Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2067/2453
Title: Ecofunzionalità in ambienti acquatici artificiali: dinamiche di sistemi donor-controllati in condizioni di stress
Other Titles: Ecofunctionality in artificial aquatic ecosystems: dynamics of donor-controlled systems under stress conditions
Authors: Novelli, Claudia
Keywords: Detrito;Macrodetritivori;Struttura;Funzione;Complessità;Stabilità;Teoria dell'informazione;Modello dinamico;Ecosistemi acquatici di transizione;Detritus;Macrodetritivorous invertebrate assemblages;Macrobenthos;Complexity;Stability;Network analysis;Information theory;Dynamic model;Transitional water ecosystem;BIO/07
Issue Date: 10-Feb-2011
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 23. ciclo
Abstract: 
Lo studio della complessità strutturale di una comunità ecologica è importante per meglio
comprendere la relazione complessità-stabilità, tanto dibattuta in ecologia. Generalmente, le misure
di complessità strutturale descrivono l'organizzazione e le relazioni tra le componenti di una
comunità ecologica: il problema è trovare le metriche che siano in grado di descrivere le dinamiche
del sistema, con la finalità di ottenere possibilità predittive migliori circa il suo comportamento di
fronte a condizioni di stress. L’argomento centrale di questo lavoro di tesi è come una comunità
macrodetritivora risponde a condizioni variabili di salinità in termini strutturali (assemblaggio di
unità tassonomiche e reti trofiche) e funzionali (tassi di macrodetritivoria), in coerenza con gli
attuali sviluppi della network analysis e della teoria dell’informazione. L'area di studio presa in
esame per questa ricerca è la Riserva Naturale delle saline di Tarquinia. Questo sito è caratterizzato
da un’estrema variabilità dei parametri chimico-fisici, costituendo un laboratorio a cielo aperto per
testare gli effetti degli stress a livello di comunità. Lo studio strutturale della comunità
macrobentonica è stato affrontato utilizzando alcune metriche derivanti dalla teoria
dell'informazione, integrandole con le misure di centralità, proprie della network analysis. In
particolare, la teoria dell'informazione è stata usata per individuare e quantificare le variazioni nella
struttura di comunità in diverse stazioni di campionamento, sottoposte a fluttuazioni di salinità. La
network analysis è stata utilizzata per identificare e quantificare gli effetti delle condizioni
ambientali sulla struttura del network in termini di organizzazione dei legami potenziali tra i nodi. I
risultati enfatizzano che i due approcci adottati sembrano utili nell'evidenziare le differenti
caratteristiche di come la struttura di comunità risponde al variare delle condizioni ambientali.
Per ottenere una misura di complessità strutturale, i due diversi approcci sono stati integrati
formulando un indice sintetico che prende in cosiderazione: (i) il numero di taxa, (ii) la complessità
totale (sensu Anand e Orloci, 1996) e (iii) la diversità dei flussi all'interno del network, pesata sulla
differente importanza posizionale dei nodi della rete. Per completare questi studi, è stata analizzata
la relazione struttura-funzione, considerando il processo di decomposizione del detrito di
Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud, operato dalla comunità macrobentonica in condizioni di
diversa salinità. In accordo ai dati presenti in letteratura, i risultati sperimentali enfatizzano che le
variazioni di salinità sembrano influenzare: (i) la lisciviazione del detrito di P. australis e (ii) la
strutturazione della comunità macrodetritivora in termini di abbondanze numeriche per unità
tassonomica, di composizione e di legami inter taxa. Integrando la network analysis, la teoria
dell'informazione e le misure funzionali, gli indici strutturali che sembrano meglio correlarsi con le
variazioni di funzionalità osservate sono l'indice sintetico di complessità strutturale e l'ascendency.
Infine, l’insieme delle metriche utilizzate e l’insieme delle metodologie adottate per meglio
comprendere la relazione struttura/funzione delle comunità macrodetritivore è stato utilizzato anche
per formalizzare un modello teorico, dove l'organizzazione strutturale della comunità è una
variabile, dipendente dalla qualità e quantità della risorsa trofica disponibile. Il modello, così
costruito, permette, preliminarmente, di simulare diverse tipologie di input di risorsa: dall'ingresso
costante a ingressi impulsivi di durata variabile. Lo studio analitico delle soluzioni del modello ha
messo in evidenza l'importanza delle dinamiche transienti che possono manifestarsi in seguito a
eventi perturbativi, fornendo utili indicazioni a fini conservazionistici per gli ecosistemi acquatici di
transizione. Questa tesi fornisce un contributo teorico preliminare alla comprensione, in dettaglio,
dei processi di strutturazione e funzionamento delle comunità macrodetritivore degli ecosistemi di
transizione, oltre che indicazioni per meglio pianificare interventi di gestione e conservazione
attiva.

The study of the structural complexity of an ecological community is important to better understand
the complexity-stability relationship, so long emphasized in ecology. Generally, the measures of
structural complexity describe the organization and the relationship between the components of an
ecological community: the problem is to find metrics that are able to describe the system dynamics,
with the aim to predict the behaviour under stress conditions. The focus of this thesis is on how the
macrodetritivorous invertebrate assemblages responds to varying conditions of salinity both in
structural (taxa assemblages and food webs) and functional (detritus consumption rates) terms,
according with the current developments in network analysis and information theory. The study
area is the Tarquinia saltern, an artificial transitional water ecosystem in Latium (central Italy). The
site is characterized by an extreme variability of physical-chemical parameters (i.e. salinity),
establishing an excellent artificial laboratory to test the stress effect at community level. We
performed the study of the macrobenthonic community by using metrics derived from information
theory, as well as measures of centrality, derived from network analysis. In particular, the
information theory is used to identify and quantify the variation of community structure in several
sampling stations subject to salinity fluctuations. The network analysis is used to identify and
quantify the effects of environmental conditions on the structure of the network in terms of
organization of the potential links along nodes. The results emphasized that the two adopted
approaches seem useful in highlighting the different characteristics of how the community structure
answers to the environmental conditions. To obtain a measure of the structural complexity, the two
approaches have been integrated to formulate a synthetic index using (i) the number of taxa, (ii) the
total complexity (sensu Anand and Orloci, 1996) and (iii) the diversity of flows within the network,
the latter weighted on the different positional importance of nodes in the network.
To complete the previous studies, the structure-function relationship is analysed integrating also the
process of consumption of the detritus of Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud, by
macrodetritivory under salinity stress. According to literature data, the experimental results
emphasise that the salinity variation seems to influence (i) the leaching of detritus of P. australis
and (ii) the structuring of the macrodetritivore community (i.e. taxa abundance, composition and
inter-taxa links). Integrating network analysis, informative theory and function measures, the
structural indices that seem to better correlate with the observed functionality variations are the
ascendency and the synthetic index of structural complexity. Finally, the metrics and methodologies
employed for better understanding the structure-function of the macrodetritivore community are
also used to formalise a theoretical model where the structural organization of the community is a
variable, dependent on the quality and quantity of trophic resource availability. The preliminary
model allows to simulate, dynamically, the effects of constant and pulse inputs of trophic resources.
The analytical solution of the model has highlighted the importance of transient dynamics by
disturbance furnishing useful indications to active conservation management of transitional water
ecosystems. My thesis provides both a theoretical preliminary contribution to understand, in detail,
the structuring and functional processes of macrodetritivore communities of the transitional water
ecosystems and some suggestions to better manage planning measures of active nature
conservation.
Description: 
Dottorato di ricerca in Ecologia e gestione delle risorse biologiche
URI: http://hdl.handle.net/2067/2453
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