Caratterizzazione funzionale della comunità macrobentonica dei fiumi della Tuscia e analisi delle relazioni con le variabili abiotiche a diversa scala spaziale

Abstract

In ecologia uno degli strumenti maggiormente utilizzati nella valutazione dello stato di salute degli ecosistemi è lo studio a livello di comunità poiché queste ultime integrano e riflettono le condizioni ambientali nel tempo. La comunità macrobentonica dei corsi d’acqua per le sue caratteristiche di residenza, relativa facilità di studio e diversificazione in termini di sensibilità ai diversi fattori di stress degli organismi che la compongono, è da sempre quella più ampiamente utilizzata nella valutazione della qualità ambientale. In questa ricerca si è affrontato lo studio della struttura funzionale della comunità macrobentonica attraverso l’analisi dei trait, approccio sviluppatosi in tempi relativamente recenti a partire dal lavoro di un gruppo di ricercatori francesi (Tachet et al.). Questi ultimi hanno descritto 22 trait ovvero caratteristiche autoecologiche dei taxa utilizzate nel definire alcuni attributi biologici ed ecologici degli organismi per la caratterizzazione funzionale delle comunità macrobentoniche. Ogni trait comprende diverse modalità, per ciascuna delle quali viene attribuito ai taxa un grado di affinità. Nonostante diversi studi abbiano approfondito lo studio della caratterizzazione funzionale delle comunità macrobentoniche nelle zone temperate, l’approccio funzionale allo studio della comunità macrobentonica del territorio italiano risulta ancora poco sviluppato e limitato finora ai biotopi lagunari ed alle piccole raccolte di acque lentiche. Al fine di indagare l’adattamento delle caratteristiche autoecologiche della comunità macrobentonica al gradiente di variabilità spazio-temporale, in questa tesi è stata rivolta particolare attenzione all’analisi della distribuzione dei differenti aspetti ecologicofunzionali della comunità (strategia riproduttiva, organizzazione trofica, modalità di locomozione, etc.) tenendo in considerazione l’influenza della scala di osservazione, da quella di bacino a quella di microhabitat. Parallelamente all’analisi funzionale è stata inoltre condotta un’analisi tassonomica e strutturale, indagata mediante l’utilizzo di alcuni indici “storici” (indice di diversità di Shannon-Wiener, ASPT, Log10 (sel_EPTD+1) e di un nuovo indice di natura multimetrica, lo STAR_ICM_i, messo a punto in funzione dell’implementazione della Direttiva Europea sulle Acque (WFD 2000/60/EC) e della valutazione dello stato ecologico dei corsi d’acqua. In particolare in questa tesi ci si è proposti di: • caratterizzare i siti studiati dal punto di vista abiotico dalla scala di bacino a quella di microhabitat. Per questo sono stati applicati metodi specifici per i diversi parametri che possono avere influenza sulle comunità bentoniche (Land Use Index: per la quantificazione della naturalità di uso del territorio a scala di bacino; metodo CARAVAGGIO: per la valutazione dello stato idromorfologico del tratto fluviale (500 metri); parametri di qualità chimico-fisica dell’acqua misurati in situ; misure relative all’habitat fisico a scala di microhabitat); • identificare gli habitat (costituiti in questo caso dai diversi tipi di substrato, biotici e abiotici) maggiormente sensibili alle alterazioni agenti a scala spaziale superiore, ovvero alle diverse forme di uso del suolo e alle alterazioni idromorfologiche; • valutare quali sono le principali pressioni di origine antropica a determinare differenze fra le comunità osservate e riconoscere a quale scala spaziale esse operino; • valutare le variazioni significative a livello di struttura di comunità e nei trait profile legate esclusivamente alla presenza di diversi tipi di habitat (in questo caso rappresentati dai diversi tipi di substrato) eliminando le fonti di variazione a carico della mera qualità chimico-fisica dell’acqua; • evidenziare in che modo l’ampio spettro delle pressioni agenti a diversa scala spazio-temporale influenza i diversi aspetti, strutturali e funzionali, della comunità. Lo svolgimento della presente ricerca ha reso possibile ampliare la comprensione di alcuni aspetti ecologico-funzionali scarsamente indagati in questa tipologia fluviale, oltre che una prima comparazione dei risultati ottenibili dai diversi approcci anche dal punto di vista della loro differente capacità di discernere gli impatti di origine antropica alle differenti scale spaziali indagate.

Recent approach to study freshwater ecosystem is to compare community structure with functional profile, based on bio- and eco-logical traits, to discriminate multiple-scale environmental factors. Thus, our perception of the relative importance of patterns and processes strongly depends on the scale of observations. Because the relevant scales of variation are typically unknown a priori, spatial patterns in assemblage structure and the organisms’ distributions should be studied across a wide range of spatial scales. In addition to being of basic ecological interest, understanding the scale dependency of natural phenomena is a prerequisite for effective environmental monitoring and management. Stream condition is a joint product of factors operating at multiple hierarchical scales, and conditions at lower levels are typically constrained by higher-level factors. At broad scales, geologic and climatic factors are the main determinants of stream habitat characteristics, and macroinvertebrate assemblages often show correspondence to such large-scale factors across ecoregions or other regional delineations. However, within-region variation in geology, land use, and water chemistry could override the influence of regional factors, and some studies have shown that catchment- scale characteristics are more useful than regional factors in predicting stream macroinvertebrate and fish assemblage structure. We selected thirteen sites covering the whole quality range present in the geographic area (Lazio Region, Province of Viterbo, Italy) from ‘reference sites’ to impacted ones. All sites were chosen to be representative of a single river type (small-sized, volcanic-siliceous, 100-400 m. a.s.l.) consistent with the Water Framework Directive WFD 2000/60/CE requirements. The collection of macroinvertebrates and environmental data was conducted during three sampling seasons in 2006/2007. Macroinvertebrates were sampled quantitatively, in specific mesohabitat, following a multi-habitat scheme according to the AQEM and STAR protocols. The aims of this study were: - to improve knowledge of invertebrates community in volcanic streams; - to test the effectiveness of these different approaches in detective different types of human impacts at three levels of spatial resolution (from local habitat to catchment). The variability of 95 categories among 17 bio-ecological traits was described using a fuzzy-coding method. Multivariate analysis and correlations were applied both on taxonomical and on traits dataset to elucidate patterns in abundance and community composition and to order communities along gradients of environmental variables. The results indicated that these two approaches could be useful to detect different types of human impact at different scales. Both species and traits compositions were correlated with nutrient and physico-chemical variables. Compared to taxonomic structure, the community profile based on bio-ecological traits appeared to be better related to meso and local scale (pool versus riffle areas and microhabitat parameters) and less to factors acting at broader-scale (reach and catchment).