Respuestas estructurales y funcionales de las comunidades riparias mediterráneas a los filtros ambientales

There is a long-standing interest in understanding and predicting ecosystem responses to environmental changes. In the current context of global change, the world's ecosystems are experiencing an increase in human impact intensity leading to an unprecedented biodiversity loss. This is especially worrying in freshwater ecosystems, as they have been recognised as one of the most threatened habitats in the world. The effect of global change could be especially dramatic in semiarid areas, whose climatic conditions will become even more extreme in the short term. Thus, the loss of freshwater biodiversity is of particular concern in the Mediterranean Basin, one of the Earth's biodiversity hotspots. Although frequently overlooked in limnological studies, riparian zones, as transitional areas between aquatic and terrestrial ecosystems, are an integral key part of freshwater ecosystems influencing both the structure and functioning of rivers. In this context, this thesis aims to explore the structural and functional responses of riparian communities to environmental filters that threaten Mediterranean river ecosystems, specially drought, land use intensification and hydromorphological alteration. It contributes to a better knowledge and prediction about the effect of natural and anthropogenic stressors on the diversity, quality and functionality of riparian and aquatic communities to improve environmental management. All the studies that compose this thesis have been carried out in the Segura River Basin. It is a Mediterranean watershed located in the southeast of the Iberian Peninsula with marked natural and anthropogenic environmental gradients. This thesis is structured in four chapters that address different aspects (diversity, ecological condition and functionality) of riparian Mediterranean communities and their relationships with environmental filters. First, in Chapter 1, the similarities and differences in taxonomic diversity patterns between woody and herbaceous riparian species are explored. Chapter 2 is focused on the effect of different types of human pressures, at different spatial scales, on the ecological condition and diversity of woody riparian plants compared with aquatic macroinvertebrate communities. The objective of Chapter 3 was to explore the functional response of riparian woodlands (using both functional diversity and redundancy measures) to environmental filters. Finally, in Chapter 4, the use of functional redundancy (it resulted as the most sensitive functional index in the previous chapter) as a tool for bioassessment is tested and compared with traditional biomonitoring indices. It can be concluded that as environmental filters intensify, riparian communities change in species composition, turning less diverse, and reducing habitat quality, functional diversity and redundancy. This jeopardises their ability to face new disturbances as well as the amount and quality of the goods and services provided by these ecosystems. Headwaters were the most favourable areas not only for riparian species but also for aquatic ones due to the absence of anthropogenic pressures and milder environmental conditions. In general, agriculture and hydromorphological alteration seemed to be the most important anthropogenic pressures for riparian and aquatic communities, respectively. In particular, the extent of agriculture upstream exerted the stronger effect on species diversity, quality and functionality of riparian communities. Accordingly, land use and hydrological planning at basin scale seem essential complements to traditional conservation and restoration measures at reach scale in order to successfully preserve rivers ecosystems. Although taxonomic richness, riparian quality and functional diversity indices seem to respond clearly to such anthropogenic impacts, functional redundancy proved to be more sensible and provided complementary information to species richness on how biological communities respond to stress. In addition, its response can be predicted from large-scale geographic variables for entire river catchments of large administrative areas. Given the clear advantages of functional redundancy over traditional biomonitoring indices, it should be incorporated into bioassessment toolbox to improve environmental management and conservation policies. Existe un interes especial en entender y predecir las respuestas ecosistemicas a los cambios ambientales. En el actual contexto de cambio global, los ecosistemas estan experimentando un incremento del impacto humano y una perdida de biodiversidad sin precedentes, lo que resulta especialmente alarmante en ecosistemas acuaticos continentales, uno de los habitats mas amenazados mundialmente. El efecto del cambio global podria ser dramatico en zonas semiaridas, ya que sus condiciones climaticas se volveran mas extremas. Esta perdida de biodiversidad resulta particularmente preocupante en la cuenca mediterranea, uno de los puntos calientes de biodiversidad del planeta. Las riberas fluviales son areas de transicion clave entre los ecosistemas acuaticos y terrestres influenciando la estructura y el funcionamiento de los rios. Sin embargo, suelen ser habitualmente obviadas en los estudios de rios mediterraneos. Esta tesis tiene como objetivo explorar las respuestas estructurales y funcionales de las comunidades riparias a los filtros ambientales que amenazan los ecosistemas fluviales mediterraneos, y en particular a la sequia, agricultura y alteracion hidrologica. Contribuye al conocimiento del efecto de los estresantes naturales y antropicos sobre la diversidad, calidad y funcionalidad de las comunidades riparias y acuaticas para mejorar la gestion fluvial. Todos los estudios que componen esta tesis han sido realizados en la Cuenca del Segura, un area mediterranea situada en el sureste de la Peninsula Iberica con un marcado gradiente ambiental. Este documento esta estructurado en cuatro capitulos que tratan diferentes atributos (diversidad, calidad y funcionalidad) de las comunidades riparias mediterraneas y sus relaciones con los filtros ambientales. El Capitulo 1 explora las similitudes y diferencias en los patrones de diversidad taxonomica entre especies riparias de naturaleza lenosa y herbacea. El Capitulo 2 se centra en el efecto de varias presiones humanas a diferentes escalas espaciales sobre la condicion ecologica y la diversidad de la vegetacion, en comparacion con los macroinvertebrados acuaticos. En el Capitulo 3 se testa la respuesta funcional de las comunidades lenosas riparias (usando medidas de diversidad funcional y redundancia funcional) a los filtros ambientales. Finalmente, en el Capitulo 4, se examina el uso de la redundancia funcional como herramienta de evaluacion ecologica (indice mas sensible a la alteracion en el capitulo previo), comparandolo con otros indices tradicionales de biomonitoreo. Se puede concluir que las comunidades riparias mediterraneas experimentan cambios en la composicion de especies conforme los filtros ambientales se intensifican, tornandose menos diversas y reduciendose la calidad, diversidad y redundancia funcional de los habitats riparios. Esto puede comprometer la capacidad de las riberas para hacer frente a nuevas perturbaciones asi como a los bienes y servicios que nos aportan. Las cabeceras fluviales fueron las areas mas favorables para las especies riparias y acuaticas debido a la ausencia de presiones humanas y condiciones ambientales mas benignas. En general, la agricultura y la alteracion hidromorfologica parecen ser las presiones humanas mas importantes para las comunidades riparias y fluviales respectivamente. Concretamente, la superficie agricola en la cuenca vertiente ejercio el mayor efecto en la diversidad taxonomica, calidad y funcionalidad de las comunidades riparias. En consecuencia, la planificacion hidrologica y de usos del suelo a escala de cuenca resultan complementos esenciales a las medidas tradicionales de conservacion y restauracion a nivel local, si queremos preservar los ecosistemas fluviales con exito. Aunque la riqueza taxonomica, calidad riparia y los indices de diversidad funcional parecen responder claramente a los impactos antropicos, la redundancia funcional resulto ser la mas sensible, proveyendo informacion complementaria sobre como las comunidades biologicas responden al estres. Finalmente, su respuesta puede ser predicha para cuencas fluviales completas. Dadas sus ventajas, la redundancia funcional deberia ser incorporada a las herramientas habituales de biomonitoreo y evaluacion ecologica.