment de l'activitat antropogènica, aportacions significatives de nutrients podrien estar entrant en aquestes aigües subterrànies, així com a les llacunes costaneres, d'una manera gradual i contínua. En condicions naturals, les pertorbacions d'alta intensitat (o de tipus pulsàtil), com les tempestes marines, afectarien intensament l'ecosistema i tendirien a provocar una disminució posterior de la disponibilitat dels recursos produïts, donant lloc a que l'ecosistema es pugui tornar més resilient a aquests canvis. D’altra banda, les pertorbacions de baixa intensitat i de caràcter més gradual (de tipus continu), com els nutrients que entren a les llacunes a través del flux d'aigua subterrània, podrien afectar la dinàmica dels nutrients d'aquests ecosistemes, donant lloc a una alta productivitat i disponibilitat de recursos a llarg termini. Per tant, es planteja la hipòtesi que l'estructura de la comunitat no està ben adaptada a aquests inputs graduals, ja que no es produeixen de manera natural. La zona humida i les llacunes de la Pletera, al Baix Ter, representen ecosistemes mediterranis amb un patró hidrològic d'inundació-confinament i importants aportacions d'aigua subterrània que n'asseguren la permanència durant tot l'any. Aquestes llacunes també estan sota la pressió de l'activitat antropològica circumdant. En conseqüència, l'objectiu principal d'aquesta tesi és el de: 1) quantificar les diferents aportacions que conformen el balanç hídric de les diferents llacunes restaurades i naturals de la Pletera (tant entrades superficials intenses com entrades graduals subterrànies); i 2) determinar els efectes de les pertorbacions graduals i pulsàtils, en l'estructura de la comunitat planctònica i el funcionament ecològic 2024-03-14T00:00:00Z