DUGi

Translating microbial community changes in fluvial biofilms to ecosystem services provision

http://dugi.udg.edu/item/http:@@@@hdl.handle.net@@10256@@28429

ENG- This thesis investigated how pollution disrupts fluvial biofilms and reduces their provision of ecosystem services, particularly carbon fixation and nutrient uptake (particularly nitrogen and phosphorus). A conceptual framework was developed linking biofilm structure and function to ecosystem services, including quantifiable variables (Chapter I), and was then validated through a laboratory experiment (Chapter II) and a field study (Chapter III). In the laboratory experiment, biofilms and mosquitofish (Gambusia holbrooki) were simultaneously exposed to subinhibitory levels of 1H-benzotriazole (B1H), a chemical contaminant common in water bodies, for three weeks. Fish generated a progressive nitrogen enrichment through excretion, particularly in the presence of B1H. B1H caused minimal structural changes but reduced the metabolic efficiency of the biofilms, especially in phosphorus uptake, nitrification, and carbon fixation. By the third week of the experiment, the unexposed biofilms also showed a decrease in efficiency, probably due to nitrogen enrichment and nitrogen-phosphorus imbalance. In the field study, we analysed biofilms from pebbles (epilithic) and sediments (epipsammic) from 22 Catalan streams with different pollution profiles. Although the indicators varied depending on the substrate and service, excess nutrients were the most relevant negative predictor for the three evaluated ecosystem services. Temperature, conductivity, dissolved oxygen, and Margalef’s pigment index (MI) also influenced service provision. Among the key findings of the thesis is the identification of the inverse relationship of MI with nitrogen uptake, and EPS protein with phosphorus uptake; highlighting them as potential structural bioindicators related to ecosystem services. Phosphorus uptake emerged as the most sensitive function to pollution and as a promising indicator itself. This research systematises ecosystem service assessment for fluvial biofilms and demonstrates how this approach can improve understanding and management of anthropogenic impacts on stream ecosystems. Additionally, the framework developed in this study can be adapted to other ecosystem service providers

CAT- Aquesta tesi va investigar com la contaminació altera els biofilms fluvials i redueix la seva capacitat de proporcionar serveis ecosistèmics, especialment la fixació de carboni i la captació de nutrients (particularment nitrogen i fòsfor). S’ha desenvolupat un marc conceptual que relaciona l’estructura i la funció del biofilm amb serveis ecosistèmics, incloent-hi variables quantificables (Capítol I), i posteriorment s’ha validat mitjançant un experiment de laboratori (Capítol II) i un estudi de camp (Capítol III). En l’experiment de laboratori, biofilms i gambúsies (Gambusia holbrooki) van ser exposats simultànicamen durant tres setmanes a nivells subinhibidors de 1H-benzotriazol (B1H) — un contaminant químic comú en cossos d’aigua — mentre que els peixos generaven un enriquiment dinàmic de nutrients per excreció. El B1H no va afectar l’estructura mínims dels biofilms, però va reduir la seva eficiència metabòlica, especialment en la captació de fòsfor, en la nitrificació i en la fixació de carboni. A la tercera setmana, els biofilms no exposats també van mostrar una disminució de l’eficiència, probablement deguda a l’enriquiment de nitrogen i al desequilibri nitrogen-fòsfor provocats per l’excreció. En l’estudi de camp es van analitzar biofilms de còdols (epilítics) i de sediments (epipsàmics) de 22 rieres catalanes amb diferents perfils de contaminació. Tot i que els indicadors variaven segons el substrat i el servei, l’excés de nutrients va ser l’indicador negatiu més important per als tres serveis ecosistèmics avaluats. La temperatura, la conductivitat, l’oxigen dissolt i l’índex de pigments de Margalef (MI) també van influir en la provisió de serveis

Programa de Doctorat en Ciència i Tecnologia de l’Aigua

Universitat de Girona