Artificial aquatic habitats : a global review, colonization experiments by fish and comparison of sampling methods in reservoirs

Abstract

Resumo: Devido ao aumento da populacao humana e ao consequente incremento na exploracao e transformacao de ambientes naturais, uma infinidade de tipos de estruturas tem sido instalada em ambientes aquaticos para os mais variados propositos. Desde meados do seculo 20, diversos estudos comecaram a avaliar o efeito de estruturas submersas como habitat para organismos em diferentes ecossistemas aquaticos, considerando distintas perspectivas. Neste sentido, dado a urgente necessidade de conservacao dos ecossistemas aquaticos em todo o mundo, e importante sintetizar o conhecimento acerca deste topico de pesquisa, a fim de encontrar generalizacoes e identificar lacunas, a fim de orientar estudos futuros. Desta forma, uma revisao global sistematizada da literatura sobre habitat artificiais aquaticos foi realizada com o objetivo de detectar padroes temporais, geograficos e metodologicos em publicacoes cientificas sobre este assunto (capitulo 1). A maioria dos estudos foi realizado em ambientes marinhos temperados. Habitat experimentais, feitos principalmente de concreto, foram os mais estudados. O censo visual foi o metodo de amostragem mais utilizado e houve predominio de estudos de curto prazo (< 12 meses de duracao) e em aguas rasas (< 5 m de profundidade). Peixes foi o grupo mais estudado, no entanto, poucos estudos relataram a ocorrencia de especies nao-nativas associadas a habitat artificiais. Posteriormente, devido a falta de estudos em ecossistemas de agua doce, especialmente na regiao Neotropical, experimentos em campo foram realizados em dois reservatorios neotropicais, a fim de identificar padroes gerais no uso de habitat artificiais por peixes em reservatorios. Para isso, o uso de habitat artificiais (tubos de ceramica e pequenas arvores) e seminaturais (rochas e habitat nao estruturados) por peixes foi comparado em relacao a origem das especies (nativas ou nao-nativas) (capitulo 2). Pequenos individuos de Cichlidae e Centrarchidae (< 80 mm de comprimento total) foram dominantes, no entanto, a abundancia e composicao de especies variaram de acordo com o tipo de habitat. Especies nativas e naonativas de Cichlidae parecem nao co-ocorrer com Centrarchidae. Tubos de ceramica foram usados principalmente por Cichlidae nativos, enquanto as arvores parecem ser preferidas por Centrarchidae. Finalmente, dois metodos observacionais de amostragem, censo visual (VC) e video subaquatico (UWV), foram comparados em relacao ao numero de especies, composicao e classe de tamanho de peixes registrados (capitulo 3). O numero total de especies registradas por ambos os metodos de amostragem foi similar, no entanto, UWV registrou maior numero medio de especies do que VC. No geral, VC foi eficiente no registro de especies cripticas e residentes, enquanto UWV, especies com maior movimentacao. Alem disso, VC foi mais eficiente que UWV na deteccao de individuos de menor tamanho (31-79 mm de comprimento total). A aplicabilidade de habitat artificiais para o manejo e conservacao de reservatorios neotropicais, e o potencial e limitacoes de amostragens de peixes atraves de VC e UWV em tais ecossistemas sao discutidos. Palavras-chave: Ecologia de peixes agua doce. Ecossistemas lenticos. Especies exoticas. Introducao de peixes. Metodos nao-destrutivos. Recifes artificiais.

Abstract: Due to the increase of the human population and the growing exploitation and transformation of natural environments, a wide range of structures has been deployed in aquatic ecosystems for different purposes. Since the mid-20th century, several studies began to evaluate the effects of submerged structures as habitats for organisms in different aquatic ecosystems, from different perspectives. In this sense, given the urgent need for aquatic ecosystems conservation worldwide, it is important to synthesize what has been done in this research topic, in order to find generalizations, identify knowledge gaps, and guide future studies. Thus, a systematic global literature review concerning artificial aquatic habitats was conducted aimed at detecting temporal, geographic and methodological patterns in scientific publications on this subject (chapter 1). The majority of studies were carried out in marine temperate environments. Experimental habitats, made mainly of concrete, were the most studied. Visual census, was the most common sampling method, and the majority of studies were short-term (< 12 months in duration) and shallow waters (< 5 m depth). Fish was the most studied group, however, few studies reported the occurrence of non-native species associated with artificial habitats. Posteriorly, due to the lack of studies in freshwater ecosystems, especially in the Neotropical region, manipulation experiments were performed in two Neotropical reservoirs in order to identify general patterns in the use of artificial habitats by fish in reservoirs. For this, the use of artificial (ceramic pipes and trees) and semi-natural (rocks and non-structured) habitats by fish was compared regarding the origin of species (i.e. native or non-native) (chapter 2). Small individuals (< 80 mm in total length) of Cichlidae and Centrarchidae were dominant, however the abundance and composition of species varied according to the habitat. Native and nonnative Cichlidae appear not to co-occur with Centrarchidae species. Ceramic pipes were mostly used by native Cichlidae, while trees seem to be preferred by Centrarchidae. Finally, two observational sampling methods, visual census (VC) and underwater video (UWV), were compared regarding the fish species number, composition, and size class recorded (chapter 3). The total number of species recorded by both sampling methods was similar, however, UWV recorded higher mean number of species than VC. In general, VC was efficient in recording cryptic and resident species, while UWV, highly mobile species. Moreover, VC was more efficient than UWV in detecting smaller fish individuals (i.e. 31-79 mm in total length). The applicability of artificial habitats for management and conservation of Neotropical reservoirs and the potential and limitations of fish surveys through VC and UWV in such ecosystems are discussed. Keywords: Artificial reef. Exotic species. Freshwater fish ecology. Fish introductions. Lentic ecosystems. Non-destructive surveys.