Changes in dissolved oxygen due to anthropogenic disturbances and consequences for coastal marine life

Abstract

[eng] Increased anthropogenic pressures to coastal ecosystems in the last Century are threatening coastal ecosystems, their biodiversity and ecosystems functioning. The two main stressors affecting coastal systems are increases in nutrients loadings and global warming. How coastal ecosystems will response to the combined effects of these two pressures remain uncertain. In this Ph.D. dissertation I explore the consequences of global warming on planktonic and benthic metabolism and on oxygen dynamics. I also explore the responses of benthic communities to the main consequence of eutrophication, oxygen depletion, and the environmental modulation of the responses of benthic organisms to hypoxia. Results confirm a steeper increase in respiration rates than in production rates with warming in experimental systems, whereas no differences were found between the responses of these metabolic rates to temperature, within the current thermal range, in a natural system. Results suggest an increase in the likelihood of hypoxia with warming. We also show that hypoxia thresholds vary greatly across marine benthic organisms and that the conventional definition of 2 mg O2/liter to designate waters as hypoxic is below the empirical sublethal and lethal oxygen thresholds for half of the species tested, and explore the environmental modulation of these thresholds. All studied processes and results obtained within this work reveal, in summary, that anthropogenic disturbances are significantly affecting coastal metabolism, and therefore, oxygen dynamics, leading to oxygen declines due to the combined effects of eutrophication and warming, threatening coastal biodiversity and ecosystems functioning.

[cat] L'increment de les pressions antropogèniques als ecosistemes costaners durant el darrer segle estan posant en perill la seva biodiversitat i el seu funcionament. L'increment en l’aport de nutrients a les costes i l'escalfament global són les dues pressions més importants que afecten als sistemes costaners. Cóm respondran aquests sistemes a l'efecte combinat d'aquestes dues pressions és incert. En aquesta tesi doctoral exploro les conseqüències de l'escalfament global en el metabolisme de les comunitats planctòniques i bentòniques i en les dinàmiques d'oxigen. També exploro les respostes de les comunitats bentòniques a la major conseqüència de l'eutrofització, la disminució de la concentració d'oxigen dissolt, i la modulació ambiental de les respostes dels organismes bentònics a l hipòxia. Els resultats confirmen un major increment en les taxes respiratòries que en les de producció amb l’escalfament en sistemes experimentals, mentre no es troben diferències entre les respostes d'aquestes taxes metabòliques a la temperatura, dins el seu rang tèrmic actual, en sistemes naturals. Els resultats suggereixen que l'escalfament global augmentarà la probabilitat d'episodis hipòxics. També mostram que els llindars d'hipòxia varien àmpliament en els diferents organismes bentònics marins i que la definició tradicional d'hipòxia de 2 mg O2/litre per designar les aigües com hipòxiques està per davall dels llindars de les concentracions letals i subletals empíriques per a la meitat de les espècies testades. També exploram la modulació ambiental d'aquests llindars. Tots els processos estudiats i els resultats obtinguts en aquest treball revelen, en resum, que les pertorbacions antropogèniques afecten significativament el metabolisme de les comunitats costaneres i, per tant, les dinàmiques d'oxigen, produint una disminució en la concentració d'oxigen a causa dels efectes combinats de l'eutrofització i l'escalfament, posant en perill la biodiversitat costanera i el funcionament dels ecosistemes.