Freshwater fish in a highly regulated Mediterranean basin : biological responses to environmental stressors and to fishways implementation

Abstract

Los ríos se encuentran en la actualidad entre los ecosistemas más impactados del planeta como consecuencia del incremento en la demanda hídrica y de los recursos asociados a los ecosistemas de agua dulce. Debido al proceso de fragmentación generado por las infraestructuras para aprovechar el recurso hídrico, se produce una modificación en la dinámica natural de los ríos, sus hábitats y comunidades. La alteración del régimen de caudales consecuencia de la implementación de infraestructuras de regulación modifica las condiciones ambientales con una consecuente degradación del estado ecológico de los hábitats fluviales, afectando a la estructura y dinámica de la comunidad y poblaciones de peces. En regiones mediterráneas semi-áridas, el efecto de los impactos antrópicos sobre los sistemas de agua dulce es más acusado. Esta tesis se enmarca en la cuenca del río Segura, localizada en el sureste de la península ibérica, que presenta múltiples factores de estrés ambiental derivados principalmente de la regulación de caudales que afectan a sus comunidades de peces. Los estudios planteados en esta tesis son de especial relevancia ya que engloban temáticas poco estudiadas aún pero muy importantes para una mejor gestión de la fauna en ríos mediterráneos, además muy escasamente analizadas in situ en el medio natural y sobre comunidades de peces dominadas por especies no nativas. El objetivo de esta tesis es conocer la respuesta de la comunidad de peces, y también de sus especies centinela, a múltiples estresores ambientales a lo largo del gradiente longitudinal de la cuenca del río Segura. Además, la implementación de pasos para peces para mejorar la conectividad longitudinal en el contexto del proyecto LIFE+ Segura Riverlink permitió también evaluar el uso y relevancia ecológica de diferentes tipologías de paso en un tramo altamente fragmentado. Los resultados confirman que la magnitud e interacción de los múltiples factores de estrés presentes en esta cuenca mediterránea definen la composición y estructura de la comunidad de peces. La alteración del régimen de caudales es el factor determinante en la composición y estructura de la comunidad en tramos fluviales y, junto con otros estresores como la degradación del hábitat, la fragmentación y las especies no nativas, hace que la comunidad sufra un proceso de homogeneización al perder originalidad y especialización. A su vez, estos factores de estrés condicionaron la variabilidad poblacional de Luciobarbus sclateri pese a la alta plasticidad encontrada en esta especie endémica de la cuenca y centinela de ríos mediterráneos. Por otro lado, como resultado de la evaluación del uso y eficacia de los pasos para peces implementados, se confirma el uso de todas las infraestructuras por parte de la comunidad de peces, principalmente por especies potamodromas en época de movimiento, lo cual podría indicar su funcionalidad como corredor para la migración. Pero también fueron usados por otras especies como nuevos hábitats compensatorios donde encuentran recursos como refugio y alimento. Aun así, los resultados de este estudio revelan a los pasos tipo río artificial, con unas características de diseño más similares al cauce natural, como la mejor opción a implementar en ríos mediterráneos con fuertes fluctuaciones de caudal, ya que además limitan el paso de especies exóticas invasoras. Por otro lado, las escalas de artesas también son una buena herramienta de paso que, además, puede ser utilizada como trampa para control de especies invasoras. En suma, la información recopilada en este trabajo mejora el conocimiento en cuanto a las respuestas biológicas de los peces que habitan una zona altamente impactada, siendo de utilidad para la implementación de medidas de conservación y restauración exitosas.

Rivers are considered among the most impacted ecosystems worldwide due to the intensification of the demand of water and resources associated with freshwater ecosystems. Artificial barriers created to make use of water resources are responsible of habitat fragmentation, thus modifying the natural dynamics of rivers and communities. The flow regime alteration as a consequence of flow regulation infrastructures modifies the environmental conditions, causing severe degradation of the habitat and water quality and favouring the establishment and spread of exotic species, which cause changes in biological communities. In semi-arid Mediterranean regions such as the Iberian Peninsula, the effect of human impacts on freshwater systems is more intense. This thesis has been conducted in the context of the Segura River basin, placed in a geographical area considered among the most arid Mediterranean regions, and where human impacts on rivers entail multiple environmental stress factors on their fish assemblages, mainly derived from flow regulation. The contents of this PhD thesis are especially relevant since they deal with scarcely studied topics in Mediterranean rivers, also very rarely evaluated in the field and considering fish assemblages dominated by non-native species. The aim of this thesis is to increase knowledge on the response of river fish assemblage, and also its sentinel species, to multiple environmental stressors along the longitudinal gradient of the Segura River basin. In addition, the implementation of fish passage facilities in the context of LIFE+ Segura Riverlink project to improve longitudinal connectivity, also allows us to evaluate the use and ecological relevance of different types of fishways in a highly fragmented river sector. The results confirm that the magnitude and interaction of the environmental stress factors present in the Segura River basin determine the composition and structure of the fish assemblage. The flow regime alteration is confirmed as a key factor structuring the fish assemblage in river reaches and, jointly to other stressors such as habitat alteration, fragmentation and non-native species, it causes the fish assemblage homogenization by losing originality and specialization. Furthermore, these stress factors conditioned population variability of Luciobarbus sclateri despite the high plasticity found in this endemic species, considered as a sentinel fish in Mediterranean rivers. On the other hand, as a result of fishways evaluation, the use of all the infrastructures by the fish assemblage is confirmed, mainly by potamodromous species during the movement period, which confirms their functionality as migration corridor. But the fishways were also used by other species as new compensatory habitats where they can find refuge and food resources. Even so, the results of this study point to nature-like fishways, whose design better reproduces natural conditions of river reaches, as the best option to implement in Mediterranean rivers with strong flow fluctuations, since they also limit the passage of invasive species. Additionally, technical types are also confirmed as a successful restoration tool, which can also be used as a control trap for non-native species. In short, the results of this thesis improve knowledge on biological responses of fish species inhabiting a strongly impacted river area, which may be useful for the implementation of successful conservation and restoration measures.