TESIS - Instituto Politécnico Nacional · 2016-10-11 · junto a la pileta para lavar la ropa....

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ANÁLISIS TEMPORAL DEL ROL DE LOS PECES EN LOS PROCESOS DE AUTO-ORGANIZACIÓN DE LA LAGUNA DE TÉRMINOS, MÉXICO TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE DOCTOR EN CIENCIAS MARINAS PRESENTA FABIÁN DAVID ESCOBAR TOLEDO LA PAZ, B.C.S., JUNIO DE 2016 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE CIENCIAS MARINAS ´

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ANÁLISIS TEMPORAL DEL ROL DE LOS PECES EN LOS PROCESOS DE AUTO-ORGANIZACIÓN

DE LA LAGUNA DE TÉRMINOS, MÉXICO

TESIS

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE

DOCTOR EN CIENCIAS MARINAS

PRESENTA

FABIÁN DAVID ESCOBAR TOLEDO

LA PAZ, B.C.S., JUNIO DE 2016

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE CIENCIAS MARINAS

´

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO

CARTA CESIÓN DE DERECHOS

En la Ciudad de La Paz, B.C.S., el día 15 del mes de Junio del año 2016

El (la) que suscribe MC. FABIÁN DAVID ESCOBAR TOLEDO Alumno (a) del Programa

DOCTORADO EN CIENCIAS MARINAS

con número de registro B120649 adscrito al CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE CIENCIAS MARINAS

manifiesta que es autor(a) intelectual del presente trabajo de tesis, bajo la dirección de:

DR. MANUEL JESÚS ZETINA REJÓN

y cede los derechos del trabajo titulado:

“ANÁLISIS TEMPORAL DEL ROL DE LOS PECES EN LOS PROCESOS

DE AUTO-ORGANIZACIÓN DE LA LAGUNA DE TÉRMINOS, MÉXICO”

al Instituto Politécnico Nacional, para su difusión con fines académicos y de investigación.

Los usuarios de la información no deben reproducir el contenido textual, gráficas o datos del trabajo

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siguiente dirección: [email protected] - [email protected]

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mismo.

MC. FABIÁN DAVID ESCOBAR TOLEDO

Nombre y firma del alumno

La disciplina tarde o temprano vencerá a la inteligencia

(Proverbio Japonés)

“… La comadre Carmen, que no es comadre mía sino que a así la llaman, nos recibe

sentada en taburete inclinado contra una columna de madera, de espaldas a un

espacioso patio bañado de ráfagas de sol que se cuelan entre las ramas de dos

frondosos y alargados árboles de mamón. Tres niños flacos y barrigones del color del

chocolate, de entre cinco y ocho años, algarabían el ambiente jugando desnudos

junto a la pileta para lavar la ropa. Siete gallinas, un gallo y dos perros de raza

incierta corren por igual de un lado a otro, mientras un par de gatos blanquicenizos

sestean estirados con desdén, uno sobre una mesa de madera que sirve como

comedor y otro sobre sillón viejo de cuyos cojines rotos sobresale un pedazo de

algodón ennegrecido…”

Líbranos del bien (Alfonso Sánchez Baute)

AGRADECIMIENTOS Agradecer al CONACyT y al programa Institucional de Formación de Investigadores del Instituto Politécnico Nacional (PIFI-IPN) por el apoyo económico otorgado. A los proyectos de Investigación ANR-CONACyT (11465), SIP (20161883); SEP-CONACYT: (155900, 221705) y AMEXCID-AUCI. Al Dr. Manuel Zetina-Rejón, por su dirección, amistad, certeros consejos y sobretodo el apoyo en los momentos más difíciles durante estos últimos cuatro años. Gracias por siempre estar ahí. Al comité tutorial y evaluador: Dr. Francisco Arreguín Sánchez, Dr. José De la Cruz-Agüero, Dra. Julia Ramos Miranda, Dr. Deivis S. Palacios Salgado y Dr. Rodrigo Moncayo Estrada. A los amigos que han estado cerca y los que no, los del día a día y los que por la distancia no ha sido fácil volver a vernos pero mantenemos el contacto. Ustedes son parte importante de esto. Sea esta la oportunidad para reconocerle a cinco de ellos lo valiosos que son para mí, porque disfrutaron de mis triunfos, me acompañaron en la derrota y sobre todo me dieron todo su apoyo cuando la salud menguó: Carlos Julio, Angie, Juan Carlos, Norberto y Michelle, les estaré agradecido toda la vida. A mi familia, mi mayor motivación y mi soporte. Cuando gané y cuando perdí, cuando acerté y me equivoqué, siempre estuvieron para mí. Por su esfuerzo, por su cuidado, por su cariño y por su sacrifico, gracias a todos, gracias familia. Y por supuesto, a mí querida Margarita Rosa, por todos sus sacrificios, amor y comprensión. Sé que estos cuatro años han sido una montaña rusa, pero estoy seguro que muy pronto empezaremos a recoger los frutos de tantos sacrificios.

I

ÍNDICE

ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................. iii

ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................... vi

GLOSARIO ................................................................................................................. vii

RESUMEN ................................................................................................................... x

ABSTRACT ................................................................................................................. xi

1. ANTECEDENTES Y DESCRIPCIÓN GENERAL ....................................................1

1.1. INTRODUCCIÓN GENERAL ..............................................................................2

1.2. OBJETIVOS .......................................................................................................4

1.2.1. General .....................................................................................................4

1.2.2. Específicos ...............................................................................................4

1.3. HIPÓTESIS ........................................................................................................5

1.4. METODOLOGÍA GENERAL ...............................................................................5

1.4.1. Área de estudio .........................................................................................5

1.4.2. Procedencia de los datos .........................................................................8

1.4.3. Análisis de los datos .................................................................................9

1.4.3.1. Análisis de diversidad funcional ................................................... 10

1.4.3.2. Análisis del rol funcional ............................................................... 10

2. ANÁLISIS TEMPORAL DE LA DIVERSIDAD FUNCIONAL ................................. 11

2.1. Cambios temporales en las características funcionales de la comunidad de

peces en la Laguna de Términos en tres periodos (1980, 1998 y 2011) .................... 12

2.1.1. Introducción ............................................................................................ 12

2.1.2. Análisis de los datos ............................................................................... 15

2.1.2.1. Índice de diversidad de atributos funcionales .............................. 15

2.1.2.2. Análisis Multivariado .................................................................... 18

II

2.1.3. Resultados .............................................................................................. 19

2.1.4. Discusión ................................................................................................ 23

3. EQUIVALENCIA FUNCIONAL DE LA COMUNIDAD DE PECES ........................ 29

3.1. Equivalencia funcional de la comunidad de peces en Laguna de Términos en

tres periodos (1980, 1998 y 2011). ............................................................................. 30

3.1.1. Introducción ............................................................................................ 30

3.1.2. Análisis de los datos ............................................................................... 31

3.1.3. Resultados .............................................................................................. 33

3.1.4. Discusión ................................................................................................ 37

4. ANÁLISIS FUNCIONAL DE LOS PECES A NIVEL DEL ECOSISTEMA ............. 42

4.1. El rol de la ictiofauna en los procesos de auto-organización en la Laguna de

Términos .................................................................................................................... 43

4.1.1. Introducción ............................................................................................ 43

4.1.2. Análisis de los datos ............................................................................... 44

4.1.3. Resultados .............................................................................................. 47

4.1.4. Discusión ................................................................................................ 53

5. DISCUSIÓN GENERAL ........................................................................................ 58

6. CONCLUSIONES GENERALES .......................................................................... 64

REFERENCIAS .......................................................................................................... 67

ANEXOS

iii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Área de estudio. Los cuadros indican los puntos de muestreo para el

periodo 1980/81 y los círculos para los periodos 1998/99 y 2010/11. ..........................6

Figura 2.1. Valores del FADI para: (a) promedio anual, (b) media por época y (d)

promedio mensual. Colores en los símbolos representan los tres períodos evaluados:

negro=1980, gris=1998 y blanco=2011. Se muestra la distribución de probabilidad del

95% y el valor medio para el número de especies. Esta distribución se realizó con un

remuestreo bootstrap (1000 muestras). ..................................................................... 20

Figura 2.2. Ordenación (MDS) de los rasgos funcionales (negrita) y las variables

ambientales (cursiva). TL=Nivel Trófico, RG=Gremio Reproductivo, TG=Gremio

Trófico, BS=Forma del Cuerpo, MT=Tipo de Boca, CF=Aleta Caudal, ML=Longitud

Máxima, HA=Hábitat, UE=Uso de Estuarios, EH=Hábitat Esencial, ST=Tolerancia a

la Salinidad, DEP=Profundidad, TRA=Transparencia, SST=Temperatura Superficial,

BST=Temperatura del Fondo, SSS=Salinidad superficial y BSS=Salinidad del Fondo.

................................................................................................................................... 21

Figura 2.3. Ordenación de Componentes Principales de los rasgos funcionales

(línea continua) de cada mes en los tres períodos analizados. Colores del símbolo

representan los tres períodos evaluados: negro: 1980, gris: 1998 y blanca: 2011. TL

= Nivel Trófico, RG = Gremio Reproductivo, TG = Gremio Trófico, BS = Forma del

Cuerpo, MT = Tipo de Boca, CF = Aleta Caudal, ML = Longitud Máxima, HA =

Hábitat, UE = Uso de Estuarios, EH = Hábitat Esencial, y ST = Tolerancia a la

Salinidad. Además, las variables ambientales (línea punteada) se proyectan para

fines de interpretación. DEP = Profundidad, TRA = Transparencia, SST =

Temperatura Superficial, y SSS = salinidad superficial. ............................................. 22

Figura 3.1. Arreglo jerárquico a partir del análisis de equivalencia regular

utilizando una matriz de atributos funcionales. ........................................................... 35

iv

Figura 3.2. Análisis de diversidad funcional usando el FADI entre los bloques

formados en al análisis de equivalencia de cada periodo analizado. La línea punteada

indica el valor del FADI calculado para el periodo indicado. ...................................... 36

Figura 3.3. Análisis de clasificación jerárquica mediante el índice de similitud de

Jaccard. Se indican los años y los bloques resultantes del análisis de equivalencia

resultante en cada periodo utilizando el método de vinculación promedio. ................ 37

Figura 4.1. Matriz de correlaciones entre algunos de los indicadores ecológicos

(datos de entrada al modelo, valores estimados del análisis ecosistémico e índice de

diversidad funcional). ................................................................................................. 48

Figura 4.2. Diagrama de dispersión para visualizar la tendencia entre los índices

seleccionados para los grupos de peces en1980 (arriba), 1998 (medio) y 2011

(abajo): Ro contra (A/C)i y D. Los símbolos en negro indican especies de peces de

nivel trófico superior a tres y los rojos niveles tróficos inferiores a tres. AGU: Agujas,

ANC: Anchovetas, ANG: Anguilas, BAG: Bagres, BAR: Barbudos, CIN: Cintillas,

COR: Corvinas, IGU: Iguanas, ISA: Isabelitas, JUR: Jureles, LIS: Lisas, MER: Meros,

MOJ: Mojarras, MOM: Mojarras mexicanas, PAR: Pargos, GLO: Peces Globo, PLA:

Peces Planos, ROC: Peces Roca, PEJ: Pejesapos, PER: Pericos, RAY: Rayas, ROB:

Robalos, RON: Roncos, SAR: Sardinas, SAG: Sargos. ............................................. 50

Figura 4.3. Diagrama de dispersión para la visualización de la tendencia entre

los índices Ro y TL para los periodos 1980 (izquierda), 1998 (centro) y 2011

(derecha). ................................................................................................................... 51

Figura 4.4. Relación entre el índice de diversidad funcional FADI y el índice de

redundancia relativa (O/C) para 1980 (izquierda), 1998 (centro) y 2011 (derecha). Los

símbolos en negro indican especies de peces de nivel trófico superior a tres y los

rojos niveles tróficos inferiores a tres. AGU: Agujas, ANC: Anchovetas, ANG:

Anguilas, BAG: Bagres, BAR: Barbudos, CIN: Cintillas, COR: Corvinas, IGU: Iguanas,

ISA: Isabelitas, JUR: Jureles, LIS: Lisas, MER: Meros, MOJ: Mojarras, MOM:

Mojarras mexicanas, PAR: Pargos, GLO: Peces Globo, PLA: Peces Planos, ROC:

v

Peces Roca, PEJ: Pejesapos, PER: Pericos, RAY: Rayas, ROB: Robalos, RON:

Roncos, SAR: Sardinas, SAG: Sargos. ...................................................................... 51

Figura 4.5. Diagrama de dispersión para la visualización de la tendencia entre

los índices TL y (O/C)i para los periodos 1980 (izquierda), 1998 (centro) y 2011

(derecha). ................................................................................................................... 52

Figura 4.6. Diagrama de dispersión para la visualización de la tendencia entre

los índices Ro y (Ai/A) para los periodos 1980 (izquierda), 1998 (centro) y 2011

(derecha). ................................................................................................................... 52

Figura 5.1. Índice multivariado de oscilación del sur/”el niño” (ENSO por su sigla

en inglés) para los últimos 65 años. Se destacan dentro de los recuadros verdes los

periodos de evaluación. Modificado de: Observatorio_ARVAL (2016). ...................... 62

vi

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1. Rasgos funcionales utilizados para el cálculo de FADI. Se muestran

las categorías y los valores de redundancia (R) dada por la relación del número de

especies de atributo (i) entre el número total de especies (n = 128). ......................... 17

Tabla 2.2. Correlaciones entre los rasgos funcionales y los tres primeros

componentes principales que explican el mayor porcentaje de la varianza. .............. 23

Tabla 3.1. Composición por especies para el elenco sistemático de los bloques

formados en el análisis de equivalencia. .................................................................... 34

Tabla 3.2. Especies recurrentes en los bloques (Bq) formados en el análisis de

equivalencia. .............................................................................................................. 35

Tabla 3.3. Principales rasgos funcionales que caracterizaron a cada uno de los

bloques formados en el análisis de equivalencia. ...................................................... 40

vii

GLOSARIO

Ascendencia: Es un indicador del grado de desarrollo de un ecosistema dado por su

tamaño y grado de organización. Se calcula como el producto de los flujos totales y el

contenido de información del ecosistema (Ulanowicz, 1986).

Biomasa: Cantidad de materia viva o peso total de organismos vivos en un área y

tiempo determinado (Christensen & Pauly, 1992).

Capacidad de desarrollo: Es el límite superior que puede alcanzar la ascendencia de

un ecosistema y mide el potencial teórico de desarrollo del mismo (Ulanowicz, 1986).

Centralidad: Es una característica que indica la posición central del grupo funcional en

la red trófica (Borgatti et al., 2013).

Comunidad: Conjunto de poblaciones de organismos vivos, interrelacionados entre sí,

en un área o hábitat determinado (Krebs, 2003).

Consumo/Biomasa (Q/B): Es el número de veces que una población consume su

propio peso en un periodo determinado (usualmente un año) (Pauly, 1989).

Diversidad ecológica: Medida que expresa la relación entre el número de especies y

la distribución de sus abundancias en un espacio y tiempo determinado.

Diversidad funcional: Es el número de grupos funcionales representados por las

especies en una comunidad (Naeem & Li, 1997) o los componentes de la diversidad que

influyen en la operación o funcionamiento del ecosistema (Tilman, 2001).

Ecopath: Modelo de flujos de biomasa balanceado, que establece que la producción

de un grupo funcional es igual a su consumo alimenticio menos sus pérdidas por respiración,

depredación y exportación (Christensen & Pauly, 1992).

Ecosistema: Unidad que incluye la totalidad de los organismos (comunidad) de un

área determinada que actúan en reciprocidad con el medio físico de modo que la

transferencia de energía conduzca a una estructura trófica, una diversidad biótica y a ciclos

materiales claramente definidos dentro del sistema (Odum et al., 2006).

viii

Enfoque ecosistémico: Aplicación de métodos centrados en los niveles de

organización biológica que abarca los procesos, las funciones y las interacciones esenciales

entre los organismos y su ambiente. Se considera también al hombre a través de las

pesquerías estableciendo relaciones del tipo predador-presa con los recursos pesqueros, tal

como si se tratará de un componente más del sistema (Medina et al., 2004).

Equidad: Proporción de la diversidad observada con relación a la máxima diversidad

esperada (Magurran, 1988).

Flujo trófico: Movimiento de energía y materia en el ecosistema a través de las

relaciones tróficas.

Grupo funcional: Conjunto polifacético de especies permanentes o temporales que

comparten características y realizan funciones equivalentes en el ecosistema (Naeem & Li,

1997; Blondel, 2003).

Ictiofauna: Conjunto de todas las especies de peces que cohabitan una región

específica o hábitat determinado. Sinónimo de fauna íctica.

Indicador: Es un parámetro más o menos vectorializado o correlacionado entre dos o

más parámetros, tomados de tal manera que suministren una información cuantitativa capaz

de tener sentido cualitativo

Índice: Son algoritmos más o menos complejos, es decir, que responden a modelos

matemáticos, o como mínimo a ecuaciones, de modo que no se comportan linealmente, sino

que las variaciones de cada parámetro afectan al valor final del índice de forma supeditada a

los valores de los demás parámetros.

Laguna costera: Depresión en la zona costera por debajo del promedio mayor de las

mareas más altas, que tiene una comunicación permanente o efímera con el mar, pero

protegida de las fuerzas del mar por algún tipo de barrera (Lankford, 1977).

Modelo: Representación abstracta o simplificada del sistema ecológico que destaca

sólo los atributos funcionales importantes y los componentes estructurales más evidentes

(Odum et al., 2006).

ix

Overhead: Es la diferencia entre la capacidad de desarrollo y la ascendencia, indica el

límite para el incremento de la ascendencia y refleja el potencial de reserva de un

ecosistema. Está estrechamente relacionado con la resiliencia (Ulanowicz, 1986).

Producción/Biomasa (P/B): Cociente entre la producción y la biomasa promedio de

un grupo en particular. Valores altos indican organismos de rápido crecimiento y valores

bajos indican organismos de lento crecimiento. Bajo condiciones de equilibrio, es equivalente

a la tasa instantánea de mortalidad total (Allen, 1971).

Redundancia: Se refiere a la presencia de dos o más especies, rasgos funcionales o

características de estas especies en un ecosistema realizando la misma función (Naeem &

Li, 1997).

Riqueza: Número especies presentes en un determinado espacio y tiempo.

Rasgo funcional: Carácter específico o rasgo fenotípico de una especie que está

asociado con un proceso o propiedad del ecosistema bajo investigación (Naeem & Wright,

2003).

x

RESUMEN

Los ecosistemas presentan mecanismos de auto-organización que contribuyen a regular su

estructura y función. En la Laguna de Términos, en el sur del Golfo de México, se evidencian

cambios en las condiciones ambientales, comunidades biológicas y su red trófica, lo que

sugiere que este ecosistema se encuentra en un estado de reorganización. Para probar esta

idea, se analizó el rol de los peces en la estructura y funcionamiento del ecosistema para

cuantificar su contribución en la organización de este. Se llevó a cabo un análisis combinado

de diversidad funcional y análisis de redes con un enfoque ecosistémico utilizando

información ecológica de 128 especies y tres modelos ecológicos de 41 grupos funcionales

que representan la red trófica de la laguna en tres escenarios temporales (1980, 1998 y

2011). En el análisis de diversidad funcional, para describir la heterogeneidad de los rasgos

funcionales en la comunidad, se diseñó un índice de equidad funcional que mide la

homogeneidad de rasgos funcionales de los peces en el ecosistema. El valor calculado para

el año 1998 fue el más alto y estuvo fuera de los valores esperados, indicando una mayor

abundancia de especies con menor número de rasgos funcionales comunes. Se encontró

que el nivel trófico, la forma del cuerpo y el tipo de boca fueron los rasgos más influyentes en

los cambios de diversidad funcional. En el análisis de redes, el análisis de rol equivalente

logró discernir especies recurrentes en siete de los bloques formado en el análisis. Se

destacan en este grupo la presencia de especies como A. felis, C, melanopus, E. gula y B.

chrysoura reportadas como especies dominantes en la laguna. En el enfoque ecosistémico

se utilizaron índices de organización del ecosistema. La contribución de cada grupo íctico se

midió como el cambio relativo en este índice cuando el grupo fue removido del modelo. Los

peces de niveles tróficos bajos (2.0-3.0) mostraron la mayor variación de su rol en la

organización del ecosistema, en contraste con la de los niveles tróficos mayores. Todas las

especies realizan aportes a la organización y resiliencia del ecosistema demostrando que

diferentes funciones contribuyen de la misma manera a la organización. Tanto los resultados

de la variabilidad funcional como los del análisis ecosistémico evidencian una reorganización

y reestructuración funcional que corroboran la presencia de un rol diferencial de los peces en

los procesos de reorganización en la laguna.

Palabras clave: Peces, diversidad funcional, equivalencia estructural, grupos funcionales,

índices de desarrollo, redes tróficas, flujos de energía.

xi

ABSTRACT

Self-organization mechanisms help regulates structure and function of ecosystems. The

Terminos Lagoon, in the southern Gulf of Mexico, has suffered changes in environmental

conditions, in biological communities and in the food web, suggesting that this ecosystem is in

a reorganization process. In this context, the role of the ichthyofauna in the ecosystem´s

structure and functioning was analyzed. A combined analysis of functional diversity and

network analysis within an ecosystem approach using ecological information of 128 species

and three ecological models of 41 functional groups representing the food web of the lagoon

at three time scenarios (1980, 1998 and 2011) was performed. In the analysis of functional

diversity to describe the heterogeneity of functional traits in the community, a functional equity

index that measures the homogeneity of functional characteristics of the ichthyofauna in the

ecosystem was designed. The estimated value of this index was found during 1998 was the

highest and was out of the expected values, indicating a greater abundance of species with

fewer common functional features. The trophic level, body shape and mouth type were the

most influential traits in the changes of the functional diversity index. In the network analysis,

the equivalence role analysis showed the recurrent species in seven blocks formed. Is

highlighted the presence of species as A. felis, C, melanopus, E. gula y B. chrysoura reported

as dominant species in the lagoon. In the ecosystem approach, the organization indices of

ecosystem were used. The contribution of each fish community group was measured as the

relative change in the index when the group was removed from the model. The fish fauna of

lower trophic levels (2.0-3.0) showed the greatest variation in their role in the ecosystem´s

organization, in contrast to the higher trophic levels. All species contribute to the organization

and resilience of the ecosystem, demonstrating that different functions contribute in the same

way to the organization. The results of the functional variability and ecosystem approach

showed reorganization and restructuring a level functional that confirm the presence of the

differential role in reorganization fish fauna in the process of reorganization of the lagoon.

Key words: fishes, functional diversity, structural equivalence, functional groups,

development indices, food webs, energy flows.

1. ANTECEDENTES Y DESCRIPCIÓN GENERAL

2

1.1. INTRODUCCIÓN GENERAL

Los ecosistemas presentan mecanismos de regulación que contribuyen a

optimizar su estructura y función. Estos procesos de auto-organización surgen como

respuesta a los factores forzantes ambientales incidiendo en cambios estructurales

en el sistema (Bossel, 2000; Solé & Bascompte, 2006). En las redes tróficas, cada

componente de un ecosistema cumple con un papel en el soporte de la estructura y

las interacciones biológicas con otros elementos de la misma red (Pascual & Dunne,

2006; Antony et al., 2010). Se ha demostrado que cambios en la abundancia y

distribución de las especies pueden generar impactos en la estructura trófica del

sistema (Garrison & Link, 2000; Sosa-López et al., 2005). Así, la importancia de cada

especie o grupo de especies dentro de los ecosistemas ha sido abordado en los

últimos años (Libralato et al., 2006; Jordán et al., 2008) y un cambio en uno de los

componentes siempre tendrá efectos sobre los demás (Antony et al., 2010).

Las redes tróficas de los ecosistemas se desarrollan optimizando ciertas

propiedades (e.g. estructurales y funcionales), para asegurar su existencia en

condiciones cambiantes (Solé & Bascompte, 2006). Algunos indicadores han

demostrado ser útiles para conocer los mecanismos y tendencias que se presentan

en las redes tróficas y revelar de qué manera se manifiesta la auto-organización en el

funcionamiento de los ecosistemas. Estos indicadores basados en teoría de la

información cuantifican el grado de desarrollo y potencial de crecimiento de los

ecosistemas (Ulanowicz et al., 2009). Por un lado, se han desarrollado

aproximaciones para evaluar no solo cambios estructurales de la biota de un

ecosistema, sino que describan la heterogeneidad de la función de la especie o

grupo de especies dentro del sistema (Wright et al., 2006). El cambio en la diversidad

de grupos funcionales se ha descrito como diversidad funcional (Naeem & Li, 1997;

Tilman, 2001). Por el otro, índices del ecosistema en el análisis de redes, tales como

el índice de reciclaje de Finn (FCI), Ascendencia, Redundancia o sobrecarga de flujo

interno, Entropía del Sistema (H), rendimiento total del sistema (TST) y la información

mutua promedio (AMI) (Vasconcellos et al., 1997; Mageau et al., 1998; Ulanowicz,

3

2001; Heymans et al., 2002; Heymans et al., 2007), han sido utilizados como

indicadores de la estabilidad del ecosistema y el estrés, que podrían otorgar

información valiosa sobre el papel de las especies. Estas evaluaciones se han

realizado conociendo que la reducción en biomasa de una especie o grupo de

especies que forman parte de la estructura de un ecosistema, sin duda afectará a las

relaciones en la red (Pauly et al., 2000).

El análisis del rol de las especies en el ecosistema se ha enfocado

principalmente en el uso de sus atributos morfológicos y ecológicos. En algunos

casos se ha llegado a conclusiones acerca de la pérdida de funciones relevantes en

el ecosistema, pero con débiles explicaciones de los procesos ecológicos inherentes

(Balvanera et al., 2006; Duffy, 2008). En este sentido, aún son insuficientes las

aproximaciones desde ese punto de vista y no existen evidencias de trabajos que

documenten el rol trófico de las especies que combinen el enfoque de la diversidad

funcional con el análisis de las especies en las redes tróficas. Esto debido a que a

menudo los modelos de ecosistemas no se desarrollan en la misma resolución que el

análisis de comunidades, es decir, en los modelos se analiza grupos funcionales

construidos a priori. El hecho de poderlos empatar y conjuntar, mostraría como

contribuye la variación temporal del rol de cada especie o grupo de especies dentro

de un ecosistema en los mecanismos de regulación, permitiendo detectar sí existen

ciertos atributos a nivel de especie que son relevantes en diferentes estados del

ecosistema.

En la Laguna de Términos se han presentado cambios en los patrones de

distribución y abundancias del necton, relacionados con actividades humanas y

variabilidad natural, que han modificado su estructura y procesos naturales (Ramos-

Miranda et al., 2005b). Así mismo, se han registrado cambios en las condiciones

ambientales de la laguna (Sirot et al., 2015). En consecuencia, se han evidenciado

también cambios tanto en la estructura trófica como en la diversidad taxonómica del

sistema lo que podría significar un cambio en el funcionamiento ecológico (Ramos-

Miranda et al., 2005a; Sosa-López et al., 2005), aunque estudios donde se evalúan el

4

tipo de locomoción y adquisición del alimento no han demostrado variaciones fuertes

a pesar de estos cambios en la composición específica (Villéger et al., 2008). Estas

variaciones hacen referencia a un patrón o arreglo espacial y temporal de los objetos

del sistema que responden al proceso de auto-organización (Camazine et al., 2003),

mecanismos que surgen como respuesta a perturbaciones que se manifiestan como

modificaciones en la topología y organización del ecosistema (Solé & Bascompte,

2006; Ulanowicz et al., 2009).

En este sentido, un análisis del rol de las especies en la estructura y

funcionamiento del ecosistema a partir de la diversidad funcional de las comunidades

biológicas y de indicadores relacionados con la función de cada especie o grupos de

especies podría explicar los mecanismos naturales que garantizan la tendencia

natural a la preservación y el orden del sistema. Por ejemplo, el rol que puede tener

una misma especie en el ecosistema puede ser cambiante de acuerdo a los cambios

en el ambiente. Por lo tanto, en este estudio se pretende utilizar diferentes enfoques

(diversidad funcional e índices de análisis de redes) a partir de datos biológico-

pesqueros colectados, modelos tróficos previamente publicados para la Laguna de

Términos y algunos de los atributos ecológicos de los grupos funcionales, para

analizar las funciones ecológicas de los grupos en el contexto de la preservación del

orden, estructura y funcionamiento del ecosistema en tres épocas diferentes en las

cuatro últimas décadas (1980, 1999 y 2011).

1.2. OBJETIVOS

1.2.1. General

Identificar y analizar las variaciones en el rol de las especies ícticas en los

procesos de auto-organización en el ecosistema de Laguna de Términos en el sur del

Golfo de México, y su relación con la variabilidad ambiental de la zona.

1.2.2. Específicos

5

1. Describir la variabilidad temporal de la diversidad funcional de las especies o

grupos de especies de la Laguna de Términos en el sur del Golfo de México.

2. Examinar la influencia de la variabilidad ambiental en los índices de diversidad

funcional y del ecosistema en la Laguna de Términos en el sur del Golfo de

México.

3. Identificar índices del ecosistema que permitan analizar y cuantificar

tendencias o patrones que expliquen los procesos de auto-organización en la

Laguna de Términos en el sur del Golfo de México de una estructura pasada a

la actual.

1.3. HIPÓTESIS

A menudo, cambios en el ambiente se traducen en variaciones en la

composición de las especies y diversidad, por lo que cambios temporales pueden dar

lugar a la selección de una nueva estructura. Se espera que en el ecosistema de la

Laguna de Términos presente cambios y que estos estén asociados a ciertos

indicadores de la red trófica, la diversidad y estructura funcional del ecosistema en

las últimas tres décadas, orientándose el ecosistema a un proceso de auto-

organización.

1.4. METODOLOGÍA GENERAL

1.4.1. Área de estudio

La Laguna de Términos es una laguna costera con condiciones estuarinas

ubicada en el sur del Golfo de México (Figura 1.1). Es la mayor laguna costera en

esta zona, con una superficie aproximada de 1.700 km2 en su cuenca principal y

2.500 km2 considerando los cuerpos de agua dulce adyacentes. Es una laguna

somera con una profundidad media de 3,5 m (Yañez-Arancibia & Day, 2005). Tiene

una alta diversidad de hábitats esenciales para la crianza y reproducción de muchas

6

especies (por ejemplo, pastos marinos, manglares, lechos de ostras, piscinas de

agua dulce, etc.; Manickchand-Heileman et al., 1998). Está delimitada en la

plataforma continental por una isla de barrera (Isla del Carmen) y conectada al mar

por dos bocas, Puerto Real en el este y El Carmen en el oeste. Las condiciones de

estuario de la laguna son producidas principalmente por los vertidos de tres ríos,

Palizada, Chumpan y Candelaria, con una media anual de descarga de 516 m3/s

(Yañez-Arancibia & Day, 2005).

Figura 1.1. Área de estudio. Los cuadros indican los puntos de muestreo para el periodo 1980/81 y los

círculos para los periodos 1998/99 y 2010/11.

La circulación del agua en la laguna sigue una dirección en el sentido de las

manecillas del reloj, con el flujo del agua de mar que entra a través de la boca de

“Puerto Real” y sale a través de la boca “El Carmen”. Existen tres temporadas

climáticas que se reconocen en la región: la estación seca (de febrero a mayo), la

7

temporada de lluvias (junio a septiembre) y la temporada de "nortes" (octubre a

febrero). Esta última se caracteriza por tormentas de invierno generadas por los

frentes fríos del norte con lluvias fuertes (hasta 1.850 mm/año) y vientos intensos (8

m/s) (Yáñez-Arancibia & Day, 1982; Yañez-Arancibia & Day, 2005). La temperatura

más alta se produce durante la temporada de lluvias, mientras que la temperatura

más baja se observa en la temporada de "nortes" (Yáñez-Arancibia & Day, 1982).

Dentro de La Laguna de Términos se han hecho investigaciones para distinguir

unidades ecológicas o subsistemas (Yáñez-Arancibia et al., 1982; Ramos-Miranda,

2000; Herrera-Silveira et al., 2002; Villalobos-Zapata et al., 2002). Sin embargo, no

ha sido fácil establecer límites espaciales y temporales debido a la alta variabilidad

ambiental del área. Durante estas investigaciones se han descrito los sistemas

hidroecológicos, evidenciando una gran variación en los últimos años, esto con el

objeto de describir aquellos mecanismos de adaptación que desarrollan las

comunidades de peces en sus ciclos de vida de acuerdo a la variabilidad ambiental

de la zona (Sosa-Lopez, 2005). Así, se han identificado unidades ecológicas

espaciales —la cuenca central de la laguna, la zona de influencia de la descarga de

los ríos, las bocas oceánicas y la parte interna de la isla del Carmen—, pero, debido

a la variabilidad ambiental, ha sido difícil establecer un patrón. Estas unidades sin

límites bien definidos, muestran la hidrología y sedimentología de la laguna (Villéger

et al., 2010). Por ejemplo, la zona de la boca “El Carmen” recibe una marcada

influencia del río Palizada, por lo que presenta un amplio rango de salinidad y su

sustrato está compuesto por barro con arena fina y limo arcilloso. La zona de Isla del

Carmen y la boca “Puerto Real” tiene influencia marina (salinidad en promedio de

28.5 UPS) y el sustrato presenta desde áreas lodosas junto a los manglares hasta

zonas arenosas donde habitan pastos marinos. La zona correspondiente a la parte

sur de la laguna es la más somera, con sustrato limo-arcilloso y gran cantidad de

zonas de manglares, recibe la mayor influencia de las descargas de los ríos

Chumpan y el sistema Candelaria-Mamantel. El centro de la laguna, que presenta las

mayores profundidades, es una zona transicional entre el ambiente marino y el que

recibe descargas de aguas continentales (Villéger et al., 2010).

8

La cobertura de manglares ha sufrido reducciones, pero se ha observado una

aparente recuperación desde 1991 hasta 2001, sin embargo esta zona alcanza sólo

el 70% del nivel alcanzado en 1974. En contraste, la cobertura agrícola se

incrementó un 300% desde 1974 hasta 1991 (Sosa-Lopez, 2005). En este mismo

sentido, los insumos contaminantes de la agricultura y la pérdida de hábitats debido a

la deforestación podrían afectar no sólo a la estructura y la abundancia de las

comunidades de peces sino también la funcionalidad del ecosistema (Ramos-

Miranda et al., 2005a; Villéger et al., 2010; Galeana-Cortazar, 2015). En términos de

la estructura trófica de la laguna, se ha evidenciado cambios temporales entre los

periodos 1980/81 y 1998/99, mostrando que la biomasa de las especies omnívoras

(especies estuarinas de la parte media de la red trófica), ha sido reemplazada por

especies carnívoras y herbívoras-detritívoras (niveles tróficos altos y bajos,

respectivamente) (Sosa-López et al., 2005). Estos cambios evidentes también

podrían conducir a una pérdida en la capacidad de respuesta ecológica a las

fluctuaciones ambientales y un cambio en el funcionamiento ecológico.

Villéger et al. (2010) en un estudio realizado sobre la evaluación de atributos

como la locomoción y adquisición de alimento de los peces, señalaron que no existen

cambios en gran parte de la laguna, a pesar de que la composición específica si ha

cambiado. Por otro lado, en el análisis de la comparación de la red trófica de la

laguna, se han detectado cambios funcionales más no estructurales, donde se ha

evidenciado una tendencia negativa en la magnitud de flujos de energía totales entre

los periodos 1980/81, 1998/99 y 2010/11, pero los grupos de mayor cohesión y

conectividad en el ecosistema se han mantenido relativamente estables con el paso

del tiempo (Abascal-Monroy, 2013). Estos resultados sugieren la existencia de ciertos

procesos de auto-organización o estabilidad en la laguna.

1.4.2. Procedencia de los datos

9

Tres seguimientos biológicos mensuales se llevaron a cabo en la laguna en

diferentes décadas: febrero 1980 a enero 1981, febrero 1998 a enero 1999 y

noviembre de 2010 a octubre de 2011. Durante los tres seguimientos fueron

muestreados los mismos sitios (17 estaciones de muestreo) (Figura 1.1) y se

utilizaron artes de pesca similares (red de arrastre de 2.5 m de abertura de trabajo

óptima y 19 mm tamaño de malla) con arrastres de 12 min a 2,5 nudos de velocidad.

Se ha descrito que este arte de muestreo es apropiado por ser una zona costera

poco profunda y las especies presentes que viven en el área son relativamente

pequeñas y nadadores regulares (Villéger et al., 2010). La composición (número de

especies) y abundancia de las especies de peces (en número de individuos y

biomasa de la captura) se registraron en cada estación de muestreo. Las especies

fueron identificadas hasta el más bajo nivel taxonómico posible utilizando las claves

especializadas de identificación. Asimismo, seis variables ambientales se registraron

en cada estación de muestreo: profundidad y transparencia, además de la

temperatura y salinidad de superficie y fondo (para más detalles de los muestreos ver

Ramos-Miranda et al., 2005a; Villéger et al., 2010).

La información colectada ha permitido construir modelos tróficos para estos

periodos (para 1980: Manickchand-Heileman et al., 1998; Zetina-Rejón, 2004; para

1998 y 2011: Abascal-Monroy, 2013). Estos modelos consideran en general 40

grupos funcionales: 25 de peces, nueve de invertebrados (jaibas, camarón blanco,

camarón café, camarón rosado, moluscos, equinodermos, microcrustáceos,

poliquetos, meiobentos), dos de productores primarios (fitoplancton y zooplancton),

uno de detritus y uno para mamíferos marinos (defines), así como para reptiles

(tortugas marinas) y aves marinas (Abascal-Monroy, 2013).

1.4.3. Análisis de los datos

El análisis del rol de las especies o grupos de especies se realizó a partir de

dos enfoques para cada una de las tres épocas (1980, 1999 y 2011). En el primero,

con la información biológico-pesquera colectada para cada periodo, se efectuó un

10

análisis de la diversidad funcional haciendo una compilación de datos sobre la

historia de vida y características ecológicas (rasgos funcionales) de cada especie. El

segundo enfoque consistió en evaluar el papel de cada especie o grupo de especies

en el ecosistema a partir de indicadores basados en la teoría de la información

propuesta por Ulanowicz (1986); ambos enfoques se detallan a continuación:

1.4.3.1. Análisis de diversidad funcional

Para el análisis de diversidad funcional se seleccionaron atributos ecológicos y

morfológicos de las especies con base en los criterios de diversos autores (Dumay et

al., 2004; Álvarez-Filip & Reyes-Bonilla, 2006; Gristina et al., 2006; Palacios-Salgado,

2011, entre otros). Los atributos ecológicos y morfológicos que se consideraron

fueron: nivel trófico, gremio trófico, gremio reproductivo, hábitat, uso de estuarios,

hábitat esencial, tolerancia a la salinidad, forma del cuerpo, aleta caudal, tipo de boca

y longitud máxima reportada. El análisis de diversidad funcional se basó en describir

el rango, distribución y abundancia de los rasgos funcionales en el ecosistema

relacionados con la función ecológica de las especies (Schleuter et al., 2010). Con el

uso de estos rasgos se ha demostrado que la diversidad funcional depende de su

distribución y no del número de especies (Mason et al., 2003)

1.4.3.2. Análisis del rol funcional

A partir de los modelos tróficos, se utilizó la matriz de los flujos de consumo (la

cual representa la red trófica del ecosistema lagunar). Esta matriz fue útil para

calcular los índices respecto al funcionamiento de los ecosistemas a partir de la

teoría de la información relacionados con el concepto de ascendencia de Ulanowicz

(1986), que es un indicador del crecimiento y desarrollo del ecosistema y mide la

organización de la red trófica.

2. ANÁLISIS TEMPORAL DE LA DIVERSIDAD FUNCIONAL

12

2.1. Cambios temporales en las características funcionales de la

comunidad de peces en la Laguna de Términos en tres periodos

(1980, 1998 y 2011)

2.1.1. Introducción

En ecología, existen tres enfoques diferentes para la evaluación de la

diversidad en las comunidades y los ecosistemas biológicos: descriptivo, funcional y

evolutivo. El enfoque descriptivo se orienta en medir la diversidad en la composición

de especies y distribución de la abundancia. El enfoque evolutivo tiene en cuenta el

número de especies y su relación filogenética. El enfoque funcional considera la

variedad de rasgos funcionales de las especies. Los tres enfoques dependen de la

distribución y abundancia, así como de la diversidad y la variedad de características

funcionales que los caracterizan (Wright et al., 2006). Aunque el enfoque descriptivo

y evolutivo se han utilizado como indicadores potenciales del funcionamiento de los

ecosistemas, las especies estrechamente relacionadas filogenéticamente no siempre

realizan funciones similares y, por el contrario, especies poco vinculadas pueden

tener funciones similares en el apoyo y el funcionamiento del ecosistema (Botta-

Dukát, 2005; Lombarte et al., 2012). Por esta razón, cuando se consideran los rasgos

funcionales de las especies, es útil tener en cuenta la diversidad de las funciones de

las especies en un ecosistema. Por ejemplo, si un ecosistema tiene un alto número

de especies redundantes, es decir, las especies poseen funciones similares,

deberían ser menos vulnerables a las perturbaciones. En este sentido, comprender la

diversidad funcional sobre una base temporal es importante para detectar los

cambios que pueden comprometer el funcionamiento de los ecosistemas. Además, la

gestión basada en los ecosistemas se está adoptando como principio rector en el

manejo, por lo que una mayor comprensión de la estructura y funcionamiento de los

ecosistemas marinos es esencial (Huse, 2012).

Así, en los últimos años, los enfoques para la simplificación de la complejidad

de los ecosistemas, como los que evalúan la funcionalidad del ecosistema, han

13

aumentado (Mouillot et al., 2011). La diversidad de los rasgos funcionales de un

ecosistema puede describir y explicar los procesos inherentes a su funcionamiento,

revelar los procesos que intervienen en la estructuración de la comunidad (Villéger et

al., 2012) e indicar las diferencias en las respuestas ecológicas a las perturbaciones

(Lombarte et al., 2012). Sin embargo, la diversidad funcional no siempre es fácil de

medir porque no hay ninguna medida estandarizada y se carece de índices que

simplifiquen esta complejidad (Somerfield et al., 2008; Villéger et al., 2010).

Las comunidades están sometidas a perturbaciones bióticas y abióticas que

modifican su estructura (Lombarte et al., 2012), por lo que es necesario conocer

además su relación con la variabilidad ambiental. En este sentido, no sólo es

importante conocer la variedad y complejidad de rasgos funcionales que forman parte

del funcionamiento de los ecosistemas, sino también las condiciones y

perturbaciones ambientales que a través del tiempo pueden influir en la estructura

funcional (Dale & Beyeler, 2001). La evaluación de la respuesta de las comunidades

a la variabilidad ambiental para describir los patrones de biodiversidad en el proceso

de los ecosistemas se ha centrado en el análisis de los cambios a nivel de especies,

y muy poco en las características funcionales que podrían estar influyendo en los

procesos (Casanoves et al., 2011; Buisson et al., 2013). Particularmente, en el caso

de las comunidades de peces en los estuarios tropicales, que tienen una amplia

gama de rasgos morfológicos y ecológicos que influyen en los procesos de los

ecosistemas, el cambio constante de la estructura de la comunidad en el espacio y el

tiempo podría revelar cambios a nivel de ecosistemas (Villéger et al., 2011).

La dinámica del ecosistema costero lagunar, Laguna de Términos (Figura 1.1),

se ve afectada por múltiples causas, principalmente de origen antrópico. Estas

afectaciones incluyen: la industria del petróleo y la pesca comercial en la plataforma

continental adyacente, crecimiento de la población en los asentamientos urbanos

existentes, cambios en el uso del suelo, deforestación de los manglares y

humedales, desarrollo agrícola y ganadero y los cambios en las condiciones

hidrológicas de la laguna por el represamiento y uso de los ríos que la alimentan, que

14

constantemente cambian la salinidad (Ramos-Miranda et al., 2005a; Sosa-López et

al., 2005). Además, las actividades humanas y la variabilidad ambiental han

modificado la estructura y los procesos naturales, particularmente en los patrones de

distribución y abundancia de necton (Ramos-Miranda et al., 2005a; Sirot et al., 2015).

Así mismo, los cambios tanto en la estructura trófica y la diversidad taxonómica del

sistema son evidentes y pueden conducir a la pérdida de la capacidad de respuesta

ecológica a las fluctuaciones ambientales y la pérdida en el funcionamiento ecológico

(Ramos-Miranda et al., 2005a; Sosa-López et al., 2005). Sin embargo, Villéger et al.

(2010) realizaron una comparación temporal de las comunidades de peces entre

1980 y 1998, llegando a la conclusión que la laguna no mostró fuertes cambios

funcionales en el grado de especialización funcional de las especies. Igualmente,

destacaron el aumento de especies redundantes y la disminución de las especies

con rasgos funcionales especializadas vinculadas a los hábitats de pastos marinos.

No obstante, los investigadores identificaron la necesidad de un enfoque multifacético

en la evaluación de los cambios en las comunidades.

Los rasgos responsables del funcionamiento de un ecosistema en particular

dependen de numerosos factores, incluyendo las condiciones de temperatura, el

suelo, el agua, la lluvia, y la disponibilidad de nutrientes. En muchos casos, las

características importantes en la determinación de una función de determinado

ecosistema se pueden compartir entre múltiples especies en un conjunto. La Laguna

de Términos ha sido declarada un hábitat crítico para los peces en las primeras

etapas de la vida, por lo que se han implementado algunas medidas de seguridad

para la conservación de los peces (Área de Protección de Flora y Fauna en 1994 y

sitio Ramsar en 2004) las cuales podrían influir en los cambios no sólo en la

estructura, sino también en el funcionamiento de los ecosistemas a través del tiempo.

En las últimas tres décadas, la laguna ha sido sometida a diversas perturbaciones

que pueden afectar no sólo la estructura de los ecosistemas, sino también la

diversidad funcional, que puede dar lugar a diferentes respuestas ecológicas. Por lo

tanto, el objetivo de esta parte del estudio fue evaluar los cambios en los patrones

temporales de la estructura funcional de las comunidades de peces entre los años

15

1980, 1998 y 2011. Estos cambios se evaluaron utilizando un nuevo índice de

diversidad funcional que tiene en cuenta los datos morfológicos y ecológicos así

como la biomasa de cada especie y/o los rasgos funcionales de la comunidad de

peces. Finalmente, se describe la relación de la estructura funcional con la

variabilidad ambiental del ecosistema.

2.1.2. Análisis de los datos

Para cada una de las especies de peces se seleccionaron los rasgos de historia

de vida y ecológicos que eran sensibles a la degradación del hábitat (es decir, los

cambios en la estructura trófica, los cambios en la salinidad, la pérdida de hábitats

críticos, gremios reproductivos dominantes, hábitat esenciales) (Wainwright et al.,

2002; Goldstein & Meador, 2005; Villéger et al., 2010). Los rasgos de la historia de

vida y ecológicos para cada especie fueron recopilados utilizando una variedad de

fuentes, incluidos los registros para el área de estudio, catálogos de especies, libros

y la base de datos Fishbase® (www.fishbase.org). Los rasgos funcionales

seleccionados podrían ser datos continuos o categóricos; por lo tanto, todos fueron

categorizados para hacerlos comparables (Tabla 2.1).

2.1.2.1. Índice de diversidad de atributos funcionales

Para simplificar la estructura funcional de la comunidad de peces, se desarrolló

un nuevo índice denominado Índice de Diversidad de Atributos Funcionales (FADI

por su sigla en inglés, Functional Attribute Diversity Index). Este índice tiene en

cuenta la probabilidad de obtener una especie con determinado atributo funcional

particular (i) entre todos los demás. Por ejemplo, de un total de 128 especies en el

área, 26 de ellas posee un nivel trófico >4,01, la probabilidad de ocurrencia de este

atributo está dada por la relación 26/128 = 0,202 (Tabla 2.1). Se denominó a esta

probabilidad como redundancia (R) debido a que un valor cercano a uno indicaría la

existencia de muchas especies con este atributo y valores cercanos a cero indicaría

una baja incidencia de especies con el mismo atributo. En este sentido, rasgos

16

menos redundantes podrían ser más importantes para la diversidad funcional, ya que

procesos ecológicos particulares o funciones de los ecosistemas podrían depender

de algunas especies. Una menor redundancia implicará una mayor diversidad; por lo

tanto, para dar mayor importancia a los rasgos menos redundantes, este valor se

transformó como (1 - R) lo que representa el valor funcional (FV) del atributo por

especie.

El FADI tuvo en cuenta el FV ponderado por la abundancia relativa de las

especies y la formulación matemática es:

donde S es el número de especies, n es el número de rasgos, Bi es la biomasa

de la especie i y B es la biomasa total. Se calculó un valor de FADI para cada uno de

los tres períodos estudiados para evaluar los cambios temporales. Del mismo modo,

se calcularon los valores FADI para cada mes dentro de los tres períodos estudiados

y para cada una de las estaciones climáticas para analizar la variación intra-anual de

los valores de la diversidad funcional.

Los valores FADI no pueden ser estrictamente comparados, ya que las

comunidades de peces tienen diferentes números de especies y diferentes biomasas

entre los tres períodos. Sin embargo, para la comparación de los valores de FADI, se

calculó una distribución de probabilidad del índice en un remuestreo bootstrap (1000

muestras), asumiendo un modelo nulo que indica la coexistencia de los peces de

forma azarosa en la Laguna. Básicamente, en este proceso, las especies fueron

seleccionadas al azar de una por una hasta el número total de especies reportadas

para los tres períodos (n = 128). El valor funcional de las especies seleccionadas se

dividió por el número de especie “re-muestredas”, suponiendo abundancias iguales

(distribuidos por igual en las n especies) entre las especies seleccionadas para

estimar los valores de FADI en cada paso. Esta distribución de los valores nulos fue

utilizada para producir distribuciones de probabilidad del 95%, que luego se

𝐹𝐴𝐷𝐼 =∑ [(∑ 𝐹𝑉𝑙

𝑛𝑙=1 ) ×

𝐵𝑖

𝐵 ]𝑆𝑖=1

𝑛

17

representaron frente a los valores observados del FADI para los tres periodos. De

este modo, se probó si los valores FADI para cada año fueron significativamente

diferentes de los valores esperados por azar.

Tabla 2.1. Rasgos funcionales utilizados para el cálculo de FADI. Se muestran las categorías y

los valores de redundancia (R) dada por la relación del número de especies de atributo (i) entre el

número total de especies (n = 128).

Rasgo (i)

Categorías R Rasgo

(i) Categorías R

Ale

ta C

aud

al

Redondeada 0,17

Niv

el T

rófico

< 2,50 0,05

Truncada 0,12 2,51 – 3,00 0,04

Emarginada 0,05 3,01 – 3,50 0,30

Semilunada 0,04 3,51 – 4,00 0,41

Ahorquillada 0,41 > 4,00 0,19

Confluente 0,04

Gre

mio

Repro

ductivo

Ovíparos con gestación oral 0,03

Punteada 0,05 Ovíparos huevos bentónicos y fase pelágica 0,04

En forma de “S” 0,02 Ovíparos huevos bentónicos y sin fase pelágica 0,03

Doble emarginada 0,03 Ovíparos huevos pelágicos 0,81

Sin caudal 0,05 Ovovivíparos 0,09

Elasmobranquios 0,02

Gre

mio

Tró

fico

Carnívoros Ictio-Invertívoros 0,33

Form

a d

el C

uerp

o

Alargado 0,05 Carnívoros Piscívoros 0,53

Comprimido Lateral 0,56 Carnívoros Invertívoros 0,02

Comprimido Ventral-A 0,12 Omnívoros 0,08

Comprimido Ventral-B 0,10 Planctívoros 0,05

Fusiforme 0,03

Hábitat

Pelágico 0,13

Globo 0,09 Bentopelágico 0,18

Sagitiforme 0,04 Demersal fondos blandos 0,26

Teniforme 0,01 Demersal fondos duros 0,02

Otras formas 0,01 Demersal fondos mixtos 0,27

Bentónico 0,14

18

Rasgo (i)

Categorías R Rasgo

(i) Categorías R

Tip

o d

e B

oca

Oblicua 0,01

Uso d

e E

stu

ari

os

Agua Dulce 0,01

Superior 0,03 Marino 0,35

Terminal 0,28 Marino-Anfídromo 0,52

Inferior 0,16 Agua Dulce-Anfídromo 0,02

Ventral 0,05 Anádromo 0,01

Protáctil 0,09 Oceanódromo 0,08

Tubular 0,04 Catádromos 0,02

Incluida 0,02

Hábitat

Esencia

l

Pastos Marinos 0,16

Proyectante 0,30 Algas 0,07

Semiventral 0,03 Arena 0,07

Tole

rancia

a

la S

alin

idad

Estenohalino 0,34 Arena-Lodo 0,51

Eurihalino 0,47 Grava-Arena 0,03

Eurihalino+ 0,19 Lodo 0,03

Long

itu

d

Máxim

a < 300 mm 0,29 Manglares 0,12

301 - 600 mm 0,41

> 600 mm 0,30

2.1.2.2. Análisis Multivariado

Se utilizó un análisis de ordenación (Escalamiento Multidimensional no Métrico -

MDS) para explorar las variaciones similares de los rasgos funcionales o las

variables ambientales. El MDS se realizó utilizando la distancia Euclidiana como

medida de similitud a partir de los valores medios mensuales estandarizados de las

variables ambientales y el valor funcional (FV) de cada rasgo ponderado por la

biomasa relativa. El MDS representó los rasgos funcionales y las variables

ambientales en un espacio de dos dimensiones, de tal manera que las distancias

relativas entre todos los puntos estaban en el mismo orden de rango. Las variables

ambientales o los rasgos funcionales que estaban cerca uno del otro eran más

similares que los que estaban distantes unos de otros. Este análisis nos permitió

seleccionar los rasgos funcionales y las variables ambientales que no eran similares

19

para realizar un análisis de componentes principales (PCA) para resumir la

información de los rasgos funcionales e identificar la contribución relativa de ellos a la

varianza total de la diversidad funcional. Sólo los componentes principales con

valores superiores a uno fueron retenidos, y la contribución de los rasgos funcionales

a la varianza explicada de PC se cuantificó. Además, se proyectaron las variables

ambientales en el espacio generado por los dos componentes principales para fines

de interpretación.

2.1.3. Resultados

Un total de 128 especies fueron registradas durante las tres campañas. Los

valores de redundancia de cada rasgo funcional se muestran en la Tabla 2.1. Los

valores medios del FADI para los tres años (0,708, 0,716 y 0,690 para 1980, 1998 y

2011, respectivamente) mostraron diferencias significativas (F(2,33)=24,732; p = 0,000)

(Figura 2.1a). Se contrastaron estos valores con la distribución de probabilidad

producida por el modelo nulo y puso de manifiesto que el valor del FADI para 1998

estuvo por fuera del límite superior de la distribución esperada. Este resultado indica

una mayor presencia de especies con alto valor funcional o con menos rasgos

funcionales redundantes. En general, los valores de FADI para 1998 (mensuales y

estacionales) cayeron fuera del límite superior de la distribución esperada (Figura

2.1b y Figura 2.1c). Para las otras dos campañas, los valores de FADI estaban

dentro de la distribución prevista de probabilidad. La tendencia de 2011 mostró

valores más homogéneos, lo que indica que la biomasa por atributo funcional se

distribuyó uniformemente.

El análisis de ordenación (Figura 2.2) mostró las similitudes entre los rasgos y

las variables ambientales con un nivel de estrés de 0,17, una representación

potencialmente adecuada (Clarke & Warwick, 2001). En relación a los rasgos

funcionales, se encontró que no existía similitud entre ellos porque estaban muy

separados en el espacio de ordenación.

20

Figura 2.1. Valores del FADI para: (a) promedio anual, (b) media por época y (d) promedio mensual.

Colores en los símbolos representan los tres períodos evaluados: negro=1980, gris=1998 y

blanco=2011. Se muestra la distribución de probabilidad del 95% y el valor medio para el número de

especies. Esta distribución se realizó con un remuestreo bootstrap (1000 muestras).

21

Figura 2.2. Ordenación (MDS) de los rasgos funcionales (negrita) y las variables ambientales (cursiva).

TL=Nivel Trófico, RG=Gremio Reproductivo, TG=Gremio Trófico, BS=Forma del Cuerpo, MT=Tipo de

Boca, CF=Aleta Caudal, ML=Longitud Máxima, HA=Hábitat, UE=Uso de Estuarios, EH=Hábitat

Esencial, ST=Tolerancia a la Salinidad, DEP=Profundidad, TRA=Transparencia, SST=Temperatura

Superficial, BST=Temperatura del Fondo, SSS=Salinidad superficial y BSS=Salinidad del Fondo.

Para las variables ambientales, la salinidad y la temperatura de superficie y

fondo presentaron comportamientos semejantes en la representación del MDS lo que

indica una alta similitud, razón por la que los valores del fondo no fueron

considerados en la interpretación de los análisis de PCA (Figura 2.2).

Usando los rasgos funcionales seleccionados, los tres primeros componentes

del análisis PCA explicaron el 81.75% de la varianza total (PC1 = 33,75%, PC2 =

31,77% y PC3 = 16,23%). Se identificaron dos grupos principales, un grupo formado

por los períodos 1980 y 2011 y el otro grupo formado por el período de 1998 (Figura

2.3). Para los valores de 1998, 10 de las 12 muestras fueron ordenadas en el

cuadrante superior derecho. Los otros dos períodos fueron ordenados en los otros

cuadrantes, destacando que más de 60% de las muestras de 1980 estaban en el

cuadrante superior izquierdo, y todas las muestras del 2011 en los cuadrantes

inferiores (Figura 2.3). La ordenación de los rasgos funcionales mostró las más altas

(>0,5) correlaciones del primer componente con los rasgos morfológicos (forma del

cuerpo, forma de la boca y la aleta caudal), así como el nivel trófico y hábitat. El

22

segundo componente tenía las más altas correlaciones con los rasgos ecológicos

(gremio reproductivo, uso de estuario, hábitat esencial, de hábitat, y tolerancia a la

salinidad; Tabla 2.2). La variabilidad ambiental mostró la profundidad como la

variable con la mayor correlación con los dos primeros componentes (Figura 2.3).

Figura 2.3. Ordenación de Componentes Principales de los rasgos funcionales (línea continua) de

cada mes en los tres períodos analizados. Colores del símbolo representan los tres períodos

evaluados: negro: 1980, gris: 1998 y blanca: 2011. TL = Nivel Trófico, RG = Gremio Reproductivo, TG

= Gremio Trófico, BS = Forma del Cuerpo, MT = Tipo de Boca, CF = Aleta Caudal, ML = Longitud

Máxima, HA = Hábitat, UE = Uso de Estuarios, EH = Hábitat Esencial, y ST = Tolerancia a la

Salinidad. Además, las variables ambientales (línea punteada) se proyectan para fines de

interpretación. DEP = Profundidad, TRA = Transparencia, SST = Temperatura Superficial, y SSS =

salinidad superficial.

23

Tabla 2.2. Correlaciones entre los rasgos funcionales y los tres primeros componentes principales que

explican el mayor porcentaje de la varianza.

Variable PC 1 PC 2 PC 3

TL 0.91 -0.23 0.09

RG -0.11 0.92 -0.09

TG 0.35 0.08 -0.17

BS -0.94 0.19 -0.12

MT 0.62 0.16 0.66

CF -0.83 -0.25 0.38

ML -0.05 0.91 0.24

HA -0.72 0.53 0.26

UE 0.27 0.86 -0.26

EH 0.18 0.37 -0.87

ST 0.42 0.69 0.45

2.1.4. Discusión

Las tres facetas de índices de diversidad funcional han demostrado ser

independientes de la riqueza y la equidad de las especies. Los índices que utilizan

caracteres individuales y múltiples para identificar rasgos que están específicamente

relacionados con el funcionamiento de los ecosistemas han aumentado en los

últimos años (Mason et al., 2005). El FADI utiliza múltiples atributos en el mismo

análisis, lo que ayuda a inferir estrategias ecológicas y examinar la relación entre la

riqueza de especies y la diversidad funcional (Flynn et al., 2009). Además, la

combinación de múltiples rasgos funcionales puede ayudar a detectar la influencia de

la variabilidad ambiental en la funcionalidad del ecosistema.

La comunidad de peces de las lagunas costeras está sujeta a variaciones

ambientales, que con el tiempo influyen en su composición y, de esta manera,

aumentan o disminuyen la riqueza de especies. Sin embargo, es posible que se vean

afectados en términos del valor biológico de sus rasgos ecológicos y morfológicos

(diversidad funcional) (Botta-Dukát, 2005; Villéger et al., 2012). Por el contrario, el

FADI fue capaz de detectar una variabilidad temporal que puede estar influenciada

por las variables ambientales, principalmente por la profundidad, lo que está

24

relacionado con la varianza explicada de los rasgos funcionales del PC1 y PC2.

Ramos-Miranda et al. (2005a) determinaron que, durante el año 1998, la Laguna de

Términos fue menos profunda, con una mayor transparencia y mayor salinidad, lo

que podría estar relacionado con las abundancias más altas de depredadores de

altos niveles tróficos y afinidad marina como visitantes ocasionales en la laguna. Este

hecho podría estar asociado con cambios en la estructura funcional de las

comunidades biológicas de la laguna. Por ejemplo, el nivel trófico tuvo la mayor

correlación con el PC1. Además, se encontró una variación consistente en la

biomasa de diferentes niveles tróficos en el tiempo, según lo sugerido por Sosa-

López et al. (2005).

Por el contrario, durante los períodos de 1980 y 2011, las condiciones

estuarinas favorecieron la presencia de especies de niveles tróficos intermedios

(Sosa-López et al., 2005). Estos cambios ambientales también condujeron a una

mayor variabilidad taxonómica (Ramos-Miranda et al., 2005a) y de las estructuras

funcionales (este estudio). La mayor variabilidad funcional que se encuentra en los

niveles tróficos de la comunidad de peces también podría estar relacionada con la

pérdida de hábitats críticos que sirvieron como áreas de cría para especies de

niveles tróficos bajos o juveniles de altos niveles tróficos (Lombarte et al., 2012). Una

ligera recuperación de los manglares hacia principios de la década de 2000, en

comparación con la década de 1990, aunque por debajo de la cantidad existente en

la década de 1980 (Sosa-Lopez, 2005), podría explicar por qué la diversidad

funcional fue mayor durante 1998.

Por otra parte, la variabilidad ambiental indujo una respuesta diferente en las

estrategias funcionales o una asociación entre la abundancia de las especies y los

rasgos funcionales medidos (Ramos-Miranda et al., 2005a; Villéger et al., 2012). Esto

último es lo que ocurrió en la laguna, por lo que no es posible sugerir que la pérdida

de un atributo funcional afectaría al funcionamiento del ecosistema (Villéger et al.,

2010; Lombarte et al., 2012). Se ha sugerido que la declaración de la Laguna de

Términos como un área protegida en el año 2004 ha influido en la reorganización de

25

la laguna (Abascal-Monroy et al., 2015) pero aún evidencia contundente dado que

por el persistente y continuo crecimiento urbano, la pesca ilícita y la industria. Sin

embargo, Sirot et al. (2015) han sugerido que las condiciones ambientales de la

laguna, en especial si se miran la variables pH, profundidad y transparencia, afectan

la dominancia de algunas especies y cuyos valores registrados fueron muy similares

entre 1980 y 2011. Este hecho influiría en la gran similitud de los valores de FADI

entre estos dos años, dado que estas variables afectan a un mayor número de

especies que la misma salinidad y temperatura (Sirot et al., 2015). Estos autores

también destacan el hecho que una de las variables ambientales de mayor influencia

en la estructura de la laguna sea la profundidad, lo que coincide con los resultados

de este estudio, como la variable más influyente en la diferencias en el análisis

temporal de la diversidad funcional. La evidencia generada en este estudio apoya la

idea de una reestructuración funcional de la comunidad de peces.

Los diferentes enfoques para evaluar la funcionalidad de una comunidad se han

centrado en el uso de una amplia gama de índices de diversidad funcional. Algunos

de estos índices se basan en la topología de un análisis de conglomerados o las

ramas de las distancias genéticas de la especie, y algunos son ponderados por la

biomasa relativa de la especie, pero pocos han utilizado muchos rasgos a la vez

(Botta-Dukát, 2005). Aunque los índices de diversidad funcional están limitados en su

aplicación, se sugiere que el uso combinado de datos categóricos y continuos en los

cálculos de los índices de las variables de diversidad funcional no son del todo

correcto, pero hay maneras de usarlos realizando transformaciones a la variables

categóricas en variables continuas (Schleuter et al., 2010), como se hizo en el diseño

del FADI. Aunque la realización de este tipo de transformación podría dar lugar a una

cierta pérdida de información (Schleuter et al., 2010), este enfoque nos ha permitido

incorporar múltiples rasgos funcionales en un solo índice de la estructura funcional de

un ecosistema.

El uso de múltiples rasgos funcionales en la evaluación de la funcionalidad de

los ecosistemas podría ayudar a clarificar la respuesta de la comunidad a diversos

26

procesos que pueden ocurrir en el ecosistema y examinar la relación entre la riqueza

de especies y la diversidad funcional de la comunidad (Flynn et al., 2009). Por lo

tanto, es importante incluir variables y/o rasgos funcionales de diferentes tipos que

pueden describir la funcionalidad del ecosistema, independientemente de sus

características (Cornwell et al., 2006). A la fecha no existe un estándar de cuántos y

cuáles rasgos hay que usar para calcular la diversidad funcional, sin embargo este

índice ha sido diseñado para ser ponderado por el número de rasgos funcionales que

se usen, y su fortaleza radica en la valoración de los rasgos menos comunes o

redundantes. El uso de muchas especies y muchos rasgos funcionales mostró

mejores resultados que usando pocas especies y rasgos funcionales, lo que fue

confirmado mediante el uso de índices taxonómicos, niveles tróficos y redes tróficas,

y podría maximizar diferentes propiedades del ecosistema (Schleuter et al., 2010).

La selección de los rasgos funcionales y el número necesario para evaluar la

diversidad funcional de una comunidad es uno de los retos en la medición de la

diversidad funcional. Actualmente, como se ha mencionado, no existe un acuerdo

sobre las características que se deben tener en cuenta para seleccionar los rasgos

útiles para medir la diversidad funcional, sólo se hace énfasis en que estas

características deban ser medibles. Es importante destacar que es estrictamente

necesario que el número de especies deba ser mayor que el número de rasgos

funcionales evaluados. Con este enfoque, se ha podido discriminar las variaciones

temporales en la diversidad funcional de los ecosistemas que cambian

constantemente debido a las altas fluctuaciones de las condiciones ambientales.

Recientemente, en la evaluación de la diversidad funcional se ha incluido la

ponderación por la abundancia de los rasgos funcionales de las especies (Schleuter

et al., 2010). Como resultado de esta ponderación, la diversidad funcional se ha

dividido en tres tipos de medición que evalúan las diferentes facetas de la diversidad

funcional: riqueza, equidad y divergencia. La riqueza funcional mide cómo existen

muchos atributos funcionales en un espacio o nicho determinado. La equidad

funcional y divergencia funcional miden la distribución y el grado de la abundancia en

27

este nicho, respectivamente, dentro de la comunidad (Schleuter et al., 2010). Las tres

facetas miden diferentes aspectos de la diversidad funcional y por lo tanto podrían

ser independientes entre sí con respecto a varios rasgos o caracteres funcionales

(Schleuter et al., 2010). Debido a que el FADI pondera el valor funcional de cada

especie por su abundancia, se puede indicar que el índice evalúa la segunda faceta

que se ha descrito anteriormente, midiendo el grado de distribución de la abundancia

en los rasgos funcionales.

Como la diversidad funcional consiste en la riqueza y frecuencia de los rasgos

morfológicos y fisiológicos fundamentales, las comunidades con un alto número de

especies, pero diversidad funcional baja, puede decirse que tienen alta "redundancia

funcional" (Petchey et al., 2007; Flynn et al., 2009). La alta redundancia funcional se

produce cuando las especies se solapan en sus rasgos, lo que puede reflejar

solapamiento de nicho si los rasgos se definen de una manera biológicamente

apropiada (Flynn et al., 2009). El FADI muestra redundancia funcional cuando los

valores están fuera de la distribución de probabilidad. En otras palabras, cuando los

valores estuvieron por debajo de la distribución, la estructura funcional fue dominada

por especies con los rasgos redundantes, y cuando los valores estaban por encima

de la distribución, la estructura funcional fue dominada por especies con rasgos

menos comunes. En 1998, se encontró una mayor redundancia dada por la alta

biomasa de rasgos funcionales menos comunes, mientras que para los otros dos

periodos, los valores se mantuvieron dentro de la distribución de probabilidad

indicando mayor equidad funcional.

En muchos casos, la diversidad ecológica ha sido relacionada y utilizada como

un indicador importante de la función del ecosistema (Tilman et al., 1997; Hooper et

al., 2002), ya que los cambios en la diversidad, distribución y abundancia espacio-

temporal de los organismos puede alterar el funcionamiento de los ecosistemas

(Naeem & Wright, 2003). La diversidad taxonómica fue utilizada como un descriptor

de la funcionalidad, pero el funcionamiento de los ecosistemas no se rige por el

contenido filogenético de su biota; más bien, el funcionamiento de los ecosistemas se

28

regirá por las características funcionales de cada uno de los individuos y su

distribución, abundancia y actividad biológica. Aunque la variabilidad de la diversidad

taxonómica de la laguna se ha informado (Ramos-Miranda et al., 2005a), estos

resultados muestran la importancia de evaluar la funcionalidad de los ecosistemas a

través de índices que asumen que las especies más estrechamente relacionadas

tienen atributos funcionales muy similares. Por lo tanto, la incorporación de rasgos

morfológicos y funcionales similares o diferentes de la importancia ecológica en la

comunidad de peces puede revelar cambios en los procesos que contribuyen al

funcionamiento de los ecosistemas. Del mismo modo, una reorganización funcional

fue evidente en la comunidad de peces de la Laguna de Términos durante los años

estudiados. Por esta razón, la comunidad de peces de la laguna y las variables

ambientales se deben seguir estudiando para la evaluación de los efectos del estrés

ambiental sobre la estructura funcional de necton en el ecosistema.

3. EQUIVALENCIA FUNCIONAL DE LA COMUNIDAD DE PECES

30

3.1. Equivalencia funcional de la comunidad de peces en Laguna de

Términos en tres periodos (1980, 1998 y 2011).

3.1.1. Introducción

En el análisis de redes, dos elementos son equivalentes estructuralmente si

comparten características semejantes dentro de un sistema o una red (Borgatti &

Everett, 1989). Este concepto ha sido descrito para conocer la interacción de

individuos dentro de un grupo o red como una función de su estatus o clase social

(Boyd & Everett, 1999). En redes tróficas, el papel de las especies o grupo de

especies está determinado muchas veces por sus relaciones con otros miembros

dentro de la misma red. Cada componente de un ecosistema en equilibrio cumple

con un papel en el soporte de la estructura y las interacciones biológicas con otros

elementos de la misma red (Pascual & Dunne, 2006; Antony et al., 2010). Los

cambios en la abundancia y distribución de las especies han evidenciado impactos

en la estructura del sistema (Garrison & Link, 2000; Sosa-López et al., 2005). Así, la

importancia de cada especie o grupo de especies dentro de los ecosistemas ha sido

objeto de estudios en los últimos años (Libralato et al., 2006; Jordán et al., 2008).

Los componentes que estructuran una red tienen atributos que apoyan a la

distinción entre cada uno de ellos (Borgatti et al., 2013). El análisis topológico de

redes aporta información relevante acerca de la importancia que cada uno de los

nodos puede tener en una red. Quizás los indicadores topológicos mayormente

usados en el estudio de las redes tróficas son los de centralidad que determinan la

relevancia de un grupo funcional desde su posición en la trama trófica hasta la

cantidad de energía que circula a través de él (Molina et al., 2006). Otros indicadores

que ayudan a discernir la importancia de los nodos dentro de la red han sido los

índices de especie clave (K) que incluyen la información que se comparte con los

otros grupos funcionales (Jordán et al., 2006).

31

Además del estudio de la relevancia de los actores en las redes, otro de los

objetivos fundamentales en el análisis de redes, sobre todo en ciencias sociales, es

encontrar similitudes entre los actores. Para lograr esto, se ha utilizado el análisis de

equivalencia (Fan et al., 2007). En términos estrictos, la equivalencia es aquella

donde los actores son estructuralmente equivalentes cuando sus relaciones

topológicas son idénticas o están igualmente relacionadas con los otros actores del

mismo sistema (Batagelj et al., 1992; Borgatti & Everett, 1993). Con este enfoque, se

ha evaluado el rol de cada actor dentro de una red, donde cada uno de ellos que es

evaluado debe tener las mismas características de su actor equivalente (Everett &

Borgatti, 1994).

El objeto del presente capítulo es evaluar las similitudes o diferencias del rol

funcional de las especies ícticas de la Laguna de Términos mediante el uso del

enfoque de equivalencia del análisis de redes. La particularidad de este enfoque, es

que permite relacionar a las especies usando sus rasgos funcionales. La premisa es

que dos especies tienen un rol similar si comparten los mismos tipos de rasgos

funcionales. Se analizaron también los cambios en las equivalencia regular en los

tres periodos de tiempo (1980, 1998 y 2011), comparando con el análisis de

diversidad funcional.

3.1.2. Análisis de los datos

A partir de los rasgos funcionales de las 128 especies (Tabla 2.1), se

construyeron matrices de incidencia para cada uno de los periodos, para representar

las relaciones entre las especies y sus rasgos funcionales (Anexo 3.1). Estas

matrices de incidencia tienen m número de filas que representan las especies y n

número de columnas que representan cada uno de los rasgos funcionales. La

información que contiene es de tipo binaria y representa la presencia (1) o ausencia

(0) de todos los rasgos funcionales de la comunidad íctica. Para el análisis de

equivalencia, dichas matrices de incidencia se convirtieron en matrices de

adyacencia (m x m). Dada una matriz de incidencia binaria (m x n), la matriz de

32

adyacencia (m x m) representará el número de rasgos funcionales que comparten las

especies. De ahí que aij es el número de rasgos funcionales que comparten la

especie i y la especie j. Las matrices de adyacencia generadas de esta forma son

simétricas, de tal forma que aij = aji. (Borgatti et al., 2013).

Para el análisis de equivalencia funcional se usó el algoritmo de equivalencia

regular (REGE) de acuerdo a Luczkovich et al. (2003). Conceptualmente este análisis

implica que si el actor i y j son equivalentes y el actor i tiene alguna similitud

funcional con el actor k, entonces el actor j deberá tener la misma similitud que el

nodo i, por tanto el actor k e i serán equivalentes funcionalmente. En este caso, las

especies equivalentes funcionalmente no están relacionadas a los mismos terceros,

pero están conectados a terceros equivalentes. A partir de este algoritmo, la matriz

de salida mostró los coeficientes (entre 0 y 1) de la equivalencia funcional entre las

especies. Todos los análisis fueron realizados usando el software para análisis de

redes sociales UCINET 6 (Borgatti et al., 2002). Los detalles del algoritmo son

explicados y discutidos por Borgatti & Everett (1993) y Luczkovich et al. (2003).

Finalmente, se realizó un análisis de agrupamiento a través de un dendograma para

observar la equivalencia funcional a través de los bloques formados.

Para efectos de comparación, se calcularon índices de diversidad funcional

para los bloques resultantes del análisis de equivalencia. Se utilizó una prueba de

Kruskal-Wallis para evaluar la existencia de diferencias entre los bloques formados

en cuanto a los índices de diversidad funcional en cada periodo estudiado. Así

mismo, se empleó un análisis de agrupamiento jerárquico aglomerativo, a partir de

una matriz de similitud conformada por las especies pertenecientes a cada bloque en

cada periodo estudiado. La similitud se midió con el índice de Jaccard que muestra el

grado de similitud de dos muestras por las especies presentes en ellas usando la

abundancia en número de individuos y transformando los datos a ln(X+1) para

balancear el aporte a la similitud de las especies raras y comunes (Clarke & Warwick,

2001). Los resultados del análisis de agrupamiento se presentaron en un

33

dendograma donde se muestran el total de los bloques y su nivel de similitud al cual

dos bloques se consideran unidos.

3.1.3. Resultados

A partir del análisis de equivalencia regular, el elenco sistemático de las 128

especies de peces formó ocho bloques representadas por diferentes números de

especies (Tabla 3.1). El arreglo se pudo representar en un árbol que mostró, además

de los ocho bloques, más afinidad funcional entre las especies de los bloques A-B, C-

D, E-F y G-H (Figura 3.1). En el análisis de equivalencia de cada uno de los periodos,

algunas especies fueron reorganizadas en otros bloques con los cuales guardaban

mayor equivalencia. Calculando el porcentaje de coincidencia de especies, que es

simplemente que la especie A se acomodara en el mismo bloque en los otros dos

periodos, mostró que respecto al periodo de 1980, el segundo periodo (1998) fue

más semejante en cuanto al análisis de equivalencia de especies (83%) que el tercer

periodo (2011 = 76%). Algunas especies fueron recurrentes en los tres periodos, lo

que estaría asociado con su dominancia en la comunidad (Tabla 3.2).

El análisis de diversidad funcional con el FADI, a nivel de cada bloque, mostró

diferencias significativas entre los diferentes bloques formados en los tres periodos

(Figura 3.2). Se destaca que en los bloques formados durante los tres periodos, se

observa la misma tendencia a excepción del año 2011 donde se muestra que el

bloque D presentó una diversidad funcional mayor que en los otros dos periodos. Al

realizar el análisis de agrupamiento jerárquico aglomerativo, a pesar que la

composición específica de los bloques equivalentes presentó variabilidad en las tres

épocas, los bloques sugirieron una similitud relativamente considerable en los tres

periodos (Figura 3.3). Esto es, los bloques H, G, F, E, B y C se mantuvieron

asociados por su mayor similitud, interpretados como equivalentes funcionalmente,

con los elementos del mismo bloque en otro periodo que con los elementos del

mismo periodo. Los bloques A y D, en el caso del periodo 2011, presentaron mayor

similitud con bloques de otros periodos que con bloques del mismo año.

34

Tabla 3.1. Composición por especies para el elenco sistemático de los bloques formados en el análisis

de equivalencia.

A B C

Acanthostracion quadricornis Anchoa hepsetus Bothus ocellatus

Stephanolepis hispidus Anchoa lyolepis Ancylopsetta ommata

Aluterus schoepfii Eucinostomus gula Syacium gunteri

Sphoeroides pachygaster Anchoa mitchilli Opsanus beta

Monacanthus ciliatus Conodon nobilis Achirus lineatus

Sphoeroides spengleri Micropogonias furnieri Symphurus civitatium

Sphoeroides testudineus Trachinotus falcatus Symphurus plagiusa

Syngnathus louisianae Anchoa lamprotaenia Gobionellus oceanicus

Sphoeroides greeleyi Opisthonema oglinum Etropus crossotus

Sphoeroides maculatus Syngnathus fuscus Syngnathus scovelli

Odontoscion dentex Sardinella brasiliensis Sphoeroides nephelus

Sphoeroides parvus Archosargus probatocephalus Chilomycterus schoepfii

Nicholsina usta usta Archosargus rhomboidalis Trinectes maculatus

E Cetengraulis edentulus Citharichthys spilopterus

Elops saurus Micropogonias undulatus Bathygobius soporator

Centropomus parallelus Eucinostomus melanopterus Hippocampus erectus

Sphyraena barracuda Harengula jaguana D

Lobotes surinamensis Chriodorus atherinoides Himantura schmardae

Ariopsis felis Diplectrum bivittatum Dasyatis americana

Bagre marinus Stellifer lanceolatus Dasyatis hastata

Chloroscombrus chrysurus Calamus penna Dasyatis sabina

Mugil cephalus Eucinostomus argenteus Gymnura micrura

Lutjanus analis Dactylopterus volitans Rhinobatos lentiginosus

Lagocephalus laevigatus Bairdiella chrysoura F

Strongylura notata notata Menticirrhus saxatilis Selene vómer

Lutjanus apodus Dorosoma petenense Orthopristis chrysoptera

Caranx latus Dorosoma anale Caranx crysos

Centropomus undecimalis Menticirrhus americanus Caranx hippos

Trichiurus lepturus Diapterus auratus Cynoscion nothus

Centropomus poeyi Diapterus rhombeus Caranx ruber

Synodus foetens Eugerres plumieri Chaetodipterus faber

Lutjanus griseus Diplectrum formosum Lagodon rhomboides

Epinephelus itajara Haemulon aurolineatum Cynoscion nebulosus

Mugil curema Brevoortia gunteri Trachinotus goodei

G H Oligoplites saurus

Prionotus beanii Cichlasoma urophthalmum Cynoscion arenarius

Prionotus carolinus Mycteroperca bonaci Peprilus paru

Prionotus martis Lutjanus synagris Ocyurus chrysurus

Prionotus punctatus Gymnothorax nigromarginatus Selene setapinnis

Prionotus rubio Scorpaena brasiliensis Bairdiella ronchus

Prionotus scitulus Polydactylus octonemusx Trachinotus carolinus

Prionotus tribulus Ophichthus gomesii Hemicaranx amblyrhynchus

Cathorops melanopus Haemulon bonariense Porichthys porosissimus Gymnothorax saxicola

Scorpaena plumieri

Haemulon plumierii

Urobatis jamaicensis

35

Figura 3.1. Arreglo jerárquico a partir del análisis de equivalencia regular utilizando una matriz de

atributos funcionales.

Tabla 3.2. Especies recurrentes en los bloques (Bq) formados en el análisis de equivalencia.

Especie Bq Especie Bq Especie Bq

Acanthostracion quadricornis A Ariopsis felis E Bairdiella ronchus F

Monacanthus ciliatus A Bagre marinus E Cynoscion arenarius F

Nicholsina usta usta A Caranx crysos E Cynoscion nebulosus F

Stephanolepis hispidus A Centropomus parallelus E Cynoscion nothus F

Bairdiella chrysoura C Chloroscombrus chrysurus E Haemulon bonariense F

Eucinostomus argenteus C Lagocephalus laevigatus E Haemulon plumierii F

Eucinostomus gula C Lutjanus analis E Hemicaranx amblyrhynchus F

Eucinostomus melanopterus C Lutjanus griseus E Lagodon rhomboides F

Stellifer lanceolatus C Trichiurus lepturus E Orthopristis chrysoptera F

Achirus lineatus B Lutjanus synagris H Polydactylus octonemus F

Citharichthys spilopterus B Scorpaena plumieri H Synodus foetens F

Gobionellus oceanicus B Urobatis jamaicensis H Cathorops melanopus G

Opsanus beta B Prionotus punctatus G

36

Figura 3.2. Análisis de diversidad funcional usando el FADI entre los bloques formados en al análisis

de equivalencia de cada periodo analizado. La línea punteada indica el valor del FADI calculado para

el periodo indicado.

FA

DI

37

Figura 3.3. Análisis de clasificación jerárquica mediante el índice de similitud de Jaccard. Se

indican los años y los bloques resultantes del análisis de equivalencia resultante en cada periodo

utilizando el método de vinculación promedio.

3.1.4. Discusión

El análisis de redes es uno de los más prometedores en las investigaciones

sociales, sin ser una “teoría” formal que especifica leyes, proposiciones o

correlaciones, es una estrategia para investigar estructuras, sobre todo sociales

(Emirbayer & Goodwin, 1994). En los últimos años, el incremento de estudios usando

el análisis de redes en las comunidades biológicas es evidente (Zetina-Rejón et al.,

2003; Cruz-Escalona et al., 2007; Navia et al., 2010; Barberán et al., 2012; Abascal-

Monroy et al., 2015; Navia et al., 2016). El uso del concepto de equivalencia en este

trabajo buscaba encontrar un esquema de equivalencia funcional para valorar las

especies que pueden tener el mismo valor funcional en el ecosistema de la Laguna

de Términos. El concepto de equivalencia ha sido usado en el análisis de redes para

38

examinar el rol de cada actor dentro de la misma, pero mayormente se utiliza como

una función de la cohesión social, aunque ha sido empleado como una función para

medir la posición o rol equivalente (Mizruchi, 1993). Los resultados muestran que un

conjunto de especies, recurrentes (Tabla 3.2) en los tres periodos evaluados pueden

ser equivalentes funcionalmente considerando sus atributos de historia de vida y

morfológicos (Tabla 2.1).

Los resultados obtenidos muestran la formación de 8 bloques a nivel general

pero con pocas variaciones en cuanto a la composición de cada uno de ellos en los

tres periodos evaluados (Anexo 3.2). Estás diferencias podrían deberse al hecho que

en los últimos dos periodos estudiados el número de especies fue mayor. A

diferencia de los resultados del FADI en el capítulo 2, que mostraron al periodo de

1998 como el de mayor redundancia funcional y diferenciado de los otros dos

periodos, en este capítulo este fue el año de mayor semejanza en cuanto al análisis

de equivalencia respecto al periodo inicial. La diferencia en la equivalencia funcional

entre especies, puede generar cambios de importancia en el rol de las especies,

como lo reportan Abascal-Monroy et al. (2015). Estos autores, en un análisis de

centralidad, mostraron que para los dos primeros periodos (1980 y 1998) las

especies de la familia Mugilidae resultaron ser las que relacionaron más de cerca con

otros actores de la red trófica y para el periodo 2011, fueron reemplazadas por

especies de la familia Clupeidae. El cambio pudo deberse a la diferencia en la fuente

primaria de energía ya que estas dos familias poseen hábitos tróficos muy diferentes.

La primera de ellas se basa más en la cadena de detritus, en tanto que la segunda

depende más de la productividad primaria, particularmente el fitoplancton.

Schleuter et al. (2010) en un análisis de distintos índices de diversidad funcional

acotan el uso de un análisis de agrupamiento aglomerativo basado en las

abundancias o rasgos funcionales para estudiar las “igualdades” o rol semejante de

ellas, el uso de los análisis de equivalencia puede resultar en una buena alternativa

(Mizruchi, 1993). Aunque en esta sección no se utilizó el análisis de agrupamiento

para evaluar la similitudes de roles funcionales, el análisis de equivalencia mostró

39

que las especies del periodo 2011, específicamente de los bloques H, B, A, E y D, la

equivalencia funcional fue más disimilar que los otros dos periodos. Uno de los

factores que puede influir en este arreglo es que para el periodo de 2011, el bloque D

estuvo formado por rayas lo que podría indicar que estas especies ya tienen baja

equivalencia funcional con otros miembros de elenco. Esto es porque a mayor

concordancia de rasgos funcionales, la correlación entre las especies posicionadas

dentro de un solo bloque se incrementa y son más equivalentes funcionalmente

(Mizruchi, 1993).

En el análisis del FADI por cada uno de los bloques formados, se denota la

misma tendencia en cuanto al aporte de cada bloque a la diversidad funcional. Es

importante observar que el grupo D, en especial en el periodo 2011, presentó un

comportamiento distinto, incrementándose el valor funcional del bloque, resaltando el

valor funcional de la rayas. El agrupamiento de solamente rayas en este bloque,

pudo ser porque comparten más atributos funcionales entre ellas que con otras

especies, mientras que en los períodos anteriores se agruparon con especies más

“equivalentes” funcionalmente (Borgatti & Everett, 1989).

Cada uno de los bloques formados presentó atributos funcionales diferenciados,

es decir, al realizar el análisis de equivalencia, la agrupación buscó especies más

equivalentes funcionalmente para realizar el agrupamiento. Si se revisan los grupos

desde el nivel trófico (TL), se puede dividir en dos grandes grupos, los que tiene TL

promedio mayor y menor a 3.5. En el primer caso están los bloques A, B y C, y para

el segundo caso los bloques D, E, F, G y H. De este segundo grupo, el bloque D se

destaca por la presencia del grupo de peces batoideos que tiene morfología y rasgos

funcionales (e.g. gremio reproductivo) que contrastan con los rasgos funcionales de

las especies de los otros bloques. En el primer grupo (bloque A, B y C), la

diferenciación estuvo en primera instancia por la forma del cuerpo (A: Globiformes, B:

Compresiformes y C: Depresiforme) y después por el tipo de boca, forma de aleta

caudal y el hábitat. Para el segundo grupo de bloques, la forma del cuerpo el tipo de

boca y la forma de la aleta caudal discriminaron los otros bloques (Tabla 3.3).

40

Tabla 3.3. Principales rasgos funcionales que caracterizaron a cada uno de los bloques formados en el

análisis de equivalencia.

Bloque Nivel

Trófico Medio

Gremio Reproductivo*

Gremio Trófico Forma del

Cuerpo Tipo de Boca Aleta Caudal

A 3.13 OHP Carnívoros-Invertívoros Globo Terminal Redondeada

B 3.27 OHP Carnívoros-Invertívoros

Comprimido Lateral Protáctil Bifurcada

C 3.35 OHP Carnívoros-Invertívoros

Comprimido Ventral Terminal Redondeada

D 3.53 OVO Carnívoros-Invertívoros

Comprimido Ventral Ventral Sin Caudal

F 3.81 OHP Carnívoros-Ictioinvertívoros

Comprimido Lateral Proyectante Bifurcada

G 3.76 OHP Carnívoros-Ictioinvertívoros

Comprimido Ventral Inferior Truncada

H 3.83 OHP Carnívoros-Ictioinvertívoros Alargado Proyectante Varias

E 3.91 OHP Carnívoros-Ictioinvertívoros Sagitiforme Proyectante Bifurcada

* OHP: Ovíparos Huevos Pelágicos; OVO: Ovovivíparos

En cuanto a las especies recurrentes, estás pertenecen a familias que siempre

se encuentran en la laguna (Ramos-Miranda et al., 2005a), a pesar de los cambios

en las especies dominantes y abundancia de la laguna en los últimos años (Ramos-

Miranda et al., 2015). Otro aspecto importante a destacar es el hecho de que en

estas especies recurrentes en los bloques, se encuentran cuatro de los cinco

especies dominantes reportadas para la zona (Ariopsis felis, Cathorops melanopus,

Eucinostomus gula y Bairdiella chrysoura) a pesar de encontrarse en una

reestructuración del ecosistema tanto temporal como espacial (Ramos-Miranda et al.,

2015) indicando que en la laguna ocurren procesos internos de autoorganización del

sistema.

41

Finalmente, se puede destacar el hecho que la equivalencia usada en el

análisis de redes puede ser útil para evaluar especies que funcionalmente son

equivalentes con los rasgos evaluados. Así mismo, distinguir especies que se

mantienen en los mismos grupos durante los tres periodos (especies recurrentes),

que puede ser aquellas especies de mayor aporte a la estructura comunitaria para en

el mantenimiento de las funciones del ecosistema.

4. ANÁLISIS FUNCIONAL DE LOS PECES A NIVEL DEL ECOSISTEMA

43

4.1. El rol de la ictiofauna en los procesos de auto-organización en la

Laguna de Términos

4.1.1. Introducción

En una red trófica, cada componente de un ecosistema tienen un papel en el

soporte de las estructuras biológicas y las interacciones con los demás miembros de

la red (Pascual & Dunne, 2006; Antony et al., 2010). Algunos modelos tróficos se han

descrito para evaluar el impacto humano sobre los ecosistemas marinos, donde los

niveles tróficos bajos e intermedios están representados por organismos forrajeros

(e.g., invertebrados y peces pelágicos pequeños), con una alta diversidad de

especies en ambos lados de la red alimentaria (Cury et al., 2000). Estas especies

han sido catalogadas como especies clave porque mantienen la integridad y

estabilidad del ecosistema (Libralato et al., 2006; Jordán et al., 2008). La importancia

de cada especie o grupo de especies dentro de los ecosistemas ha sido abordado en

los últimos años y un cambio en un componente siempre tendrá efectos en otros,

aunque un impacto sobre un componente concreto se propaga fuertemente a

algunos otros, moderadamente a muchos más y casi nada a la mayoría restante

(Pahl-Wostl & Ulanowicz, 1993).

A partir de estos modelos, algunos índices de desarrollo del ecosistema se han

generado que son de utilidad para la comprensión de los mecanismos y las

tendencias de las redes tróficas en el funcionamiento de los ecosistemas (Ulanowicz,

1986). Estos índices, basados en la teoría de la información, cuantifican el grado de

desarrollo y potencial de crecimiento de los ecosistemas (Ulanowicz, 1986, 2004;

Scharler & Baird, 2005; Ulanowicz et al., 2009). Son usados para describir la cantidad

de energía que fluye a través del ecosistema, la energía que se da a través de los

flujos organizados, la máxima organización en el ecosistema, la cantidad de energía

a través de flujos no organizados, el nivel de especialización de los flujos, entre otros

aspectos (Ulanowicz, 1986; Ulanowicz, 1997; Tobor-Kapłon et al., 2007). Otros

índices se han utilizado para evaluar la estabilidad o resiliencia del ecosistema

44

(Vasconcellos et al., 1997; Mageau et al., 1998; Heymans et al., 2002; Heymans et

al., 2007; Arreguín-Sánchez, 2014).

Para la Laguna de Términos, se han construido tres modelos tróficos que

representan la red alimentaria de este ecosistema y que corresponden a los periodos

1980, 1998 y 2011 (Abascal-Monroy et al., 2015). Los modelos fueron construidos

utilizando el enfoque Ecopath con Ecosim (EwE) que representa cómo la energía

fluye entre los diferentes componentes biológicos del sistema a través de las

relaciones depredador-presa (Abascal-Monroy et al., 2015).

Se conoce que la reducción o eliminación de cualquier especie o grupo de

especie que forman parte de la estructura del ecosistema, sin duda afectarán las

relaciones en la red alimentaria (Pauly et al., 2000). A través de la modelación con

EwE se ha tratado de identificar los grupos claves dentro de una red (Libralato et al.,

2006) y valorar el papel ecológico que una especie tiene dentro de una red (Riofrío-

Lazo et al., 2013). Es este capítulo, se analizará el papel ecológico de la ictiofauna a

través de algunos índices estimados a partir de los resultados de la modelación del

ecosistema en los tres periodos.

4.1.2. Análisis de los datos

Los modelos que representan la red trófica de la laguna en los tres diferentes

periodos consideraron 41 grupos funcionales (delfines, aves marinas, tortugas

marinas, 25 grupos de peces, 4 de crustáceos, moluscos, equinodermos,

microcrustáceos, poliquetos, meiobentos, zooplancton, pastos marinos, fitoplancton y

detritus) (Abascal-Monroy et al., 2015). Los resultados de estos modelos fueron

utilizados para explorar el papel de los grupos de peces en el ecosistema. Para ello,

se construyó una matriz de datos con varios parámetros de entrada e índices

estimados por los modelos para cada grupo funcional.

45

Se usó la biomasa (B, t/km2), Producción/Biomasa (P/B, año-1),

Consumo/Biomasa (Q/B, año-1), Producción/Consumo (P/Q, año-1), índice de

omnivoría (IO), respiración (R, t km2/año-1), nivel trófico (TL), Producción/Respiración

(P/R) y Respiración/Asimilación (R/A) como índices estructurales. Así mismo se

estimaron el índice de grado y de especie clave a partir de la matriz de consumo

depredador-presa resultante del modelo EwE (Anexo 4.1). El primero es simplemente

una medida de centralidad y es el número de conexiones (tróficas) en un grupo. Esta

dado por la sumatoria de los conexiones de entrada o presas (Din,i) y las de salida o

depredadores (Dout,i), es decir, 𝐷𝑖 = 𝐷𝑖𝑛,𝑖 + 𝐷𝑜𝑢𝑡,𝑖, (Jordán et al., 2006). El índice de

especie clave considera, además de la información de sus vecinos, la información de

los vecinos de estos (Jordán et al., 2006) y está dado por:

𝐾 = ∑1

𝑑𝑐

𝑛

𝑐=1

(1 + 𝐾𝑏𝑐) + ∑1

𝑓𝑒

𝑚

𝑒=1

(1 + 𝐾𝑡𝑒)

Donde n es el número de depredadores de la especie i, dc es el número de

presas de su c-ésimo depredador y Kbc representa el índice clave del c-ésimo

depredador. Simétricamente, m es el número de presas de la especie i, fe es el

número de depredadores de la presa e-ésima y Kte representa el índice clave de la e-

ésima presa.

Sumado a estos, con la matriz de consumos (Anexo 4.1), se calcularon índices

funcionales derivados de la teoría de la información tales como la Información Mutual

Promedio (AMI, por sus siglas en inglés), que describe el nivel de especialización de

los flujos (Ulanowicz, 1986) y se calcula de la forma:

𝐴𝑀𝐼 = ∑ (𝑇𝑖𝑗

𝑇..) 𝑙𝑜𝑔 (

𝑇𝑖𝑗𝑇..

𝑇.𝑖𝑇.𝑗)

𝑖,𝑗

Donde i representa las presas y j lo depredadores, T.. = ∑ijTij es la suma total

de todos los flujos, también conocido como rendimiento total del sistema (Ulanowicz,

2002). Ti. y T.j son los rendimientos de salida y entrada de un nodo, respectivamente;

Ti. = ∑jTij representa todas las salidas de i en un intervalo de tiempo, mientras que T.j

es todo lo que entra a j en ese mismo período de tiempo (Ulanowicz et al., 2009).

46

Así mismo, en la teoría de la información se usa el rol o número efectivo de

roles (Ro), vital para entender la complejidad, que describe el número de diferentes

funciones que están ocurriendo en el sistema y cuyo análogo es: log Ro = AMI

(Zorach & Ulanowicz, 2003). Así, el Ro de cada grupo se calculó como eAMI.

Otro índice funcional es la Ascendencia (A), que cuantifica el nivel de actividad,

crecimiento, desarrollo y grado de organización del ecosistema y debe aumentar a

medida que el sistema madura a través de su desarrollo (Ulanowicz, 1980; Ulanowicz

& Norden, 1990). Se estima como:

𝐴 = ∑ 𝑇𝑖𝑗

𝑖,𝑗

log (𝑇𝑖𝑗𝑇..

𝑇𝑖.𝑇.𝑗)

El complemento de la ascendencia es el overhead (Φ), que mide el desorden,

incoherencia y la información disipativa que el sistema reserva y se calcula como:

𝛷 = − ∑ 𝑇𝑖𝑗

𝑖,𝑗

log (𝑇2

𝑖𝑗

𝑇𝑖.𝑇.𝑗)

Además, ésta teoría postula que con la suma de la ascendencia del sistema y el

overhead se obtiene su capacidad de desarrollo en general (C = A + Φ). La

capacidad y la ascendencia podrían reducirse si el sistema es afectado por

perturbación (Baird & Ulanowicz, 1993).

Para analizar la contribución de cada grupo funcional, se exploró el efecto

funcional de la eliminación de cada uno de los grupos en los atributos globales del

ecosistema relacionado con el concepto de ascendencia. Para efectos comparativos,

la ascendencia es comúnmente expresada proporcional a la capacidad de desarrollo,

de esta manera la tasa de ascendencia relativa (A/C) puede presentar el grado de

crecimiento, organización y desarrollo de un sistema (Ulanowicz & Mann, 1981).

Teniendo en cuenta esta aseveración, se calcularon las tasas derivadas de medir el

rol funcional de cada grupo: (A/C)i que será el cambio relativo en la tasa de

ascendencia calculada cuando el grupo i se extrae del sistema y (Ai/A) es el cambio

47

relativo de la ascendencia cuando el grupo i es extrae del sistema, con respecto a la

ascendencia original (Riofrío-Lazo et al., 2013). En este mismo sentido, se calculó el

aporte de cada grupo funcional o especie de la ictiofauna al FADI y el indicador (O/C)

que representa la redundancia en el sistema (Arreguín-Sánchez, 2014). En el caso

del FADI, para las especies que no son peces, se usó el valor de la diversidad

funcional calculado para cada periodo en el capítulo 2. Para efectos de comparación

y evaluar el rol de los grupos de peces en el ecosistema, la ictiofauna fue analizada

en dos grupos teniendo en cuenta el nivel trófico (TL<3,0 y TL>3,0).

4.1.3. Resultados

Las matrices con los valores de los índices ecológicos y ecosistémicos

estimados para valorar la contribución de cada grupo al funcionamiento del

ecosistema se muestran en el Anexo 4.2. Para el análisis del papel de las especies

de la ictiofauna en el ecosistema se tuvo en cuenta las variables (A/C)i, D, Ro, TL,

O/C, B y P/B, por ser las que mostraron correlaciones significativas más fuertes

(rs>0,70) y el FADI para comparar el índice de diversidad funcional con los índices

ecológicos y ecosistémicos (Figura 4.1). Una fuerte correlación positiva fue

encontrada entre el índice (A/C)i con Ro y TL (Correlación de Sperman rs=0,96 y 0,79

respectivamente; p<0,05). En este mismo sentido, entre la variable D con B y con Ro

pero esta última fue negativa (rs=0,90 y -0,73 respectivamente; p<0,05). En el caso

de TL, se relacionó significativamente con otras variables como Ro (rs = 0,82), (O/C)i

(rs=-0,79) y (A/C)i (rs=0,79), entre otras variables. El índice de diversidad funcional

FADI, sólo se relacionó significativamente de manera débil con las variables (A/C)i y

(O/C)i (rs=-0,37 en ambos casos) (Figura 4.1). El indicador de cambio relativo de la

ascendencia (Ai/A) por cada grupo funcional se relacionó significativamente con

diversas variables pero más fuertemente con Ro (rs > 0,90), (A/C)i y (O/C)i.

Fig

ura

4.1

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tém

ico

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uncio

na

l).

46

49

En el análisis de la tendencia de los índices, se observa que en el Ro

contrastado con el aporte relativo de cada grupo al orden del sistema (A/C), muestra

como los niveles tróficos menores a tres tienen un rol menor que las especies del

nivel trófico superior a tres, pero tienen un aporte relativo más alto al orden del

sistema para el primer periodo (Figura 4.2). Durante los otros dos periodos, la

tendencia observada fue totalmente contraria al periodo inicial, en donde las especies

con valores de rol más alto y con mayor aporte al orden del sistema fueron las

especies de niveles tróficos superiores, sobre todo en el periodo de 1998. Por otra

parte, para 2011 los grupos parecen acomodarse en la parte central del diagrama,

indicando que el aporte al orden y el rol en el sistema se presentan en las mismas

proporciones tanto los niveles tróficos superiores como los inferiores (Figura 4.2).

Caso similar sucede en la tendencia de la relación del índice de grado (D) y el rol

(Ro), donde las especies de nivel trófico superior tuvieron un rol mayor pero con

menor índice de grado en 1980. A diferencia de la anterior comparación, esta

tendencia se mantuvo durante los otros dos periodos, pero para 2011 las diferencias

entre especies de los niveles tróficos mayores y menores a tres no fueron tan

marcadas.

En la correlación entre el nivel trófico (TL) y el rol (Ro), se evidencia un cambio

en su tendencia, mostrando para los periodos inicial y final una pendiente positiva, es

decir, los niveles tróficos superiores presentan los mayores valores de rol que los

inferiores. En el periodo intermedio (1998), la pendiente a pesar de ser positiva tiende

a estar cercana a cero, por lo que todos los niveles tróficos tendrían el mismo rol en

el sistema. El índice (O/C) como medidor de redundancia, comparado con el índice

de diversidad funcional no evidencia una clara tendencia, pero fue posible observar

que el aporte relativo a la redundancia del sistema por la ictiofauna fue mayor en el

periodo inicial que en los otros dos periodos (Figura 4.4).

50

Figura 4.2. Diagrama de dispersión para visualizar la tendencia entre los índices seleccionados para

los grupos de peces en1980 (arriba), 1998 (medio) y 2011 (abajo): Ro contra (A/C)i y D. Los símbolos

en negro indican especies de peces de nivel trófico superior a tres y los rojos niveles tróficos inferiores

a tres. AGU: Agujas, ANC: Anchovetas, ANG: Anguilas, BAG: Bagres, BAR: Barbudos, CIN: Cintillas,

COR: Corvinas, IGU: Iguanas, ISA: Isabelitas, JUR: Jureles, LIS: Lisas, MER: Meros, MOJ: Mojarras,

MOM: Mojarras mexicanas, PAR: Pargos, GLO: Peces Globo, PLA: Peces Planos, ROC: Peces Roca,

PEJ: Pejesapos, PER: Pericos, RAY: Rayas, ROB: Robalos, RON: Roncos, SAR: Sardinas, SAG:

Sargos.

51

Figura 4.3. Diagrama de dispersión para la visualización de la tendencia entre los índices Ro y TL para

los periodos 1980 (izquierda), 1998 (centro) y 2011 (derecha).

Figura 4.4. Relación entre el índice de diversidad funcional FADI y el índice de redundancia relativa

(O/C) para 1980 (izquierda), 1998 (centro) y 2011 (derecha). Los símbolos en negro indican especies

de peces de nivel trófico superior a tres y los rojos niveles tróficos inferiores a tres. AGU: Agujas, ANC:

Anchovetas, ANG: Anguilas, BAG: Bagres, BAR: Barbudos, CIN: Cintillas, COR: Corvinas, IGU:

Iguanas, ISA: Isabelitas, JUR: Jureles, LIS: Lisas, MER: Meros, MOJ: Mojarras, MOM: Mojarras

mexicanas, PAR: Pargos, GLO: Peces Globo, PLA: Peces Planos, ROC: Peces Roca, PEJ:

Pejesapos, PER: Pericos, RAY: Rayas, ROB: Robalos, RON: Roncos, SAR: Sardinas, SAG: Sargos.

52

En cuanto a la relación del nivel trófico (TL) y el indicador de redundancia,

mostró que ligeramente los niveles trófico inferiores (TL<3,0) hacen mayor aporte a la

redundancia del sistema (Figura 4.5). Así mismo, en el análisis de rol (Ro) y el aporte

relativo de cada grupo a la ascendencia (Ai/A) se observó que durante el primer

periodo las especies de niveles tróficos menores a tres tenían un rol menos relevante

en cuanto al aporte en la ascendencia del ecosistema, y que con el paso del tiempo,

este rol se ha igualado con especies de niveles tróficos mayores (TL>3,0) (Figura

4.6).

Figura 4.5. Diagrama de dispersión para la visualización de la tendencia entre los índices TL y (O/C)i

para los periodos 1980 (izquierda), 1998 (centro) y 2011 (derecha).

Figura 4.6. Diagrama de dispersión para la visualización de la tendencia entre los índices Ro y (Ai/A)

para los periodos 1980 (izquierda), 1998 (centro) y 2011 (derecha).

53

4.1.4. Discusión

La valoración del crecimiento y desarrollo de los ecosistemas se ha basado

principalmente en la medición de los flujos de energía utilizados para describir su

estructura y funcionamiento (Scharler, 2009). Dentro de la estructura y

funcionamiento del ecosistema, cada componente posee un rol para el

mantenimiento del balance. El uso del índice de grado para expresar la importancia

de un grupo funcional dentro de la red trófica, usado muchas veces como índice de

especie clave (Sole & Montoya, 2001), por sí solo representa solamente la

importancia estructural. Al usarlo con otros indicadores ecológicos se podría conocer

la contribución ecológica al ecosistema. Los resultados sugieren que especies con el

mismo valor del índice de grado, presentan roles diferentes, siendo las especies de

más altos niveles tróficos los que juegan roles más relevantes en el ecosistema. Por

otro lado, estas especies con nivel trófico inferior (TL<3.0) realizaban un aporte

mayor al orden del sistema en 1980, no así para los dos periodos más recientes

donde especies de nivel trófico superior (TL>3.0), realizaron mayores aportes al

orden del sistema, contribuyendo a la especialización y madurez del ecosistema

(Riofrío-Lazo et al., 2013)

La importancia de una especie puede ser discutida en dos sentidos: (1) la que

representa para el ecosistema y la naturaleza y (2) la importancia para los científicos

y público en general (Riofrío-Lazo et al., 2013). En un ecosistema, la resiliencia está

relacionada con cambios en su estructura y función, lo que podría significar cambios

en diferentes atributos del ecosistema como la producción, diversidad, omnivoría, la

relación biomasa/respiración, entre otros (Arreguín-Sánchez, 2014). La relación entre

el potencial de crecimiento del sistema (O) y su capacidad de desarrollo (C), O/C,

representa a la redundancia en el sistema, que en el caso de la Laguna de Términos

durante los tres periodos de evaluación se observaron cambios siendo mayor en el

periodo inicial (1980) que los otros dos periodos. Incluso, este indicador fue menor

para el último periodo. En este mismo sentido, las especies de nivel trófico menor a

54

tres influyeron más en la relación O/C para el periodo inicial, mientras que en los

otros dos periodos, la tendencia es que todos los peces tienen el mismo aporte a la

redundancia del sistema. Dado esto, se esperaba que tuviese el mismo

comportamiento que el índice de diversidad funcional, para evaluar la posibilidad de

tener dos indicadores de funcionalidad por dos fuentes diferentes. Sin embargo, los

resultados no fueron consistentes aunque la correlación haya sido negativa y

significativa, y en el segundo periodo el aporte de los peces a la redundancia del

sistema haya disminuido en comparación con 1980.

Por otro lado, el aporte de las especies de las dos categorías de niveles tróficos

a la redundancia fue muy similar en los tres periodos, es decir que en término de

organización y resiliencia realizan los mismos aportes (Ulanowicz, 2002) a pesar de

mostrar una diversidad funcional diferente. Esto significa que diferentes funciones en

el sistema contribuirían casi de la misma manera a la organización del sistema. En un

ecosistema, los grupos funcionales con un rol similar ayudan a que la estructura,

organización y funcionamiento se mantengan con el paso del tiempo (Chapin III et al.,

2000). Con esto en mente y conociendo el aporte de cada grupo funcional a la

resiliencia del ecosistema, se observó que con el paso del tiempo esta ha disminuido

paulatinamente poniendo en peligro su estabilidad o balance. Esto significa una baja

en la reserva de energía del ecosistema que tendría para resistir embates lo que

podría verse reflejado en una disminución en la resistencia y menor capacidad de

recuperación para volver al estado inicial (Arreguín-Sánchez, 2014). Así mismo, esta

disminución en la reserva de energía puede ver disminuía la capacidad de mantener

la estructura y funcionalidad del ecosistema (Walker, 1992).

Por otro lado, el hecho de que las especies contribuyan más o menos de la

misma forma a la resiliencia y el hecho de que los valores de diversidad funcional de

los grupos funcionales cambien en la escala temporal podría evidenciar un

mecanismo de re-estructuración del sistema relacionado con su capacidad de auto-

organización. En este mismo sentido, la disminución de los niveles de organización y

resiliencia puede comprometer su potencial de auto-organización (Ulanowicz, 1980;

55

Costanza & Mageau, 1999). Es importante mencionar el grupo de peces ha sido

destacado como el de mayor aporte a la resiliencia del ecosistema (Ulanowicz, 1986;

Ruiz-Barreiro, 2012).

Los grupos funcionales mostraron comportamiento similares en cuanto al rol en

el ecosistema, este resultado es consistente con lo reportado por Arreguín-Sánchez

& Ruiz-Barreiro (2014) quienes, a través de simulaciones, estimaron la vulnerabilidad

relativa de distintos ecosistemas, señalando que para el caso de la Laguna de

Términos, la simulación mostró que perturbando ciertos grupos funcionales

relacionados a los peces (e.g. Mojarras, Roncos, Bagres), la medida de orden (A/C)

mostró poca variación y, por el contrario, cuando se perturbaron otros grupos (e.g.

camarones, fitoplancton, zooplanton, microcrutáceos) la ganancia o pérdida del orden

fue evidente.

Los cambios en los aportes de cada grupo funcional podrían estar dados por la

simple dinámica de la laguna, que encuentra una alternancia entre especies del

mismo grupo funcional o incluso con otras especies u otros grupos equivalentes

funcionalmente. Lo anterior, sumado a la reserva u overhead, lideran los procesos de

auto-organización para el mantenimiento del orden en el ecosistema. En este

contexto, la remoción de alguna de las especies o en su defecto de algunas de las

funciones alteraría la función y organización del ecosistema (Srivastava, 2002; Duffy,

2008; Arreguín-Sánchez & Ruiz-Barreiro, 2014).

Otro punto que hay que destacar es un cambio en el aporte al orden o a la

entropía (desorden) del ecosistema. Para el periodo inicial (1980), las especies de

niveles tróficos medios a altos hacen mayor aporte al orden, mientras que las de

niveles tróficos menores lo hacen a la entropía, y por tanto a la vulnerabilidad del

ecosistema (Arreguín-Sánchez & Ruiz-Barreiro, 2014). Contrario a lo acontecido para

el periodo inicial, los siguientes periodos el rol fue cambiado siendo los niveles

tróficos bajos (TL<3.0) los de mayor aporte al orden. Este intercambio en los roles de

cada uno de los grupos funcionales de la ictiofauna evidencian su importancia en los

56

procesos de resiliencia, capacidad, sostenibilidad y auto-organización, conceptos que

están fuertemente relacionados (Ulanowicz et al., 2009).

La respuesta dinámica del ecosistema, mostrada en los tres periodos evaluados

con cada uno de los indicadores usados, evidencia la no linealidad y complejidad de

un proceso como lo es la auto-organización, en donde cada uno de sus componentes

también obedece a las interacciones con otros miembros del ecosistema y con el

medio (Camazine et al., 2003). Los procesos de auto-organización están regidos por

algunos procesos ecológicos como son la sucesión, la estabilidad y la teoría del caos

(Margalef, 1968; Odum, 1983; Hansson & Helgesson, 2003). La ascendencia,

indicador del crecimiento de un ecosistema dentro de estos indicadores, también

representa la cantidad de enlaces que pueden implicar una capacidad de auto

organización que ayudará a una etapa de madurez y desarrollo (Ulanowicz, 1986).

Así, el mayor aporte relativo de cada grupo funcional al crecimiento del ecosistema

como soporte a estos procesos de auto-organización fue dado por los grupos de

peces con niveles tróficos menores a tres, y con el paso del tiempo se fueron

estabilizando en la medida de igualar sus aportes a ambos grupos de peces. Es

importante mencionar que el aporte fue mucho mayor en el primer periodo que

durante los dos periodos siguientes.

Por otro lado, un ecosistema puede mantener orden si tiene energía de reserva

suficiente, lo que generará un aumento en la entropía (Ulanowicz, 1986).

Relacionado con los procesos de auto-organización, a mayor relación del indicador

del orden del ecosistema (A/C) menor será la capacidad de auto-organización

(Ulanowicz et al., 2009). En este estudio, las especies de peces con niveles tróficos

menores a tres, mostraron bajos aportes a la auto-organización del ecosistema de la

laguna, durante el primer periodo (1980) en comparación con los otros dos periodos

(1998 y 2011). A nivel específico, los sargos (SAR) presentaron los mayores

cambios, siendo menor el aporte en 1980 que en los otros dos periodos. No sucedió

lo mismo con la ictiofauna de niveles trófico mayores a tres que mostraron la misma

tendencia en los tres periodos, a excepción del grupo de las corvinas (COR) que para

57

el primer periodo tenía lo mayores aportes en los procesos de auto-organización y

para los otros dos periodos fue inferior, incluso por debajo de especies del grupo de

niveles tróficos menores a tres.

5. DISCUSIÓN GENERAL

59

La Laguna de Términos es considerada un ecosistema estuarino crítico e

importante con una alta productividad (primaria y secundaria), diversidad ecológica y

de importancia para las distintas pesquerías que se realizan en el sur del Golfo de

México. Está conectada funcionalmente con la zona adyacente (Sonda de

Campeche) y dadas las condiciones hidrobiológicas, estacionalidad ambiental y

complejidades de orden social, económico y ecológico han hecho que su manejo sea

muy complicado (Yáñez-Arancibia & Day Jr, 2005).

El estudio desde la perspectiva ecológica se ha direccionado al uso de

indicadores que evalúan sus atributos ecológicos (riqueza, diversidad, índices

taxonómicos) y como estos responden a la variabilidad climática (Sosa-Lopez, 2005).

Solamente en los últimos años, se ha destacado el uso de la diversidad funcional

para evaluar la estructura funcional de este ecosistema, siempre teniendo presente

que para mantener la estructura y el funcionamiento del ecosistema es importante la

biodiversidad (para la robustez del ecosistema), modularidad (desarrollo de

subestructuras dentro de la red trófica) y redundancia funcional (variedad de

especies con el mismo rol funcional) (Arreguín-Sánchez, 2014; Abascal-Monroy et

al., 2015). Esta última (roles ecológicos similares) es de vital importancia para la

estabilidad del ecosistema y una disminución provocaría una pérdida de la

redundancia de especies en el ecosistema (Navia et al., 2016). En la Laguna se

denotó un aumento en la redundancia funcional del periodo de 1998, y mayor

equidad en los periodos 1980 y 2011. Lo anterior como consecuencia de una mayor

presencia de rasgos funcionales menos comunes, dada posiblemente por la

presencia de muchas especies marinas que visitan la laguna debido a su variabilidad

climática, influenciada por los diferenciales aportes de agua dulce de los principales

afluentes, las entradas de agua salina, la precipitación anual y fuertes vientos que

afectan las condiciones de los diferentes hábitats (Yáñez-Arancibia & Day Jr, 2005).

Esta presencia de especies marinas, que bien podrían ser consumidores de recursos

dentro de la laguna, influyen en la abundancia, distribución y estructura de la

población de las presas e indirectamente influyen en el funcionamiento del

ecosistema (Estes et al., 2001). Igualmente, la alta diversidad de hábitats estuarinos

60

y las diferentes fuentes de productividad primaria (principalmente manglares, pastos

marinos y vegetación arrastrada por los ríos que desembocan en la laguna) influyen

notablemente en la abundancia de la comunidad íctica y su diversidad, dada la alta

correlación entre el ambiente físico y los procesos biológicos del ecosistema lagunar

(Yáñez-Arancibia & Day, 1982; Sosa-Lopez, 2005; Yáñez-Arancibia & Day Jr, 2005).

Por otro lado, la variabilidad en el entorno pueden afectar algunas especies más

que a otras como resultado de sus diferentes características biológicas, ecológicas y

de historia de vida (Mouillot et al., 2012; Sirot et al., 2015). Aunque la profundidad fue

la variable abiótica de mayor influencia en la diversidad ecológica, se ha destacado

que la salinidad es importante en el control de la biodiversidad, la distribución de

organismos y la abundancia de los distintos grupos bióticos. Así mismo, la

transparencia afecta a la productividad de los productores primarios en la columna de

agua (fitoplancton, microalgas, macroalgas y pastos marinos) (Yáñez-Arancibia &

Day Jr, 2005). La primera de ellas fue mayor y la segunda menor durante 1998

respecto a los otros dos periodos estudiados. Además de estas variables, la

variabilidad del pH y la transparencia, afectan a la estructura comunitaria (Ramos-

Miranda et al., 2005a), e incluso a los atributos biológicos y funcionales (Sirot et al.,

2015).

Otro aspecto a destacar es que los cambios en la intensidad y dirección de las

interacciones ecológicas entre las aguas de la Laguna de Términos y la Sonda de

Campeche provocan cambios en la diversidad, distribución, abundancia y

persistencia de los recursos (Yáñez-Arancibia & Day Jr, 2005). Esto puede explicar el

hecho que la equivalencia funcional de las especies presente cambios a lo largo de

los tres periodos analizados alternando algunas especies entre los periodos pero

siempre teniendo especies dominantes dentro de cada uno de los bloques de la

equivalencia funcional. Esta respuesta también puede deberse al hecho que los

ecosistemas en general no tienen un equilibrio como tal, de modo que están

cambiando de composición, contenido o tratamiento de los nutrientes y la energía

(Pickett & Cadenasso, 2002). Incluso se ha destacado que aún no se logra entender

61

como las especies persisten en las redes tróficas complejas aun cuando sufran

perturbaciones rápidas y fuertes (Montoya et al., 2006).

Una característica importante de la cadena trófica de la laguna es su alta

conectividad (Yáñez-Arancibia & Day Jr, 2005; Abascal-Monroy et al., 2015), por lo

que podría reflejarse en que todos los grupos de peces realizan la misma

contribución a la organización del ecosistema. Por eso, además de poseer roles

ecológicos como la transformación de la energía a partir de los productores

primarios, transferencia activa de esta energía a través de la cadena trófica,

intercambio de energía entre los sistemas vecinos a través de la migración,

almacenamiento de energía en el ecosistema y actores en la regulación de la

energía, poseen roles importantes y semejantes en el orden y estructura del sistema.

Así mismo, aquellas que mayores aportes hacen a la diversidad ecológica tienen

menores aportes a la reserva del sistema. En el análisis de los ecosistemas a través

de la modelación de la biodiversidad, ha sido importante el incluir el papel de la

riqueza de especies, especies clave, grupos funcionales y el ensamblaje en los

procesos del ecosistema, ya que podrían aclarar el papel de cada uno de

componentes de la diversidad en la función de los ecosistemas (Pickett &

Cadenasso, 2002)

Por otra parte, se ha destacado que la resiliencia y la organización (A/C)

disminuye con el incremento de la temperatura (Christian et al., 2005; Arreguín-

Sánchez, 2014) pero nuestros resultados muestran que quizás la respuesta no sólo

está dada por el aumento de la temperatura sino por otros factores externos

forzantes. Por ejemplo, si se tiene en cuenta el índice multivariado del niño, se

observan tres momentos diferentes para los tres periodos evaluados (1980-1981 año

“normal”; 1998-1999 “niño fuerte”; 2010-2011 “niña fuerte”; Figura 5.1). En este

mismo sentido, cambios interdecadales en la estructura trófica han sido asociados

con modificaciones hidrológicas en ecosistemas estuarinos (Baird & Heymans, 1996;

Christian et al., 2005). Así mismo, se ha relacionado cambios interdecadales en las

interacciones tróficas influenciadas por la fluctuación climática decadal del Atlántico

62

Norte (AMO con oscilación entre 8 a 12 años) creando condiciones favorables y

desfavorables en la cuenca y que podrían influir en la dinámica de las poblaciones de

la laguna, como ha incidido en otros organismos en el Sur del Golfo de México (del

Monte-Luna et al., 2012; Arreguín-Sánchez et al., 2015)

Figura 5.1. Índice multivariado de oscilación del sur/”el niño” (ENSO por su sigla en inglés) para los

últimos 65 años. Se destacan dentro de los recuadros verdes los periodos de evaluación. Modificado

de: Observatorio_ARVAL (2016).

En este sentido, se destaca que la estructura comunitaria o grupos funcionales

de peces son de vital importancia para el mantenimiento de la estructura,

funcionamiento y productividad de consumidores de la Laguna de Términos (Yáñez-

Arancibia & Day Jr, 2005). Debido a que los ecosistemas marinos se encuentran en

constante cambio como respuesta a todas las perturbaciones, es importante destacar

el rol de las especies de peces con niveles tróficos menores a tres, quienes han

llevado el principal papel de soportar todas estas incidencias externas para mantener

la estructura, orden y funcionamiento del ecosistema en la Laguna de Términos

desde 1980, pero que ha ido en descenso con el paso del tiempo, llegando incluso a

igualarse con el otro grupo analizado (TL>3.0) con el paso del tiempo.

A nivel ecosistémico, es importante que esta reserva de energía que aún se

tiene la Laguna de Términos pueda mantenerse para recuperar el equilibrio. Llevar a

la laguna a sobrepasar los límites que impliquen un sistema en un estado alternativo,

podría comprometer su respuesta a perturbaciones naturales para el mantenimiento

63

de la estructura y funcionamiento. Así, para no llegar a esos límites es más fácil el

control sobre las afectaciones antrópicas como la deforestación y la sobrepesca para

mantener esta energía de reserva (Arreguín-Sánchez, 2014).

6. CONCLUSIONES GENERALES

65

La equidad funcional calculada a partir del FADI detectó una variabilidad

temporal influenciada por las variables ambientales, principalmente por la

profundidad y que podría estar relacionado con altas abundancias de

depredadores de altos niveles tróficos y afinidad marina como visitantes

ocasionales en la laguna asociado con cambios en la estructura funcional de las

comunidades biológicas de la laguna.

Los resultados obtenidos en el análisis de diversidad funcional entre los tres

periodos mostraron a dos periodos (1980 y 2011) dentro de la distribución de

probabilidad esperada, mientras que 1998 por fuera de esta distribución. La

evidencia generada apoya la idea de una reestructuración funcional de la

comunidad de peces. Aunque se ha demostrado cambios en la diversidad

taxonómica de peces de la laguna, también es importante evaluar aquellos

aspectos que estén relacionados con los rasgos funcionales para revelar

cambios en los procesos que contribuyen al su funcionamiento. Es así que los

resultados mostrados en la evaluación de la diversidad funcional, la laguna

evidencia una reorganización funcional durante los años estudiados.

Todos los peces juegan un papel importante en los flujos de nutrientes a lo

largo de los niveles tróficos. Es importante reconocer que existen especies que

pueden tener equivalentes funcionales en el elenco sistemático. Es por esto que

es de vital importancia aquellas especies recurrentes encontradas en el análisis

de equivalencia, que ha sido descritas como especies residentes, por lo cual se

deberían tener programas de conservación de estas para el mantenimiento de

la estructura y funcionamiento del ecosistema, ya que podrían ser los actores

claves en la reorganización de la estructura funcional.

Las especies de peces presentaron roles diferenciales teniendo en cuentas los

niveles tróficos superiores e inferiores a tres. Los primeros fueron más

importantes en mantener el orden en el ecosistema durante los dos periodos

más recientes, no así para el periodo de 1980, que los mayores aportes al

orden fueron realizados por la especies de niveles tróficos menores a tres.

La redundancia del sistema fue menor con el paso del tiempo. En el periodo

inicial fue mayor el aporte de la especies con niveles tróficos menores a tres a

66

la redundancia del sistema. En los otros dos periodos, todas las especies

realizaron el mismo aporte a la energía de reserva de la Laguna de Términos.

Dado que las dos categorías de niveles tróficos realizan aportes a la

organización y resiliencia del sistema, se demuestra que diferentes funciones

contribuyen de la misma manera a la organización del sistema.

Durante el análisis temporal, se observó una disminución de la reserva

energética (resiliencia) del sistema necesaria para su resistencia y recuperación

ante embates ambientales o antrópicos, por lo que se podría comprometer la

estructura y funcionamiento del ecosistema.

La alternancia entre los grupos de especies de peces en los roles que juegan

en el ecosistema evidencia los mecanismos de reestructuración del sistema

relacionado con su capacidad de auto-organización.

La respuesta dinámica del ecosistema, mostrada en los tres periodos evaluados

con cada uno de los indicadores usados, evidencia la no linealidad y

complejidad de un proceso como es la auto-organización, en donde cada uno

de sus componentes también obedece a las interacciones con otros miembros

del ecosistema y con el medio.

El mayor aporte relativo de las diferentes especies al crecimiento del

ecosistema, como soporte a estos procesos de auto-organización, fue dado por

los grupos de peces con niveles tróficos menores a tres en el primer periodo

evaluado. Para los periodos más recientes, los aportes de todas las especies

fueron muy similares.

67

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> 4.00

OGO

OHBFP

OHBSFP

OHP

OVO

Ictioinvertivoros

Piscivoros

Invertívoros

Omnívoros

Planctívoros

Anguiliforme

Compresiforme

Depresiforme A

Depresiforme B

Fusiforme

Globiforme

Sagitiforme

Teniforme

Otras Formas

Oblicua

Superior

Terminal

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Invertívoros

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Semiventral

Redondeada

Truncada

Emarginada

Semilunada

Bifurcada

Confluente

Punteada

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Piscivoros

Invertívoros

Omnívoros

Planctívoros

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Compresiforme

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Depresiforme B

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Globiforme

Sagitiforme

Teniforme

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112

113  

Anexo 3.2. Bloques de equivalencia funcional para el elenco sistemático de peces de la Laguna de Términos para los tres periodos evaluados.

A-1980 B-1980 C-1980

Acanthostracion quadricornis Achirus lineatus Anchoa hepsetus Aluterus schoepfii Citharichthys spilopterus Anchoa lamprotaenia Ancylopsetta ommata Dasyatis hastata Anchoa mitchilli Bothus ocellatus Dasyatis sabina Bairdiella chrysoura Chilomycterus schoepfii Etropus crossotus Cetengraulis edentulus Nicholsina usta usta Gobionellus oceanicus Chriodorus atherinoides Sphoeroides greeleyi Hippocampus erectus Diapterus rhombeus Sphoeroides nephelus Opsanus beta Eucinostomus argenteus Sphoeroides spengleri Symphurus plagiusa Eucinostomus gula Sphoeroides testudineus Syngnathus scovelli Eucinostomus melanopterus Stephanolepis hispidus Trinectes maculatus Eugerres plumieri

F-1980 E-1980 Harengula jaguana

Bairdiella ronchus Ariopsis felis Stellifer lanceolatus

Caranx hippos Bagre marinus D-1980

Chaetodipterus faber Centropomus undecimalis Archosargus probatocephalusCichlasoma urophthalmum Chloroscombrus chrysurus Archosargus rhomboidalis Cynoscion arenarius Lagocephalus laevigatus Menticirrhus americanus Cynoscion nebulosus Lutjanus analis Micropogonias undulatus Cynoscion nothus Lutjanus griseus Odontoscion dentex Haemulon bonariense Trichiurus lepturus Opisthonema oglinum

Haemulon plumierii G-1980 Syngnathus louisianae

Menticirrhus saxatilis Cathorops melanopus H-1980

Oligoplites saurus Prionotus beanii Lutjanus synagris Orthopristis chrysoptera Prionotus carolinus Ophichthus gomesii Polydactylus octonemus Prionotus punctatus Porichthys porosissimus Selene vomer Prionotus scitulus Scorpaena plumieri Synodus foetens Prionotus tribulus Urobatis jamaicensis

114  

Continuación Anexo 3.2.

A-1998 B-1998 F-1998

Acanthostracion quadricornis Achirus lineatus Bairdiella ronchus Chilomycterus schoepfii Bathygobius soporator Cynoscion arenarius Etropus crossotus Citharichthys spilopterus Cynoscion nebulosus Hippocampus erectus Dasyatis sabina Haemulon bonariense Monacanthus ciliatus Gobionellus oceanicus Haemulon plumierii Nicholsina usta usta Himantura schmardae Hemicaranx amblyrhynchus Sphoeroides greeleyi Opsanus beta Lagodon rhomboides

Sphoeroides nephelus D-1998 Ocyurus chrysurus Sphoeroides spengleri Archosargus probatocephalus Oligoplites saurus Stephanolepis hispidus Archosargus rhomboidalis Orthopristis chrysoptera Symphurus civitatium Calamus penna Polydactylus octonemus Symphurus plagiusa Conodon nobilis Selene setapinnis Syngnathus scovelli Diapterus auratus Selene vomer Trinectes maculatus Diapterus rhombeus Synodus foetens

E-1998 Eugerres plumieri Trachinotus carolinus Ariopsis felis Haemulon aurolineatum Trachinotus falcatus Bagre marinus Menticirrhus americanus Trachinotus goodei

Caranx crysos Menticirrhus saxatilis G-1998

Caranx hippos Micropogonias undulatus Cathorops melanopus Centropomus parallelus Opisthonema oglinum Chaetodipterus faber Centropomus poeyi Sphoeroides testudineus Mugil cephalus Chloroscombrus chrysurus Syngnathus louisianae Mugil curema

Elops saurus C-1998 Peprilus paru

Epinephelus itajara Anchoa hepsetus H-1998

Lagocephalus laevigatus Anchoa mitchilli Cichlasoma urophthalmum Lobotes surinamensis Bairdiella chrysoura Gymnothorax saxicola Lutjanus analis Brevoortia gunteri Lutjanus synagris Lutjanus apodus Cetengraulis edentulus Mycteroperca bonaci Lutjanus griseus Dorosoma petenense Ophichthus gomesii Prionotus carolinus Eucinostomus argenteus Porichthys porosissimus Strongylura notata notata Eucinostomus gula Prionotus scitulus Trichiurus lepturus Eucinostomus melanopterus Urobatis jamaicensis

Harengula jaguana Sardinella brasiliensis Stellifer lanceolatus

115  

Continuación Anexo 3.2.

A-2011 C-2011 B-2011

Acanthostracion quadricornis Bairdiella chrysoura Achirus lineatus Anchoa hepsetus Dactylopterus volitans Ancylopsetta ommata Anchoa lyolepis Diapterus auratus Chilomycterus schoepfii Anchoa mitchilli Diapterus rhombeus Citharichthys spilopterus Cetengraulis edentulus Eucinostomus argenteus Etropus crossotus Diplectrum formosum Eucinostomus gula Gobionellus oceanicus Dorosoma anale Eugerres plumieri Hippocampus erectus Dorosoma petenense Menticirrhus americanus Opsanus beta Haemulon aurolineatum Menticirrhus saxatilis Sphoeroides greeleyi Harengula jaguana Micropogonias furnieri Sphoeroides nephelus Monacanthus ciliatus Micropogonias undulatus Sphoeroides parvus Mugil curema Sphoeroides maculatus Sphoeroides spengleri Opisthonema oglinum Sphoeroides testudineus Syacium gunteri Sphoeroides pachygaster Stellifer lanceolatus Symphurus plagiusa Stephanolepis hispidus Syngnathus fuscus Syngnathus scovelli

F-2011 G-2011 Trinectes maculatus

Aluterus schoepfii Cathorops melanopus E-2011

Archosargus probatocephalus Porichthys porosissimus Ariopsis felis Archosargus rhomboidalis Prionotus carolinus Bagre marinus Bairdiella ronchus Prionotus martis Caranx crysos Chaetodipterus faber Prionotus punctatus Caranx hippos Cynoscion arenarius Prionotus rubio Caranx latus Cynoscion nebulosus Prionotus scitulus Caranx ruber

Cynoscion nothus H-2011 Centropomus parallelus Diplectrum bivittatum Cichlasoma urophthalmum Chloroscombrus chrysurus

Haemulon bonariense Gymnothorax nigromarginatus Lagocephalus laevigatus

Haemulon plumierii Lutjanus synagris Lutjanus griseus Hemicaranx amblyrhynchus Scorpaena brasiliensis Oligoplites saurus Lagodon rhomboides Scorpaena plumieri Peprilus paru Orthopristis chrysoptera Urobatis jamaicensis Selene setapinnis

Polydactylus octonemus D-2011 Selene vómer

Synodus foetens Dasyatis americana Sphyraena barracuda

Dasyatis sabina Trichiurus lepturus Gymnura micrura Rhinobatos lentiginosus

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0.

56

0.02

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53

0.23

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- 1.

09

34

Equ

inod

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94

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12

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0.

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01

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2.65

35

Mic

rocr

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28

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13

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1

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94

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19

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0.05

-

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02

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47

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08

- 3.

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39

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2.

94

38

Zoo

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04

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05

- -

- -

- -

0.05

1.

37

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19

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16

0.76

4.

14

39

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Mar

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2.39

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41

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40

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76

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Det

ritos

-

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0.

10

- 0.

00

- 0.

70

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05

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64

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37

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64

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627

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119

  C

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4.1

.

1980

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38

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27

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56

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48

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18

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19

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Cam

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n bl

anco

0.

34

- -

0.09

-

- 0.

63

0.35

0.

11

- -

0.24

0.

25

0.0

9

0.1

2

- 0.

16

31

C

amar

ón

café

0.

02

- -

0.01

-

- 0.

41

0.02

0.

04

- -

0.01

0.

02

0.0

1

0.01

-

-

32

Cam

aró

n ro

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0.

02

- -

0.01

-

- 0.

49

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11

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0.

02

0.0

1

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1

- -

124

  C

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inu

ació

n A

nexo

4.1

.

1998

P

resa

\ D

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dad

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19

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29

30

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32

33

34

33

Mol

usco

s -

0.28

-

0.01

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0.18

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22

1.32

-

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- 0

.75

34

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62

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- -

1.82

35

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0.

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36

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-

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-

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08

0.40

-

0.40

0.

09

0.9

6

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0.

44

- 1.

97

37

Mei

obe

ntos

-

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0.

01

0.03

0.

15

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17

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10

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49

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2.

01

38

Zoo

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0.

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03

- -

- -

- -

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0.

64

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09

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84

39

Pas

tos

mar

inos

-

1.58

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01

- -

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-

- 0.

05

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63

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7.

07

40

Fito

plan

cton

-

- -

- 0.

19

- -

- -

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-

- -

- -

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90

41

Det

ritus

-

2.25

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- 0.

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- 1.

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05

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14

14.5

318

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n A

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4.1

.

1998

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38

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Mar

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41

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16

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- 0.

44

13

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Lisa

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09

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11

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05

18

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- 1.

41

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19

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26

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Rob

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29

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Ron

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Det

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127

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1.

2011

P

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6 A

ngu

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0.00

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7 B

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01

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10

Cor

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0.03

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Igua

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Isab

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17

Moj

arra

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exic

anas

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00

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18

Par

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0.01

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19

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21

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-

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23

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-

-

24

Ray

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- -

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0

- -

25

Rob

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- -

-

26

Ron

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01

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-

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28

Sar

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31

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- 0

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29

Jaib

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31

Cam

aró

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45

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0.01

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00

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-

32

Cam

aró

n ro

sado

-

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07

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01

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0.

00

- -

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  C

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n A

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0.01

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Mic

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Pol

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Det

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-

- 0.

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- -

- -

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- -

- -

-

22

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- -

- 0.

00

- -

- -

0.02

-

- -

- -

- -

-

23

Per

icos

0.

00

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

24

Ray

as

- -

- -

0.04

-

- -

- -

- -

- -

- -

-

25

Rob

alos

-

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

26

Ron

cos

0.02

-

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

-

27

Sar

dina

s 0.

00

- -

- -

- -

0.00

-

0.00

-

- -

- -

- -

28

Sar

gos

- -

- -

0.03

-

- -

0.05

-

- -

- -

- -

-

29

Jaib

as

0.06

-

0.05

0.

21

0.02

0.

28

- 0.

02

0.02

-

- -

- -

- -

-

30

Cam

aró

n bl

anco

0.

13

- -

0.78

-

- 0.

18

0.12

0.

18

- -

0.11

0.

20

0.06

0.

12

- 0.

08

31

Cam

aró

n ca

0.01

-

- 0.

05

- -

0.12

0.

01

0.06

-

- 0.

01

0.01

0.

00

0.01

-

-

32

Cam

aró

n ro

sado

0.

01

- -

0.05

-

- 0.

14

0.01

0.

18

- -

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0.

01

0.00

0.

01

- -

130

  C

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n A

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4.1

.

2011

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24

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26

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28

29

30

31

32

33

34

33

Mol

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0.35

-

0.07

-

0.26

0.

39

0.04

-

- 0.

21

0.60

-

- -

- 0.

37

34

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- 0.

74

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26

0.13

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08

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-

0.07

0.

01

- 0.

25

- -

- -

0.96

35

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rocr

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25

0.81

1.

96

0.90

0.

49

- 0.

61

0.04

0.

04

0.03

0.

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0.

01

0.00

0.

00

- 1.

11

36

Pol

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0.02

0.

15

0.08

-

0.10

-

0.65

0.

02

0.81

-

0.35

0.

04

0.76

0.

24

0.42

-

1.15

37

Mei

obe

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-

0.28

0.

03

0.26

0.

18

- 0.

34

- 0.

17

- 1.

23

- 1.

31

0.43

0.

85

0.83

0.

96

38

Zoo

plan

cton

0.

03

0.60

0.

08

- -

- -

- -

0.08

0.

56

- 0.

16

0.05

0.

10

0.38

1.

50

39

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tos

mar

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-

2.01

0.

03

- -

1.00

-

- 0.

09

0.02

2.

64

1.01

1.

05

0.33

0.

66

1.41

3.

90

40

Fito

plan

cton

-

- -

- 0.

23

- -

- -

0.26

-

- -

- -

0.55

0.

98

41

Det

ritus

-

2.84

0.

18

- 0.

01

- 0.

51

- 0.

09

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63

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3.

62

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2.

28

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11

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131

  C

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n A

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4.1

.

2011

P

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35

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- -

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0.17

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-

- -

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40

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38

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21

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- 0.

42

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0.18

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0.04

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16

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06

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0.67

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35

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0.90

25

Rob

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-

- -

- -

- 0.

08

26

Ron

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0.44

27

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- -

- -

- 0.

12

28

Sar

gos

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1.42

29

Jaib

as

- -

- -

- -

0.83

30

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anco

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67

31

Cam

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n ca

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0.62

32

Cam

aró

n ro

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-

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- 1.

07

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132

  

2011

P

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06

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Equ

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06

36

Pol

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2.13

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37

Mei

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38

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40

40

Fito

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4

41

Det

ritus

18

.79

70

.33

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.48

2.

99

- -

-

133

134  

Anexo 4.2. Parámetros de entrada en el modelo, indicadores estimados e índice de diversidad funcional para cada uno de los grupos funcionales en los modelos de la Laguna de Términos para los tres periodos (1980, 1998 y 2011) (Abascal-Monroy et al., 2015).

Grupo funcional - 1980 B

(t/km²) P/B

(año-1) Q/B

(año-1) P/Q

R (t/km²/año)

TL P/R

Delfines 0.025 0.100 33.500 0.003 0.668 3.697 0.004Aves Marinas 0.025 0.100 75.000 0.001 1.498 3.924 0.002Tortugas Marinas 0.524 0.150 3.500 0.043 1.388 2.644 0.057Agujas 0.017 2.026 15.835 0.128 0.185 3.064 0.190Anchovetas 0.018 3.356 16.782 0.200 0.180 2.870 0.333Anguilas 0.052 0.510 7.712 0.066 0.297 3.304 0.090Bagres 0.514 1.190 6.468 0.184 2.048 2.529 0.299Barbudos 0.098 3.093 15.736 0.197 0.926 3.242 0.326Cintillas 0.009 0.824 5.752 0.143 0.034 3.676 0.218Corvinas 0.437 0.720 12.511 0.058 4.059 3.322 0.078Iguanas 0.025 1.490 9.750 0.153 0.158 3.276 0.236Isabelitas 0.098 0.615 18.703 0.033 1.410 3.081 0.043Jureles 0.036 1.224 13.283 0.092 0.335 3.191 0.130Lisas 0.329 1.785 19.130 0.093 1.825 2.555 0.132Meros 0.088 2.451 10.632 0.231 0.133 3.471 0.405Mojarras 0.237 1.900 13.461 0.141 2.102 2.925 0.214Mojarras Mexicanas 0.074 1.410 10.895 0.129 0.538 2.843 0.193Pargos 0.118 0.690 7.421 0.093 0.619 3.343 0.132Peces Globo 0.624 1.195 15.080 0.079 6.782 2.438 0.110Peces Planos 0.106 1.502 13.248 0.113 0.964 3.009 0.165Peces Roca 0.187 1.355 7.970 0.170 0.939 3.256 0.270Pejesapos 0.071 1.126 9.323 0.121 0.452 3.117 0.178Pericos 0.121 1.260 36.000 0.035 1.033 2.425 0.046Rayas 0.705 0.558 6.781 0.082 3.431 2.989 0.115Robálos 0.029 1.420 5.389 0.263 0.084 3.373 0.491Roncos 0.130 0.870 7.758 0.112 0.694 3.153 0.163Sardinas 0.025 1.413 11.938 0.118 0.206 2.298 0.174Sargos 0.753 2.230 19.568 0.114 10.109 2.480 0.166Jaibas 0.180 2.358 6.285 0.375 0.481 2.424 0.883Camarón Blanco 0.245 13.500 35.500 0.380 3.651 2.376 0.906Camarón Café 0.124 12.000 34.300 0.350 1.915 2.378 0.777Camarón Rosado 0.203 12.500 35.700 0.350 3.260 2.378 0.778Moluscos 1.506 4.623 15.765 0.293 12.031 2.106 0.579Equinodermos 4.569 2.245 12.596 0.178 35.783 2.324 0.287Microcrustáceos 1.802 11.443 35.795 0.320 30.982 2.099 0.666Poliquetos 8.013 4.425 21.544 0.205 102.648 2.065 0.345Meiobentos 4.182 10.383 48.763 0.213 119.720 2.043 0.363Zooplancton 1.127 18.624 71.974 0.259 43.903 2.033 0.478Pastos Marinos 178.637 8.821 0.000 -- 0.000 1.000 --Fitoplancton 149.033 3.674 0.000 -- 0.000 1.000 --

Detritos 84.710 -- -- -- 0.000 1.000 --

135  

Continuación Anexo 4.2.

Grupo funcional - 1980 R/A D K AMI Ro Ai Φ i

Delfines 0.996 1.123 5.174 0.6454 1.907 3518.0 8002.8Aves Marinas 0.998 2.319 2.704 0.6455 1.907 3518.1 7988.5Tortugas Marinas 0.946 2.568 1.138 0.6426 1.901 3501.7 8005.6Agujas 0.840 0.551 1.040 0.6442 1.904 3511.6 8017.0Anchovetas 0.750 0.601 1.325 0.6444 1.905 3512.6 8015.8Anguilas 0.917 0.808 1.000 0.6442 1.904 3511.4 8014.9Bagres 0.770 6.649 2.382 0.6422 1.901 3497.3 7986.7Barbudos 0.754 3.069 2.092 0.6443 1.905 3511.0 7992.5Cintillas 0.821 0.084 2.939 0.6441 1.904 3511.2 8021.6Corvinas 0.928 10.935 2.254 0.6501 1.916 3537.4 7892.1Iguanas 0.809 0.411 1.660 0.6434 1.903 3507.1 8022.3Isabelitas 0.959 3.677 0.572 0.6420 1.900 3497.8 8002.7Jureles 0.885 0.946 2.548 0.6477 1.911 3530.4 7994.3Lisas 0.883 4.604 1.898 0.6415 1.899 3495.0 8000.8Meros 0.712 0.413 2.654 0.6451 1.906 3516.6 8012.5Mojarras 0.824 6.381 0.902 0.6405 1.897 3488.3 7993.9Mojarras Mexicanas 0.838 1.606 0.735 0.6410 1.898 3493.7 8025.1Pargos 0.884 1.751 3.061 0.6448 1.906 3514.1 8001.2Peces Globo 0.901 18.820 0.918 0.6431 1.902 3504.7 8004.6Peces Planos 0.858 2.809 0.653 0.6431 1.902 3504.7 8004.6Peces Roca 0.787 2.732 1.573 0.6446 1.905 3512.2 7993.2Pejesapos 0.849 1.329 1.646 0.6426 1.901 3502.0 8018.5Pericos 0.956 2.556 0.558 0.6432 1.903 3504.9 8006.5Rayas 0.897 9.490 0.905 0.6399 1.896 3481.6 7968.8Robálos 0.671 0.311 1.484 0.6446 1.905 3513.6 8016.7Roncos 0.860 2.017 1.832 0.6442 1.904 3510.7 8004.1Sardinas 0.852 0.604 1.598 0.6437 1.904 3509.1 8019.9Sargos 0.858 29.469 0.962 0.6316 1.881 3424.6 7913.3Jaibas 0.531 2.263 3.033 0.6429 1.902 3503.6 8012.6Camarón Blanco 0.525 17.395 2.673 0.6335 1.884 3442.3 7977.7Camarón Café 0.563 8.506 2.822 0.6363 1.890 3464.2 8010.6Camarón Rosado 0.562 14.494 3.107 0.6325 1.882 3439.5 7997.7Moluscos 0.633 47.484 3.555 0.6304 1.878 3406.5 7868.1Equinodermos 0.777 115.102 3.111 0.6122 1.845 3269.3 7667.5Microcrustáceos 0.600 129.005 5.833 0.6138 1.847 3267.3 7659.8Poliquetos 0.743 345.264 5.358 0.5954 1.814 3041.5 7171.9Meiobentos 0.734 407.854 9.938 0.5986 1.820 3021.8 7035.1Zooplancton 0.677 162.229 7.666 0.5889 1.802 3117.4 7572.6Pastos Marinos -- 1575.757 12.471 0.8403 2.317 3255.4 3546.8Fitoplancton -- 547.547 6.580 0.6439 1.904 3158.1 5813.5Detritos -- 4829.989 16.178 -0.5608 0.571 -1574.8 7660.1

136  

Continuación Anexo 4.2.

Grupo funcional - 1980 Ci (A/C)i Ai/A (O/C)i FADI

Delfines 11520.8 0.305 1.008 0.6946 0.708Aves Marinas 11506.6 0.306 1.008 0.6943 0.708Tortugas Marinas 11507.3 0.304 1.003 0.6957 0.708Agujas 11528.7 0.305 1.006 0.6954 0.701Anchovetas 11528.4 0.305 1.006 0.6953 0.676Anguilas 11526.3 0.305 1.006 0.6954 0.704Bagres 11484.0 0.305 1.002 0.6955 0.450Barbudos 11503.5 0.305 1.006 0.6948 0.702Cintillas 11532.8 0.304 1.006 0.6955 0.703Corvinas 11429.5 0.310 1.013 0.6905 0.599Iguanas 11529.4 0.304 1.005 0.6958 0.701Isabelitas 11500.6 0.304 1.002 0.6959 0.695Jureles 11524.7 0.306 1.011 0.6937 0.699Lisas 11495.8 0.304 1.001 0.6960 0.704Meros 11529.0 0.305 1.007 0.6950 0.704Mojarras 11482.2 0.304 0.999 0.6962 0.638Mojarras Mexicanas 11518.8 0.303 1.001 0.6967 0.702Pargos 11515.3 0.305 1.007 0.6948 0.701Peces Globo 11509.3 0.305 1.004 0.6955 0.576Peces Planos 11509.3 0.305 1.004 0.6955 0.679Peces Roca 11505.4 0.305 1.006 0.6947 0.699Pejesapos 11520.4 0.304 1.003 0.6960 0.703Pericos 11511.4 0.304 1.004 0.6955 0.704Rayas 11450.3 0.304 0.997 0.6959 0.702Robálos 11530.4 0.305 1.007 0.6953 0.704Roncos 11514.8 0.305 1.006 0.6951 0.696Sardinas 11529.0 0.304 1.005 0.6956 0.701Sargos 11337.9 0.302 0.981 0.6980 0.650Jaibas 11516.1 0.304 1.004 0.6958 0.708Camarón Blanco 11420.0 0.301 0.986 0.6986 0.708Camarón Café 11474.8 0.302 0.992 0.6981 0.708Camarón Rosado 11437.3 0.301 0.985 0.6993 0.708Moluscos 11274.5 0.302 0.976 0.6979 0.708Equinodermos 10936.8 0.299 0.937 0.7011 0.708Microcrustáceos 10927.1 0.299 0.936 0.7010 0.708Poliquetos 10213.4 0.298 0.871 0.7022 0.708Meiobentos 10056.9 0.300 0.866 0.6995 0.708

Zooplancton 10690.0 0.292 0.893 0.7084 0.708

Pastos Marinos 6802.2 0.479 0.933 0.5214 0.708Fitoplancton 8971.6 0.352 0.905 0.6480 0.708

Detritos 6085.2 -0.259 -0.451 1.2588 0.708

137  

Continuación Anexo 4.2.

Grupo funcional - 1998 B

(t/km²) P/B

(año-1) Q/B

(año-1) P/Q

R (t/km²/año)

TL P/R

Delfines 0.0250 0.100 33.50 0.0030 0.668 3.608 0.0037Aves Marinas 0.0250 0.100 75.00 0.0013 1.498 3.896 0.0017Tortugas Marinas 0.5238 0.150 3.50 0.0429 1.388 2.630 0.0566Agujas 0.0520 1.985 14.20 0.1398 0.488 3.062 0.2117Anchovetas 0.0620 3.225 17.00 0.1897 0.643 2.870 0.3108Anguilas 0.1480 0.510 7.72 0.0661 0.838 3.328 0.0901Bagres 0.3920 1.085 6.20 0.1750 1.519 2.499 0.2800Barbudos 0.0320 3.320 17.20 0.1930 0.334 3.254 0.3180Cintillas 0.0220 1.555 8.00 0.1944 0.107 3.755 0.3209Corvinas 0.2640 1.949 14.33 0.1360 2.512 3.243 0.2048Iguanas 0.2640 1.415 9.75 0.1451 1.686 3.063 0.2216Isabelitas 0.1110 0.690 19.50 0.0354 1.655 3.081 0.0463Jureles 0.0790 1.150 14.31 0.0804 0.814 3.080 0.1117Lisas 0.0197 1.888 20.80 0.0908 0.290 2.555 0.1280Meros 0.1030 2.285 12.24 0.1867 0.773 3.425 0.3044Mojarras 0.4390 1.693 17.02 0.0995 5.234 2.930 0.1420Mojarras Mexicanas 0.0360 1.280 7.10 0.1803 0.158 2.856 0.2909Pargos 0.1970 0.969 7.00 0.1384 0.912 3.316 0.2092Peces Globo 0.4210 1.100 14.80 0.0743 4.522 2.438 0.1024Peces Planos 0.0540 0.920 15.00 0.0613 0.598 3.009 0.0830Peces Roca 0.0430 1.345 7.97 0.1688 0.216 3.252 0.2673Pejesapos 0.0870 1.600 13.40 0.1194 0.793 3.030 0.1754Pericos 0.0343 1.260 36.00 0.0350 0.943 2.516 0.0458Rayas 2.2620 0.620 5.18 0.1197 7.971 2.989 0.1759Robálos 0.1310 1.000 6.60 0.1515 0.561 3.333 0.2336Roncos 0.0860 0.855 12.50 0.0684 0.786 3.143 0.0935Sardinas 0.0510 1.400 13.60 0.1029 0.483 2.281 0.1477Sargos 0.3000 2.591 21.40 0.1211 4.359 2.481 0.1783Jaibas 1.0435 2.230 6.29 0.3545 2.924 2.420 0.7959Camarón Blanco 0.2613 13.500 35.50 0.3803 3.893 2.376 0.9060Camarón Café 0.0852 12.500 35.70 0.3501 1.368 2.378 0.7783Camarón Rosado 0.1243 12.000 34.30 0.3499 1.920 2.378 0.7772Moluscos 1.2981 4.620 15.77 0.2930 10.379 2.106 0.5778Equinodermos 3.1333 2.250 12.60 0.1786 24.534 2.324 0.2874Microcrustáceos 1.1841 11.440 35.80 0.3196 20.367 2.099 0.6651Poliquetos 7.1050 4.430 21.54 0.2057 90.958 2.065 0.3460Meiobentos 2.7640 10.380 48.76 0.2129 79.128 2.043 0.3626Zooplancton 0.4474 18.620 71.97 0.2587 17.427 2.033 0.4780Pastos Marinos 99.0843 8.820 0.00 -- 0.000 1.000 --Fitoplancton 58.4804 3.670 0.00 -- 0.000 1.000 --

Detritos 84.7100 -- -- -- 0.000 1.000 --

138  

Continuación Anexo 4.2.

Grupo funcional - 1998 R/A D K AMI Ro Ai Φ i

Delfines 0.9963 1.0717 4.477 0.7343 2.0841 2256.6 4646.0Aves Marinas 0.9983 2.1632 2.724 0.7342 2.0838 2255.5 4634.9Tortugas Marinas 0.9464 2.5594 1.15 0.7318 2.0789 2247.4 4642.1Agujas 0.8253 1.4768 1.045 0.7332 2.0818 2252.4 4648.2Anchovetas 0.7629 2.1080 1.281 0.7327 2.0808 2251.0 4645.3Anguilas 0.9174 2.2839 1.006 0.7325 2.0803 2250.3 4644.1Bagres 0.7812 4.8608 2.402 0.7321 2.0794 2246.7 4632.2Barbudos 0.7587 1.1008 2.119 0.7297 2.0745 2241.6 4661.4Cintillas 0.7570 0.3308 2.893 0.7321 2.0794 2250.4 4661.9Corvinas 0.8300 7.5662 2.267 0.7341 2.0836 2250.8 4593.5Iguanas 0.8186 4.8351 1.668 0.7320 2.0793 2245.9 4625.3Isabelitas 0.9558 4.3290 0.573 0.7302 2.0755 2241.8 4637.2Jureles 0.8995 2.2610 2.612 0.7321 2.0794 2249.0 4645.5Lisas 0.8865 0.7299 1.905 0.7342 2.0837 2256.1 4652.3Meros 0.7666 2.2892 2.669 0.7339 2.0832 2253.9 4636.3Mojarras 0.8757 14.9436 0.913 0.7220 2.0586 2208.7 4599.6Mojarras Mexicanas 0.7746 0.5112 0.743 0.7336 2.0826 2254.3 4655.6Pargos 0.8270 2.7580 3.067 0.7336 2.0826 2253.6 4635.5Peces Globo 0.9071 12.4616 0.93 0.7310 2.0772 2247.1 4668.8Peces Planos 0.9233 1.6200 0.654 0.7318 2.0788 2248.0 4651.9Peces Roca 0.7891 0.6282 1.582 0.7344 2.0842 2256.8 4651.5Pejesapos 0.8507 2.3316 1.663 0.7297 2.0744 2241.6 4652.9Pericos 0.9563 2.4454 0.569 0.7315 2.0781 2247.1 4648.6Rayas 0.8504 23.3054 0.916 0.7164 2.0471 2185.0 4555.3Robálos 0.8106 1.7292 1.496 0.7298 2.0746 2241.8 4655.3Roncos 0.9145 2.1500 1.848 0.7332 2.0817 2252.3 4643.4Sardinas 0.8713 1.3872 1.605 0.7337 2.0829 2254.1 4648.9Sargos 0.8487 12.8400 0.969 0.7263 2.0674 2223.1 4604.9Jaibas 0.5568 13.1274 3.038 0.7226 2.0599 2212.7 4614.7Camarón Blanco 0.5246 18.5507 2.674 0.7234 2.0614 2210.0 4592.5Camarón Café 0.5623 6.0840 2.823 0.7306 2.0764 2240.1 4630.6Camarón Rosado 0.5627 8.5289 3.108 0.7297 2.0744 2236.4 4621.4Moluscos 0.6338 40.9416 3.562 0.7198 2.0540 2183.8 4521.1Equinodermos 0.7768 78.9592 3.066 0.6997 2.0131 2096.9 4419.3Microcrustáceos 0.6006 84.7817 5.837 0.7070 2.0280 2114.8 4413.5Poliquetos 0.7429 306.0818 5.362 0.6781 1.9702 1879.1 3972.8Meiobentos 0.7339 269.5465 9.94 0.7088 2.0316 1989.7 3981.5Zooplancton 0.6766 64.3924 7.663 0.6929 1.9996 2088.5 4464.9Pastos Marinos -- 873.9235 12.471 0.9216 2.5132 2032.0 2242.0Fitoplancton -- 214.6230 6.57 0.7164 2.0470 2049.5 3745.6Detritos -- 2619.5014 16.184 -0.3268 0.7212 -521.9 4370.1

139  

Continuación Anexo 4.2.

Grupo funcional - 1998 Ci (A/C)i Ai/A (O/C)i FADI

Delfines 6902.6 0.3269 1.0042 0.6731 0.716Aves Marinas 6890.4 0.3273 1.0037 0.6727 0.716Tortugas Marinas 6889.5 0.3262 1.0001 0.6738 0.716Agujas 6900.6 0.3264 1.0024 0.6736 0.697Anchovetas 6896.3 0.3264 1.0017 0.6736 0.667

Anguilas 6894.4 0.3264 1.0014 0.6736 0.697

Bagres 6878.9 0.3266 0.9998 0.6734 0.439

Barbudos 6903.0 0.3247 0.9976 0.6753 0.697

Cintillas 6912.3 0.3256 1.0015 0.6744 0.695Corvinas 6844.3 0.3289 1.0016 0.6711 0.626Iguanas 6871.2 0.3269 0.9995 0.6731 0.694

Isabelitas 6879.0 0.3259 0.9976 0.6741 0.690

Jureles 6894.5 0.3262 1.0008 0.6738 0.679

Lisas 6908.3 0.3266 1.0040 0.6734 0.697

Meros 6890.1 0.3271 1.0030 0.6729 0.697Mojarras 6808.4 0.3244 0.9829 0.6756 0.479Mojarras Mexicanas 6910.0 0.3262 1.0032 0.6738 0.697

Pargos 6889.1 0.3271 1.0029 0.6729 0.690

Peces Globo 6915.9 0.3249 1.0000 0.6751 0.673

Peces Planos 6899.9 0.3258 1.0004 0.6742 0.688

Peces Roca 6908.3 0.3267 1.0043 0.6733 0.696Pejesapos 6894.5 0.3251 0.9976 0.6749 0.697Pericos 6895.7 0.3259 1.0000 0.6741 0.697Rayas 6740.4 0.3242 0.9724 0.6758 0.695

Robálos 6897.1 0.3250 0.9976 0.6750 0.696

Roncos 6895.7 0.3266 1.0023 0.6734 0.694

Sardinas 6903.0 0.3265 1.0031 0.6735 0.693

Sargos 6828.0 0.3256 0.9893 0.6744 0.668Jaibas 6827.5 0.3241 0.9847 0.6759 0.716Camarón Blanco 6802.5 0.3249 0.9835 0.6751 0.716Camarón Café 6870.7 0.3260 0.9969 0.6740 0.716Camarón Rosado 6857.8 0.3261 0.9953 0.6739 0.716Moluscos 6704.9 0.3257 0.9718 0.6743 0.716Equinodermos 6516.3 0.3218 0.9332 0.6782 0.716Microcrustáceos 6528.3 0.3239 0.9411 0.6761 0.716Poliquetos 5851.8 0.3211 0.8362 0.6789 0.716Meiobentos 5971.2 0.3332 0.8855 0.6668 0.716Zooplancton 6553.4 0.3187 0.9294 0.6813 0.716Pastos Marinos 4274.0 0.4754 0.9043 0.5246 0.716Fitoplancton 5795.1 0.3537 0.9121 0.6463 0.716

Detritos 3848.3 -0.1356 -0.2322 1.1356 0.716

140  

Continuación Anexo 4.2.

Grupo funcional - 2011 B

(t/km²) P/B

(año-1) Q/B

(año-1) P/Q

R (t/km²/año)

TL P/R

Delfines 0.025 0.100 33.50 0.0030 0.6675 3.571 0.0037Aves Marinas 0.025 0.100 75.00 0.0013 1.4975 4.027 0.0017Tortugas Marinas 0.524 0.150 3.50 0.0429 1.3881 2.634 0.0566Agujas 0.021 1.967 14.20 0.1385 0.1973 3.062 0.2094Anchovetas 0.041 3.175 17.00 0.1868 0.4274 2.870 0.3046Anguilas 0.057 0.513 7.72 0.0665 0.3226 3.322 0.0906Bagres 0.205 1.070 6.20 0.1726 0.7974 2.499 0.2751Barbudos 0.032 3.320 17.20 0.1930 0.3341 3.226 0.3180Cintillas 0.019 1.175 8.00 0.1469 0.0993 3.707 0.2249Corvinas 0.398 1.205 14.33 0.0841 4.0831 3.203 0.1175Iguanas 0.035 1.376 9.75 0.1411 0.2248 3.044 0.2142Isabelitas 0.035 0.690 19.50 0.0354 0.5219 3.081 0.0463Jureles 0.039 1.150 14.31 0.0804 0.4016 3.035 0.1117Lisas 0.011 1.882 20.80 0.0905 0.1694 2.555 0.1275Meros 0.009 2.365 12.24 0.1932 0.0668 3.416 0.3184Mojarras 0.225 1.647 17.02 0.0968 2.6930 2.930 0.1376Mojarras Mexicanas 0.009 1.150 7.10 0.1620 0.0408 2.855 0.2539Pargos 0.098 1.408 7.50 0.1877 0.4500 3.314 0.3066Peces Globo 0.551 1.060 14.80 0.0716 5.9398 2.438 0.0983Peces Planos 0.155 0.910 15.00 0.0607 1.7190 3.009 0.0821Peces Roca 0.422 1.330 7.97 0.1669 2.1294 3.251 0.2636Pejesapos 0.093 1.600 13.40 0.1194 0.8482 3.000 0.1754Pericos 0.052 1.260 36.00 0.0350 1.4333 2.514 0.0458Rayas 0.612 0.548 5.18 0.1058 2.2008 2.988 0.1524Robálos 0.037 1.000 6.60 0.1515 0.1584 3.319 0.2336Roncos 0.117 0.805 12.50 0.0644 1.0758 3.117 0.0875Sardinas 0.046 1.386 13.60 0.1019 0.4367 2.274 0.1460Sargos 0.272 2.590 21.40 0.1210 3.9522 2.476 0.1783Jaibas 0.634 2.230 6.29 0.3545 1.7765 2.412 0.7959Camarón Blanco 0.238 13.500 35.50 0.3803 3.5452 2.376 0.9060Camarón Café 0.078 12.500 35.70 0.3501 1.2546 2.378 0.7783Camarón Rosado 0.131 12.000 34.30 0.3499 2.0294 2.378 0.7772Moluscos 0.668 4.620 15.77 0.2930 5.3374 2.106 0.5778Equinodermos 1.861 2.250 12.60 0.1786 14.5688 2.324 0.2874Microcrustáceos 1.041 11.440 35.80 0.3196 17.9055 2.099 0.6651Poliquetos 4.388 4.430 21.54 0.2057 56.1740 2.065 0.3460Meiobentos 1.999 10.380 48.76 0.2129 57.2371 2.043 0.3626Zooplancton 0.300 18.620 71.97 0.2587 11.6679 2.033 0.4780Pastos Marinos 77.632 8.820 0.00 -- 0.0000 1.000 --Fitoplancton 38.849 3.670 0.00 -- 0.0000 1.000 --

Detritos 84.710 -- -- -- 0.0000 1.000 --

141  

Continuación Anexo 4.2.

Grupo funcional - 2011 R/A D K AMI Ro Ai Φ i

Delfines 0.9963 0.9657 3.226 0.7132 2.0406 1633.3 3322.6Aves Marinas 0.9983 2.1962 5.54 0.7139 2.0420 1634.2 3308.7Tortugas Marinas 0.9464 2.3506 5.682 0.7109 2.0359 1627.3 3317.9Agujas 0.8268 0.5715 2.71 0.7096 2.0333 1625.8 3337.0Anchovetas 0.7665 1.4333 1.147 0.7096 2.0331 1624.9 3330.1Anguilas 0.9169 0.8992 4.459 0.7129 2.0399 1633.3 3326.7Bagres 0.7843 2.7271 2.882 0.7078 2.0295 1619.4 3326.8Barbudos 0.7587 1.1626 1.487 0.7088 2.0316 1623.3 3333.0Cintillas 0.8164 0.2969 2.604 0.7130 2.0402 1633.6 3331.1Corvinas 0.8949 9.1920 0.736 0.7105 2.0350 1621.3 3266.6Iguanas 0.8236 0.7025 2.11 0.7133 2.0407 1634.1 3327.6Isabelitas 0.9558 1.6162 1.006 0.7112 2.0364 1627.9 3324.5Jureles 0.8995 1.0576 0.572 0.7108 2.0356 1627.8 3329.8Lisas 0.8869 0.4726 0.566 0.7139 2.0419 1635.5 3328.4Meros 0.7585 0.1970 0.654 0.7135 2.0411 1634.6 3331.1Mojarras 0.8790 8.7302 0.913 0.7033 2.0204 1605.6 3297.6Mojarras Mexicanas 0.7975 0.1273 1.656 0.7129 2.0400 1633.3 3333.3Pargos 0.7653 1.3485 1.577 0.7115 2.0370 1629.3 3325.1Peces Globo 0.9105 15.5944 1.845 0.6995 2.0127 1591.3 3275.9Peces Planos 0.9242 4.8203 2.665 0.7068 2.0275 1615.7 3311.1Peces Roca 0.7914 5.7286 1.659 0.7082 2.0303 1618.2 3296.4Pejesapos 0.8507 2.5880 0.929 0.7090 2.0320 1622.9 3322.5Pericos 0.9563 3.2749 0.968 0.7089 2.0318 1622.1 3319.7Rayas 0.8678 6.7136 0.91 0.7059 2.0256 1612.9 3300.9Robálos 0.8106 0.5417 2.257 0.7106 2.0353 1628.1 3334.5Roncos 0.9195 3.7334 3.063 0.7096 2.0331 1622.8 3311.8Sardinas 0.8726 1.0916 2.397 0.7125 2.0390 1631.5 3327.1Sargos 0.8487 11.5725 1.045 0.7028 2.0195 1601.8 3288.4Jaibas 0.5568 6.5310 1.333 0.7043 2.0224 1608.6 3312.3Camarón Blanco 0.5246 14.2835 1.603 0.6994 2.0126 1591.2 3287.4Camarón Café 0.5623 4.7982 1.902 0.7087 2.0314 1620.1 3314.3Camarón Rosado 0.5627 8.9213 12.474 0.7066 2.0272 1613.2 3298.1Moluscos 0.6338 24.1121 16.183 0.7001 2.0140 1587.1 3252.0Equinodermos 0.7768 44.3689 2.671 0.6849 1.9836 1538.9 3195.5Microcrustáceos 0.6006 73.2080 2.819 0.6780 1.9700 1503.2 3136.1Poliquetos 0.7429 155.3262 3.039 0.6683 1.9510 1428.3 2953.2Meiobentos 0.7339 191.8575 3.063 0.6761 1.9663 1421.2 2867.3Zooplancton 0.6766 43.3183 3.104 0.6745 1.9630 1516.2 3197.4Pastos Marinos -- 719.0987 3.563 0.9037 2.4687 1419.7 1490.3Fitoplancton -- 139.1873 5.357 0.6890 1.9918 1482.8 2728.3Detritos -- 1987.5459 5.839 -0.3987 0.6712 -474.1 3152.6

142  

Continuación Anexo 4.2.

Grupo funcional - 2011 Ci (A/C)i Ai/A (O/C)i

FADI

Delfines 4956.0 0.3296 1.0043 0.6704 0.690Aves Marinas 4942.9 0.3306 1.0049 0.6694 0.690Tortugas Marinas 4945.2 0.3291 1.0006 0.6709 0.690Agujas 4962.8 0.3276 0.9997 0.6724 0.676Anchovetas 4955.0 0.3279 0.9992 0.6721 0.665

Anguilas 4960.0 0.3293 1.0043 0.6707 0.677

Bagres 4946.2 0.3274 0.9958 0.6726 0.570

Barbudos 4956.3 0.3275 0.9982 0.6725 0.676

Cintillas 4964.7 0.3290 1.0045 0.6710 0.675Corvinas 4887.9 0.3317 0.9970 0.6683 0.616Iguanas 4961.7 0.3293 1.0048 0.6707 0.670

Isabelitas 4952.3 0.3287 1.0010 0.6713 0.662

Jureles 4957.5 0.3283 1.0009 0.6717 0.668

Lisas 4963.9 0.3295 1.0057 0.6705 0.677

Meros 4965.7 0.3292 1.0051 0.6708 0.677Mojarras 4903.2 0.3275 0.9873 0.6725 0.459Mojarras Mexicanas 4966.7 0.3289 1.0044 0.6711 0.677

Pargos 4954.4 0.3288 1.0018 0.6712 0.674

Peces Globo 4867.2 0.3269 0.9785 0.6731 0.625

Peces Planos 4926.8 0.3279 0.9935 0.6721 0.624

Peces Roca 4914.6 0.3293 0.9951 0.6707 0.646Pejesapos 4945.4 0.3282 0.9979 0.6718 0.677Pericos 4941.8 0.3282 0.9974 0.6718 0.677Rayas 4913.8 0.3282 0.9918 0.6718 0.669

Robálos 4962.6 0.3281 1.0011 0.6719 0.677

Roncos 4934.6 0.3289 0.9979 0.6711 0.666

Sardinas 4958.6 0.3290 1.0033 0.6710 0.665

Sargos 4890.2 0.3275 0.9849 0.6725 0.610Jaibas 4920.8 0.3269 0.9891 0.6731 0.690Camarón Blanco 4878.7 0.3262 0.9785 0.6738 0.690Camarón Café 4934.5 0.3283 0.9962 0.6717 0.690Camarón Rosado 4911.3 0.3285 0.9920 0.6715 0.690Moluscos 4839.2 0.3280 0.9760 0.6720 0.690Equinodermos 4734.4 0.3251 0.9463 0.6749 0.690Microcrustáceos 4639.3 0.3240 0.9243 0.6760 0.690Poliquetos 4381.4 0.3260 0.8783 0.6740 0.690Meiobentos 4288.5 0.3314 0.8739 0.6686 0.690Zooplancton 4713.6 0.3217 0.9323 0.6783 0.690Pastos Marinos 2910.0 0.4879 0.8730 0.5121 0.690Fitoplancton 4211.1 0.3521 0.9118 0.6479 0.690

Detritos 2678.5 -0.1770 -0.2915 1.1770 0.690

Proceedings of the 65th Gulf and Caribbean Fisheries Institute November 5 – 9, 2012 Santa Marta, Colombia

Incidencia de la Pesca Artesanal Sobre la Diversidad Taxonómica y Funcional de la

Comunidad de Peces en el Mar Caribe de Colombia

Artisanal Fisheries Incidence on Taxonomic and Functional Diversity of the Fish

Community in the Caribbean Sea off Colombia

L'Impact de la Pêche sur la Diversité Taxonomique et Fonctionnelle de la Communauté de

Poissons dans la Mer des Caraïbes de la Colombie

FABIÁN D. ESCOBAR-TOLEDO1,2*, MARÍA DEL PILAR PARRADO-CORTÉS2,

LUIS ORLANDO DUARTE2, y MANUEL ZETINA-REJÓN1 1Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas, Instituto Politécnico Nacional, P.O. Box 592,

La Paz, 23096 Baja California Sur, México. 2Laboratorio de Investigaciones Pesqueras Tropicales, Universidad del

Magdalena, Carrera 32 # 22-08, Santa Marta, Colombia. *[email protected].

RESUMEN A nivel mundial, en especial en Latinoamérica, la pesca artesanal genera altos niveles de captura y es una de las principales

actividades productivas de las zonas costeras tropicales. Sin embargo, la fuerte presión generada por esta actividad puede atentar contra la sustentabilidad de los recursos pesqueros limitando el normal desarrollo de los procesos en el ecosistema. Aproximaciones

que evidencien la incidencia de la flota sobre la diversidad taxonómica y funcional de la comunidad de peces aún no se han realizado

en mar Caribe de Colombia. Se pretende, entonces, determinar la incidencia de la pesca artesanal en tres ecoregiones del área de estudio (Golfo de Salamanca, Tayrona, Palomino) entre 1994 y 1998 y en los años 2000 y 2008. Se registraron las capturas diarias

realizadas con los arte de pesca de palangre, red de enmalle y red de tiro en la zona. El análisis se realizó con las capturas

estandarizadas (kg/faena). La diversidad taxonómica y funcional se analizó a través del índice de distinción taxonómica y funcional respectivamente. Se registraron 195 especies para el área durante los años de muestreo. La relación de los índices respecto a los años

no fue significativa. No obstante, el índice de distinción taxonómica presentó una tendencia a disminuir (r = -0.69; p = 0.1291),

mientras que el índice de distinción funcional mostró una tendencia al aumento (r = 0.77; p = 0.0686) a lo largo del tiempo. Asimismo, fue evidente el aumento en el índice de distinción taxonómica a lo largo de un gradiente norte-sur. El análisis de la

distinción funcional permitió identificar a la ecoregión Palomino como la de mayor semejanza funcional en las capturas entre años.

PALABRAS CLAVE: Diversidad taxonómica, diversidad funcional, pescar artesanal, mar Caribe, Colombia

INTRODUCCIÓN

La pesca artesanal genera más de la mitad de la producción mundial pesquera (Agüero y Claverí 2007). Asimismo,

produce más de la tercera parte de la captura que es destinada al consumo humano(Berkes et al. 2001). En el Caribe de

Colombia, esta pesquería ha llegado a producir más de la mitad de la captura total anual generando hasta 4 mil empleos

directos e indirectos en la zona (Barros y Manjarrés 2004) y en los últimos años ha venido experimentando cambios tanto en

la composición de especies como en el volumen de desembarcos (Pardo 2011). Ésta pesquería, que se desarrolla de manera

multiespecífica, está soportada en la explotación de alrededor de 200 especies, entre demersales y pelágicas (Párraga-

Velandia 2009). A pesar de su importancia, los estudios existentes han sido orientados a la caracterización de la flota,

análisis de tendencias y capturas, pero pocas evaluaciones se ha realizado acerca de las implicaciones ecológicas que tienen

la flota sobre las comunidades explotadas.

Así, conocer la diversidad puede ser un punto de partida para la evaluación de posibles efectos de la pesca sobre el

ecosistema (Yáñez-Arancibia y Sánchez-Gil 1988). En este sentido, descriptores ecológicos que se basan en el número de

especies y/o número de individuos (riqueza, dominancia y diversidad) describiendo los cambios en la estructura de la

comunidad han sido los más utilizados (Bevilacqua et al. 2009, Clarke y Warwick 2001a, Magurran 2004). Pero más allá de

estas aproximaciones, se han generado índices que muestran otros aspectos de la estructura ecológica como es la relación

evolutiva entre las especies (Abellán et al. 2006, Ramos-Miranda et al. 2005). Por lo que el uso de este tipo de índices se ha

incrementado con el propósito de brindar herramientas de fácil manejo para la evaluación de la salud de los ecosistemas

acuáticos (Bevilacqua et al. 2011).

En este mismo sentido, algunos autores han utilizado la diversidad como indicador del funcionamiento del ecosistema

(Hooper et al. 2005; Hooper et al. 2002; Tilman et al. 1997), pero su relación con los atributos funcionales no es del todo

evidente (Somerfield et al. 2008). Por consiguiente, se han desarrollado múltiples experimentos donde se manipula la

diversidad tanto de especies como grupos funcionales (Hooper et al. 2002). Sin embargo, cuantificar la diversidad funcional

no ha sido fácil y aún faltan índices que simplifiquen esa complejidad (Hooper et al. 2005; Somerfield et al. 2008). Recien-

temente se ha propuesto un índice que cuantifica algunos aspectos de la estructura de una comunidad considerando atributos

de la historia de vida y características ecológicas de las especies; aunque no es independiente de la diversidad taxonómica,

Escobar-Toledo, F.D. et al. GCFI:65 (2013) Page 347

su utilidad radica en que puede trasmitir otro tipo de

información (Somerfield et al. 2008).

Debido a la continua presión pesquera ejercida por la

pesquería artesanal y a pesar de los conocimientos que se

tienen acerca de la ictiofauna capturada por ésta, no existen

trabajos que evidencien una incidencia sobre la diversidad

taxonómica y funcional del ecosistema para la zona. Por

ello, éste trabajo se enfocó en determinar la variabilidad

espacial y temporal taxonómica y funcional de la comuni-

dad de peces capturados por las pesquerías artesanales en

tres ecoregiones del norte del Mar Caribe de Colombia.

MÉTODOS

El Caribe de Colombia está dividido en dos zonas

naturales (suroeste y noroeste) separadas por la desembo-

cadura del río Magdalena y con características totalmente

diferentes (Andrade-Amaya 2000). Para la zona noroeste,

el Programa Nacional de Investigación en Biodiversidad

Marina y Costera identificó cuatro ecoregiones naturales

marinas y costeras (Diaz-Merlano y Gómez-López 2000).

En este trabajo se contó con registros para la zona com-

prendida entre la desembocadura de los ríos Palomino y

Magdalena (Figura 1), la cual incluye tres de estas

ecoregiones:

i) Palomino (PAL), con amplias playas de grano

grueso, sin la existencia aparente de fanerógamas

y arrecifes de coral, plataforma medianamente

ancha y poca carga de sedimentos que no alteran

la calidad físico-química de las aguas costeras,

ii) Tayrona (TAY), cuyo litoral se alterna entre cabos

rocosos y ensenadas con playas, plataforma casi

ausente, baja influencia de descargas continenta-

les, fondos predominantemente rocosos y

arenosos, y gran diversidad de ambientes

(mosaicos coralinos, fanerógamas, praderas de

algas),

iii) Magdalena (subecoregión Golfo de Salamanca -

GDS), que recibe una marcada influencia de una

laguna costera (Ciénaga Grande de Santa Marta-

CGSM) y del río Magdalena, con aguas predomi-

nantemente turbias, salinidad algo reducida,

plataforma de anchura variable y poco desarrollo

de comunidades ecológicas de sustratos duros,

formaciones coralinas y praderas de fanerógamas.

La pesquería artesanal en esta zona está conformada

por lanchas de fibra de vidrio y/o madera de 4.5 a 9.2 m de

eslora y cuya distribución está determinada por la distancia

a los centros de acopio y las condiciones de navegación,

llegando a operar hasta la isobata de 200 m (Gómez-

Canchong et al. 2004, Párraga-Velandia 2009). Los datos

utilizados provienen de un muestreo, en el espacio y en el

tiempo, de tipo estratificado aleatorio en marco de

diferentes programas de investigación realizados en la zona

y recopilados en el programa PICEP (Procesamiento de

Información de Captura y Esfuerzo Pesquero)(Manjarrés

2004). La cobertura temporal fue para el periodo 1994-

1998 y los años 2000 y 2008. Los registros se obtuvieron

mediante encuestas en los sitios de desembarco sobre las

unidades económicas para obtener estimaciones precisas de

la captura y el esfuerzo (Bazigos 1975, Sparre y Venema

1995). Los datos fueron revalidados, estandarizados y

reprocesados para así obtener información coherente y

sistemática almacenada en el programa PICEP. Se

seleccionaron los tres tipos de artes de pesca más represen-

tativos (chinchorro de tiro, red de enmalle y palangre) por

su captura y regularidad en su uso. Así mismo, la captura

fue estandarizada a kg/faena.

Para evaluar el grado de relación y variedad taxonómi-

ca de las comunidades explotadas se utilizaron índices de

diversidad taxonómica generalizados del índice de

diversidad de Simpson, que evalúan la distancia taxonómi-

ca entre cada par de individuos, definida a través de un

árbol de clasificación linneana (Clarke y Warwick 2001a,

b, 1998, 1999, Warwick y Clarke 1995, 1998). Los niveles

taxonómicos usados fueron filo, clase, orden, familia,

género y especie, considerando la nomenclatura propuesta

por Nelson (2006). Se elaboró una matriz de agregación

taxonómica general de todas las especies capturadas en el

área durante los años evaluados. El índice de distinción

taxonómica promedio (Δ+) se calculó al sumar la longitud

de las rutas a través del árbol taxonómico, hasta donde

convergen todos los pares de especies en la lista, y dividido

por el número de rutas. Está definido por:

donde S es el número de especies en la muestra y ωij es el

peso distintivo o distancia taxonómica entre la especie i y j

en la clasificación jerárquica, esto es, cada nivel jerárquico

recibe un valor proporcional escalado a 100. Así para las

mismas especies, el valor de nivel jerárquico (ωij) será de

16.7, de 33.3 para especies diferentes del mismo género, de

50 para diferentes géneros en la misma familia, de 66.7

para diferentes familias en el mismo orden, de 83.3 para

diferentes órdenes pero la misma clase y de 100 para

diferentes clases pero el mismo filo.

Figura 1. Zona costera del departamento del Magdalena, se indican los límites de las ecoregiones presentes en el área.

Page 348 65th Gulf and Caribbean Fisheries Institute

Para evaluar la desigualdad en el árbol taxonómico en

la lista de especies, se calculó el índice de variación de la

distinción taxonómica. La variación de la distinción

taxonómica (Λ+) considera la equidad de la distribución del

nivel taxonómico en el árbol y mide la asimetría del árbol

taxonómico. Está definido por:

Ambos índices son independientes del número de

especies, por tanto no están influenciados por el tamaño de

muestra ni el esfuerzo de muestreo (Clarke y Warwick

2001a). El cálculo de los índices taxonómicos se desarrolló

mediante la rutina TAXDTEST, incluida en el programa

PRIMER v.6. Esta rutina contrasta los valores obtenidos

con una distribución de probabilidad esperada la cual se

genera con base en el remuestreo mediante simulaciones

aleatorias sin reemplazo (Clarke y Warwick 2001a).

Para el análisis de diversidad funcional se realizó una

compilación de datos sobre la historia de vida y caracterís-

ticas ecológicas de cada especie (Somerfield et al. 2008).

La información fue compilada a partir de registros para el

área de estudio, catálogos de especies, libros, así como de

la base de datos de Fishbase® (Froese y Pauly 1999). Los

atributos ecológicos y morfológicos utilizados para el

análisis funcional son los reportados para las especies en

fase adultos. Estos fueron:

i) Nivel trófico (> 4.00, 3.51 – 4.00, 3.01 – 3.50, ≤

3.00),

ii) Gremio trófico (Carnívoros, Herbívoros, Omnívo-

ros),

iii) Gremio reproductivo (Vivíparos, Ovovivíparos,

Ovíparos),

iv) Hábitat (Estuarino-Marino, Marino)

v) Forma del cuerpo (Alargado, Plano, Comprimido,

Redondeado),

vi) Forma de la aleta caudal (Truncada, Bifurcada,

Sin Caudal, Elasmobranquios),

vii) Tipo de boca (Superior, Terminal, Inferior,

Protáctil),

viii) Posición en la columna de agua (Pelágico,

Bentopelágico, Demersal, Bentónico), y

ix) Tamaño (> 600 mm, 301 – 300 mm, 0 – 300 mm).

Se utilizaron posibilidades binarias (0 o 1) dependien-

do de la existencia o no de los rasgos de cada atributo para

todas las especies (Somerfield et al. 2008). Se construyó

una matriz de presencia/ausencia con los rasgos funciona-

les de todas las especies así como por ecoregión y por año.

Al tener la matriz de rasgos funcionales, se calculó, en

primera instancia, el coeficiente concordancia simple como

medida de similitud que refleja que tan símil es una especie

al resto respecto a los atributos funcionales que esta posee.

Esta medida de similitud esta dada por:

donde a es el número de rasgos comunes de la especie i y j,

b los rasgos que tiene i pero no j, c son los rasgos que tiene

j pero no i, y d son los rasgos que no posee ninguna de las

dos especies. El producto de este procedimiento resulta en

una matriz de concordancia, equivalente a una matriz de

similitud entre especies. Posteriormente se procedió el

cálculo del índice de distinción funcional promedio (X+)

propuesto por Somerfield et al. (2008), que no es más que

el promedio de esta matriz. Este índice es útil para detectar

diferencias en la diversidad funcional tanto en escala

espacial como temporal (Somerfield et al. 2008).

RESULTADOS

Un total de 195 especies fueron capturadas en el área

para todo el periodo evaluado. Por ecoregión, en PAL 69

especies, en TAY 144 especies y en GDS 157 especies

fueron registradas durante todo el periodo. Para el 2008

con 157 especies y 1998 con 50 especies fueron los años

con mayor y menor registros de especies respectivamente.

Estas especies representaron 112 géneros, 50 familias, 14

órdenes y 2 clases. El orden más representativo fue

Perciformes con 27 familias, 71 géneros y 142 especies. A

nivel de familias la más representativa fue Carangidae con

30 especies.

En análisis de diversidad taxonómica, la ecoregión

GDS muestra valores del índice de distinción taxonómica

cercanos a la media de la distribución de probabilidad. La

ecoregión TAY muestra valores muy bajos en este índice,

incluso con varios años por fuera de la distribución. PAL a

pesar de presentar pocas especies, los valores del índice se

encuentran dentro de la distribución. En el análisis

temporal, 1995 y 2000 presentaron los valores más bajos

del índice, incluso por fuera de la distribución de probabili-

dad. La variación de la distinción mostró todos los valores

dentro de la distribución de probabilidad, a excepción del

1998 para GDS. (Figura 2). Este mismo análisis permitió

evidenciar un aumento en el índice de distinción taxonómi-

ca a lo largo de un gradiente norte-sur. El análisis de la

variación de la distinción mostró a la ecoregión GDS como

la de mayor variación en toda la zona, así como la alta

variabilidad taxonómica propia de la zona en los años

evaluados (Figura 3).

El índice de distinción funcional mostró a la ecoregión

PAL como la de mayor semejanza funcional entre las

especies capturadas a través de los años. GDS y TAY

presentaron una tendencia semejante, presentando la

ecoregión TAY dos años por fuera de la distribución de

probabilidad (Figura 4). Aunque no fue posible encontrar

una relación significativa entre los índices respecto a los

años, ambos presentaron una tendencia moderadamente

fuerte. En el caso del índice de distinción taxonómica, se

presentó una tendencia a disminuir (r = -0.69; p = 0.1291) a

lo largo del tiempo, mientras que el índice de distinción

funcional mostró una tendencia al aumento (r = 0.77; p =

0.0686) (Figura 5).

Escobar-Toledo, F.D. et al. GCFI:65 (2013) Page 349

Figura 2. Índice de distinción taxonómica total y por ecoregión. La línea muestra la cronología. Se indica el año inicial y final de la serie de tiempo.

Figura 3. Variación del índice de distinción taxonómica. total y por ecoregión. La línea muestra la cronología. Se indica el año inicial y final de la serie de tiempo.

Figura 4. Índice de distinción funcional total y por ecoregión. La línea muestra la cronología. Se indica el año inicial y final de la serie de tiempo.

Figura 5. Tendencia de los índices de distinción taxonómica y funcional.

DISCUSIÓN

A nivel mundial, los ecosistemas marino-costeros son

sistemas altamente productivos que cuentan con poco o

nada de protección y en donde algunas prácticas de la pes-

quería artesanal o de pequeñas escala atentan contra la sos-

tenibilidad de los recursos pesqueros a mediano y largo

plazo (FAO 2012). Aunque la diversidad del Caribe de

Colombia es alta como todas las regiones tropicales

(Targett 1981), la pesquería está soportada en sólo 10 de

estas especies cuyas capturas representan más del 70% del

total de la zona (Párraga-Velandia 2009). Se ha reportado

que la pesquería artesanal en todo el Caribe de Colombia, y

en particular en el área, aplica un mayor esfuerzo a los re-

cursos demersales (Gómez-Canchong et al. 2004, Manja-

rrés 2004, Pardo 2011), pero de estas 10 especies, ocho son

pelágicas. Esto se debe al hecho que las redes (de tiro y de

enmalle) inciden principalmente sobre especies pelágicas.

Lo mismo ocurre con la alta representatividad de la familia

Carangidae en la capturas, cuyas especies han sido reporta-

das dentro de las de mayor captura con estos tipos de arte

(Gómez-Canchong et al. 2004).

Los índices de diversidad taxonómica han sido utiliza-

dos para registrar cambios relevantes en la comunidades de

peces (Ramos-Miranda et al. 2005). Los resultados sugie-

ren una variación espacio-temporal en la estructura taxonó-

mica. La variación de este índice en a nivel espacial esta

influenciada por el hecho que la pesquería artesanal del

GDS incide sobre muchas más especies que, por presencia

Page 350 65th Gulf and Caribbean Fisheries Institute

cuado muestreo (Manjarrés 2004). Los resultados obteni-

dos son una aproximación de la incidencia de la pesquería

artesanal en el funcionamiento de los ecosistemas costeros

de la zona y pueden ser herramientas útiles para el diseño

de indicadores y puntos de referencias para la ordenación

de ésta pesquería.

AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen el apoyo recibido por los proyectos SEP-

CONACYT (155900), SIP-IPN (20121417), UNIMAGDALENA-

COLCIENCIAS-UDEC (1117-341-19398) y UNIMAGDALENA-COLCIENCIAS-UAESPNN (1117-521-29353) así como al Instituto

Politécnico Nacional a través de los programas, EDI, COFFA y PIFI. FET

agradece al CONACyT por el apoyo otorgado con una beca de Doctora-do. Un especial agradecimiento a los pescadores artesanales de departa-

mento del Magdalena por todo la ayuda brindada.

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de manglares y áreas coralinas, la utilizan como refugio en

sus etapas vulnerables (Armstrong et al. 1993). Así mis-

mo, el hecho que la pesquería artesanal permita que cual-

quier miembro de la comunidad puede extraer el recurso

por apropiación directa (Manjarrés 2004), la variación

temporal estaría sustentada posiblemente por un aumento

en la presión pesquera, dado ya sea por el incremento en el

poder de pesca de las embarcaciones (Barros y Manjarrés

2004) o en el número de las unidades económicas de pesca

durante las últimas tres décadas (Altamar et al. 2007).

También es bueno destacar que la alta variabilidad tempo-

ral de la distinción en GDS que podría elucidarse en el

hecho que la zona, desde el punto de vista oceanográfico,

presenta estacionalmente variaciones muy fuertes (Blanco

1988). Esto hace que la zona del GDS este influenciada, en

determinados momentos del año, por la descarga de aguas

continentales de la CGSM y del río Magdalena, haciendo

el ambiente ideal para las especies estuarino-marinas. En

un análisis bivariante de la distinción y su variación, se

denota a la ecoregión PAL como la de menores índices, lo

que podría indicar menor diversidad por tener especies

estrechamente relacionadas disminuyendo la resiliencia en

el ecosistema (Escobar 2012, Ramos-Miranda et al. 2005).

Se sabe que los rasgos funcionales de las especies en

el ecosistema son parte fundamental en el funcionamiento

de este y que su cuantificación podría ayudar al entendi-

miento de los procesos que allí se llevan a cabo (Naeem &

Wright 2003). El análisis de diversidad funcional mostró

valores altos, por encima de la media, del índice de distin-

ción funcional, incluso valores por fuera de la distribución

de probabilidad. Aunque la diversidad es comúnmente

usada como un descriptor de la funcionalidad de un ecosis-

tema y asociada a la redundancia funcional (Bellwood et

al. 2003, Hooper et al. 2005), los resultados sugieren una

posible erosión en la diversidad funcional, sobre todo en la

ecoregión PAL, por la explotación de especies redundantes

funcionalmente.

El análisis de tendencias sugiere un estado no muy

promisorio para las pesca de pequeña escala en al área. La

disminución de la diversidad taxonómica en la capturas y

el aumento en la distinción funcional de las mismas, han

hecho que el usuario de estos recursos migren en la bús-

queda de nuevas especies objetivos (García 2010). Por esta

razón, el año 2008 fue retirado para los análisis de las ten-

dencias, ya que el muestreo realizado demandó un mayor

esfuerzo y se registró toda la información posible de las

capturas (objetivo, incidental y descartada). Así mismo, la

introducción de nuevas especies en los desembarcos incide

en la variación de los índices que podrían enmascarar la

tendencia temporal de los mismos.

A pesar que en Colombia se ha destinado grandes es-

fuerzos y recursos para la colecta de información pesquera

confiable, el panorama es diferente, pues las estadísticas

pesqueras existentes son limitadas y excepcionalmente se

dan las condiciones logísticas y económicas para un ade-

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ORIGINAL ARTICLE

Measuring the spatial and seasonal variability of community structureand diversity of fish by-catch from tropical shrimp trawling in theColombian Caribbean Sea

FABIÁN ESCOBAR-TOLEDO1,2,3, MANUEL J. ZETINA-REJÓN1,4* &LUIS ORLANDO DUARTE2

1Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas, Instituto Politécnico Nacional, La Paz, México, 2Laboratorio de InvestigacionesPesqueras Tropicales, Universidad del Magdalena, Santa Marta, Colombia, 3Oficina de Generación del Conocimiento y laInformación, Autoridad Nacional de Acuicultura y Pesca, Bogotá, Colombia, and 4Fisheries Centre, University of BritishColumbia, Vancouver, Canada

AbstractThe highest rates of incidental catch of non-target species is associated with shrimp bottom trawl fisheries. This could leadto adverse effects on the structure and functioning of ecosystems. However, the structural and functional variability of fishcommunities captured as by-catch from this fishery in the Colombian Caribbean Sea have been poorly documented. Weexamined commercial fishing hauls in two areas (Gulf of Morrosquillo and adjacent coralline islands) during the rainy anddry seasons. The biomass and numeric abundance of fish species were estimated using by-catch data collected using theswept area method, and the demersal fish community structure was characterized using ecological, taxonomic andfunctional diversity indices. During the two seasons, 161 taxa were recorded, and 92 of them were present throughout thewhole area. Ecological indices showed significant differences among areas and seasons, with lower values in the Islands areaand during the wet season. However, the taxonomic diversity and functional indices do not show clear differences butinstead indicate that the Islands area was the zone with a lower taxonomic and functional variation, which indicates lowerecological redundancy in comparison to the Gulf.

Key words: By-catch, by-catch diversity, Caribbean Sea, Colombia, demersal assemblages, fishing, functional traits

Introduction

Changes in biomass, species composition and eco-system structure are important research topics indifferent regions around the world (Kaiser et al.2002). The rising global concern regarding the effectsof fishing on biota has been recognized by interna-tional organizations such as the United Nations (e.g.the Rio Convention on Biological Diversity) and theyhave emphasized the need to ensure the conservationof biological diversity and the sustainable use of thebiosphere. Over the last decade, in response to thisproblem, it has been proposed that strategies formanaging marine resources should be based onthe context of the ecosystem including protection ofhabitats, non-target species and populations of

commercially valuable species (Pikitch et al. 2004).In this sense, by-catch and discards are currently someof the most relevant issues in fisheries managementdue to both economic and environmental implica-tions (Kelleher 2005; Catchpole &Gray 2010; Bellidoet al. 2011; Johnsen & Eliasen 2011)

In general, tropical shrimp fisheries occur alongcontinental shelves, which are characterized by highnumbers of fish species. Fish diversity can be ana-lysed to detect biotic patterns due to the use ofnon-selective fishing gear (Labropoulou & Papacon-stantinou 2004). Several studies have quantified theby-catch; however, there is no information about thecomposition and seasonal variation of this compon-ent of the catch (Vianna & Almeida 2005). In thissense, the ecological indices (richness, evenness and

*Correspondence: Manuel J. Zetina-Rejón, CICIMAR-IPN PO Box 592, La Paz 23096, Baja California Sur, México. E-mail: [email protected]

Published in collaboration with the Institute of Marine Research, Norway

Marine Biology Research, 2015Vol. 11, No. 5, 528–539, http://dx.doi.org/10.1080/17451000.2014.952311

(Accepted 15 July 2014; first published online 19 November 2014)

© 2014 Taylor & Francis

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24.1

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6

diversity) and multivariate analysis (classificationand ordination) are used to describe spatial andtemporal changes in community structure (Fieldet al. 1982; Clarke & Warwick 2001). Recently,some indices have been created to show that taxo-nomic relatedness among species and heterogeneityof species’ functional traits could be useful to assessaquatic ecosystems (Abellán et al. 2006; Somerfieldet al. 2008).Since the development of trawling in the Colom-

bian Caribbean Sea, there have been studies toevaluate the shrimp by-catch and while it is widelyknown that levels of by-catch are high (Duarte et al.2010), much of the information remains in unpub-lished technical reports with disparate levels oftaxonomic resolution and/or georeferencing. Thediversity has not been measured in a wider contextusing recent approaches. Therefore, this studyfocused on assessing the spatial and seasonal variab-ility of the demersal community structure and thetaxonomic and functional diversity of fish by-catchof the tropical shrimp fishery operating in shallowwaters of the Colombian Caribbean Sea during anannual cycle of fishing, comparing dry and wetseasons in two areas. The results were then used toanalyse how the patterns of the variability relate toareas and could provide useful information forfuture advice on management.

Materials and methods

Study area

The industrial shrimp fishery operations are concen-trated in the southwest zone of the ColombianCaribbean, in shallow waters due to their proximityto fishing ports (Cartagena city). The continentalshelf in this zone is quite narrow, and seabedsediments are composed of sand and mud from aterrigenous source from riverine inputs. In itsoperational plan for 2001–2010, the ColombianNational Research Program on Marine and CoastalBiodiversity, based on the consensus of 50 expertresearchers, identified 10 marine and coastal naturalecoregions for the Colombian Caribbean Sea (Díaz-Merlano & Gómez-López 2000). The classificationwas based on type and origin of the sediment,geomorphic traits, upwelling, wave level and biolo-gical productivity. We used this classification forspatial comparison reasons of fish by-catch structure,since shrimp trawling fisheries operate in two ofthese ecoregions: (1) Gulf of Morrosquillo (Gulf),which receives high inputs of fine-grained sedimentsfrom several rivers in the area that are deposited onthe beach and the platform, as well as featuringvarious lagoon-estuarine systems; (2) corallinearchipelagos (Islands), which are characterized by

low continental inputs, transparent waters andextensive mosaics of bioclastic sediments, coralreefs, seagrass and mangroves (Díaz-Merlano &Gómez-López 2000; Figure 1). Two major seasonsare recognized in this area: the dry season, fromDecember to April, which is characterized by strongwinds and light rainfall, and the wet season, fromApril to November, which is characterized by weakwinds and abundant rainfall (CIOH 2012).

Data

A total of 134 hauls were evaluated during an annualfishing season on board several commercial shipsfrom August 2004 to July 2005. The hauls that wereanalysed were collected by means of commercialtrawl nets used by the shrimp fishing industry atdepths between 14 and 72 m. Trawls were madeduring the night for 240 min duration at a speed of2.5 knots. The ships were equipped with four nets(two per side), with a headline of 12.8 m (9.6 m ofaperture optimum), and a codend of 120 meshes of44 mm (Zúñiga et al. 2004). Bottom-trawl surveysallowed us to collect representative samples of thedemersal fish community and have been used forcomparison purposes (e.g. Bianchi et al. 2000).

The catch was mixed, and a sample was collected(approximately 1/5 of the haul) due to high volumesof catch. Species were identified to the lowest pos-sible taxonomic level using specialized identificationkeys (Cervigón 1991, 1993, 1994, 1996; Cervigónet al. 1992; Carpenter 2002). The compositionand abundance of species for both the number ofindividuals and weight of the catch were recorded.

Figure 1. Study area. The two areas from which hauls weresampled are shown (▴).

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Data analysis

The estimation of biomass density (kg/km2) wascalculated using the swept-area method (Sparre &Venema 1998). To analyse community parameters,biomass data were applied excluding species with lessthan 2% of the total density (mostly pelagic) to reducerare-species bias (Field et al. 1982). For the analysis ofthe demersal community structure, excluding rarespecies improves detection of patterns. For diversityindices (taxonomic and functional), the analysisfocuses on the demersal community; pelagic specieswere not included since they are not adequatelyrepresented in the catches of bottom nets. Theecological descriptors used to characterize the com-munity were richness, diversity and evenness. Marga-lef’s richness was calculated as

d ¼ ðS � 1Þ= lnN ð1Þwhere S is the number of species and N is thenumber of individuals. Shannon’s diversity index(H′) was estimated using the equation

H 0 ¼ �X

ipi ln pi ð2Þ

where pi is the relative abundance of each species.Finally, Pielou’s evenness was calculated as

J 0 ¼ H 0=Hmax ð3ÞA hierarchical weighted-average linkage cluster ana-lysis and a non-metric multidimensional scaling(MDS) test were performed using a Bray–Curtissimilarity matrix estimated from a log (x + 1) fishbiomass matrix. MDS represents sampling hauls intwo-dimensional space such that the relative dis-tances between all points are in the same rank order.Additionally, a two-way analysis of similarity (ANO-SIM) was performed to test the null hypothesis thatcommunity associations do not differ spatially ortemporally (Clarke 1993).An analysis of taxonomic diversity to evaluate the

taxonomic distance between each pair of individualsas defined by a Linnaean classification tree (Clarke& Warwick 1998) was conducted. The averagetaxonomic distinctness (Δ+) was calculated accord-ing to the equation

Dþ ¼ 2

PPi<jxij

SðS � 1Þ ð4Þ

where ωij is the distinctive or taxonomic distancebetween species i and j in the hierarchy. Each

hierarchical level is given a proportional value thatscales to 100. The taxonomic hierarchies used werephylum, class, order, family, genus and species afterthe classification proposed by Nelson (2006). Thevariation in taxonomic distinctness (Λ+) measuresthe asymmetry of the taxonomic tree and wascalculated as

Kþ ¼ 2

PPi<j ðxij � DþÞ2SðS � 1Þ ð5Þ

For the analysis of functional diversity, the lifehistory and ecological traits of each species werecompiled using a range of sources including recordsfor the study area, species catalogues, books and thedatabase Fishbase®. The ecological and morpholo-gical traits used (trophic level, trophic guild, repro-ductive guild, habitat, body shape, form of thecaudal fin, mouth type and maximum size reported;Palacios-Salgado 2011) for functional analysis werethose reported for the adult phase of the species andcould either be continuous or categorical data. Thecategories for each trait are shown in Table I.Following the criteria suggested by Somerfield et al.(2008), traits were converted into binary data byscoring 1 if a species fell within a trait category and 0if it did not. A binary matrix was built for each of thetrawls to determine the average functional distinct-ness index (X+), which was calculated as the averageof the simple matching index

SMIij ¼ a þ d

a þ bþ c þ dð6Þ

where a is the number of traits common to species iand j, b is the number of traits possessed by i but notj, c is the number possessed by j but not i, and d isthe number of traits possessed by neither. Addition-ally, X+ was compared with the number of species ineach haul to verify the variability of functionaldiversity in the shrimp trawl by-catch community.All analyses were conducted using PRIMER®6.1.13 for Windows (PRIMER-E Ltd, Plymouth,UK). A two-way ANOVA was used to test whetherboth spatial and temporal differences exist in ecolo-gical, taxonomic and functional diversity.

Results

Spatially, 80 hauls were made in the Islands area and54 in the Gulf area, with 87 being made during therainy season and 47 during the dry season. A total of48,668 individuals from 161 species were collected,most of them demersal and benthic species. Thesespecies were classified into 113 genera, 58 families,

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23 orders and two classes. The order Perciformeswas the most commonly representedwith 24 families,54 genera and 79 species. The most representedfamilies were Carangidae and Sciaenidae, with 17and 14 species respectively. The species Cathoropsmapale Betancur & Acero, 2005 (22.71%) and Lepo-phidium spp. (11.42%) made up the highest propor-tion of the total biomass collected both spatially andtemporally. Four families (Ariidae, Ophidiidae, Ger-reidae and Sciaenidae) accounted for more than 50%of the total relative abundance of the community. Wecollected 135 and 132 species in the Gulf and Islandsareas, respectively; 117 and 105 species were collectedin the rainy and dry seasons, respectively (Table II).

Richness values showed significant spatial differ-ences (P = 0.000) and were higher in the Gulf (3.00 ±0.57). Temporally, richness did not vary significantly,but the mean value for the dry season (2.88 ± 0.60)was relatively higher (2.65 ± 0.52) than for the rainyseason (Figure 2). The mean values (±SD) of ecolo-gical diversity were higher in the Gulf area (3.44 ±0.05 bits/ind) and during the dry season (3.45 ± 0.06bits/ind), but these values showed both spatial andtemporal variation (P = 0.0291 and P = 0.0082,respectively; Figure 2). The mean values for evennessin the temporal analysis were 0.74 (±0.08) for the dryseason and 0.69 (±0.09) for the wet season. For thespatial analysis, the mean evenness values were 0.70(±0.10) and 0.72 (±0.07) for the Islands and Gulfareas, respectively. In contrast to the richness value,only the temporal analysis showed significant differ-ences in evenness (P = 0.008; Figure 2).

The classification analysis produced four groupsseparated at a 25% similarity level: two with samplesfrom the Islands area (II and IV), one with samplesfrom the Gulf area (I) and another group withsamples from both areas (III). The average similaritywithin groups was estimated to be 50%. The effectof season was not evident in the conformation ofthese groups (Figure 3). These results contrast withthose obtained by the non-metric multidimensionalscaling analysis, which failed to demonstrate a clearordering of either spatial or temporal variation(Figure 4). Clarke & Warwick (2001) suggestedthat the estimate for the value of ‘stress’ (0.23) canbe acceptable if the ordination analysis is performedwith a sample larger than 50. Note that in the spatialanalysis, we observed a gradual separation of the haulsalong the horizontal axis in the Gulf area comparedwith the Islands area; this did not occur with thetemporal analysis. Although the similarity values wererelatively low, the ANOSIM showed that communitystructure varied significantly both in time (R = 0.313,P < 0.05) and space (R = 0.137, P < 0.05).

The analysis of taxonomic diversity did not showa clear pattern for any temporal or spatial scale.

Table I. Categories for each functional trait used in the functionalanalysis of the fish by-catch.

Functional trait Categories

Maximum size reported > 600 mm301–600 mm< 300 mm

Habitat PelagicBenthopelagicSoft bottoms demersalHard bottoms demersalMixed bottoms demersalBenthic

Body shape ElongateLaterally compressedVentrally compressedFusiformBalloonStreamlined-elongateStrongly compressed-elongateOther forms

Trophic level > 4.003.51–4.003.01–3.502.51–3.00< 2.51

Reproductive guild ViviparousOvoviviparousOviparous pelagic eggsOviparous eggs benthic and pelagic

phaseOviparous with benthic eggs without

pelagic phaseOviparous oral gestation

Trophic guild Carnivores-I (feed mostlyon invertebrates)

Carnivores-II (mix of fishes andinvertebrates)

Carnivores-III (feed mostly on fishes)PlanktivorousOmnivores

Mouth type ObliqueUpperTerminalLowerVentralProtactileTubularIncludedProjectingSemiventral

Form of the caudal fin RoundedTruncatedEmarginateSemilunarForkedConfluentDottedS formEmarginate doubleWithout caudalSymmetrical elasmobranchAsymmetrical elasmobranch

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Table II. List of the taxa caught in the two areas (Gulf and Islands) during the two seasons (wet and dry). The numbers indicate the meandensity (ind/km2) captured and the standard deviation.

Gulf Islands

Wet Dry Wet Dry

Species Mean SD Mean SD Mean SD Mean SD

Acanthostracion polygonius 108.00 42.43 19.67 13.32Acanthostracion quadricornis 68.80 56.41 77.94 65.69 90.42 82.16 199.71 179.65Achirus spp. 212.79 326.87 49.20 15.83 94.55 99.80 73.38 59.53Albula nemoptera 79.67 58.32 5.00Albula vulpes 37.00 8.00Alectis ciliaris 6.00 46.00 15.52Aluterus monoceros 39.86 11.19 14.40 12.03 46.00 1.00 5.00Aluterus schoepfii 41.00 27.11 47.00 17.05 50.86 30.74 65.00Antennarius spp. 48.50 29.29 37.00 8.54 47.00Apogon spp. 66.25 39.83 82.31 68.81 65.10 52.83 115.29 65.00Bagre bagre 61.36 68.39 11.00 7.07 48.79 44.13 24.00 21.21Bagre marinus 147.58 201.48 70.93 129.24 155.37 196.86 50.40 33.47Bairdiella spp. 36.00 30.00 9.90 80.33 49.22Balistes capriscus 83.15 54.71 28.63 19.00 40.33 17.03 17.00 11.34Bellator ribeiroi 32.50 9.19 127.17 82.44Calamus bajonado 12.00 9.54Caranx crysos 39.00 45.62 25.87 23.77 37.00 48.27 7.50 3.54Caranx hipos 165.00 179.08 20.53 20.30 34.75 8.77Cathorops mapale 985.40 1531.19 437.35 484.01 385.87 622.85 81.64 81.93Centropomus ensiferus 4.50 0.71 95.00Centropomus spp. 25.75 19.41 82.78 121.33Cetengraulis edentulus 408.71 807.64Chaetodipterus faber 58.20 27.13 15.53 20.85 33.33 11.02 5.00Chilomycterus antillarum 45.50 22.07 50.88 33.99 37.14 21.71 67.00 33.08Chloroscombrus chrysurus 114.65 137.95 82.58 127.04 92.11 98.54 26.40 4.28Conodon nobilis 102.60 95.24 12.71 15.48Cryptotomus roseus 22.00 41.44 26.38 28.33 19.04Ctenosciaena gracilicirrhus 152.23 250.57 211.86 446.88 187.78 247.76 33.00 28.48Cyclopsetta chittendeni 5.00 5.00Cyclopsetta spp. 61.40 41.38 24.00 4.24 63.90 53.20Cynoponticus savanna 22.00 40.00Cynoscion acoupa 20.30 29.50 37.00 9.00Cynoscion virescens 17.23 17.86Dactylopterus volitans 114.13 119.37 73.89 75.12 98.13 93.83 158.33 183.39Dasyatis americana 35.78 29.01 47.00 24.00Dasyatis guttata 33.83 38.38 34.20 15.91 7.80 3.42Diapterus spp. 327.68 666.58 73.21 53.97 722.86 1199.45 274.00 278.44Diapterus spp. (auratus or rhombeus) 23.00 36.65 41.70 35.46 129.00Diodon holocanthus 31.75 7.63 26.00Diplectrum spp. 347.69 322.48 147.50 154.39 829.45 769.52 461.27 308.74Eucinostomus melanopterus 118.00 313.00Eucinostomus spp. 395.39 504.43 142.32 112.51 310.39 373.55 275.75 368.51Gymnachirus nudus 35.33 13.01 40.83 15.13 34.50 10.61Gymnothorax ocellatus 48.00 16.75 34.86 18.73 50.40 36.83 4.50 0.71Haemulon aurolineatum 39.00 12.12 16.20 10.33 70.27 62.73Haemulon flavolineatum 36.50 6.36 14.33 17.04 28.00 14.70 40.00Haemulon parra 182.00 5.00Haemulon plumierii 10.75 8.02 14.00 13.86 11.67 10.69Haemulon steindachneri 29.33 16.74 5.50 0.71 26.50 12.02 5.00Haemulon spp. (boschmae or steindachneri) 41.00 18.57 26.56 50.00 25.12Halieutichthys spp. 117.33 104.54 31.60 7.16Harengula jaguana 298.47 515.02 173.22 220.75 62.75 29.45 140.00 183.85Hippocampus erectus 40.00 41.25 21.78 38.00 12.73Hippocampus reidi 23.00 38.00 35.67 1.53 64.00Hoplunnis schmidti 32.00 69.50 87.95 28.00 40.00Lagocephalus laevigatus 45.67 35.44 31.00 11.24 55.33 15.63Larimus breviceps 286.70 722.31 2642.20 3377.02 128.74 174.51 11.00 8.49Lepophidium spp. 892.29 850.04 461.62 469.43 1074.02 1473.91 237.97 298.62Lutjanus synagris 201.51 315.02 110.90 76.72 204.78 319.33 59.47 59.88Lycengraulis grossidens 62.86 60.93 62.00 73.63Macrodon ancylodon 73.83 40.67 94.33 131.23 50.00Menticirrhus americanus 44.29 56.43 10.11 4.11 49.14 43.87 11.00

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Table II. (Continued)

Gulf Islands

Wet Dry Wet Dry

Species Mean SD Mean SD Mean SD Mean SD

Micropogonias furnieri 54.79 64.87 14.05 8.49 55.02 66.24 16.33 11.02Mugil incilis 39.00 5.00 4.00Narcine brasiliensis 42.40 25.34 24.00 19.75 16.78 4.50 0.71Odontoscion dentex 58.17 38.69 33.00Ogcocephalus spp. 65.56 51.16 79.71 113.57 50.17 37.19 62.00 33.08Oligoplites saurus 60.33 50.84 60.00Ophidion holbrookii 77.50 37.25 23.00 99.00 5.00Opisthonema oglinum 314.87 372.35 119.25 204.86 162.19 182.39 179.75 289.61Paraconger sp. 190.25 187.98Paralonchurus brasiliensis 13.00 98.00Pellona harroweri 145.67 42.78 53.00Peprilus paru 10.67 9.87 5.00 5.50 0.71Polydactylus virginicus 37.75 31.54 56.39 68.00 57.86 129.30 6.00Pomadasys corvinaeformis 13.00 75.42 53.01 5.00Pomadasys spp. 254.22 455.90 88.30 75.41 46.00Porichthys plectrodon 239.35 360.74 251.13 194.18 850.60 1058.93 2083.31 1678.31Priacanthus arenatus 6.00 35.00 25.07 6.25 2.50Prionotus punctatus 931.92 775.51 612.59 454.37 252.75 256.75 154.13 92.93Prionotus stearnsi 328.50 127.99 40.00 1678.00 662.67 622.33Pristipomoides aquilonaris 143.00 15.56 62.67 32.50 66.57 47.62Rachycentron canadum 15.00 6.00 18.50 17.68Rhinobatos percellens 33.50 20.57 26.50 15.09 23.00 16.22 4.00Rhomboplites aurorubens 16.67 9.50 33.00 69.09 86.73 22.38 13.39Rhynchoconger flavus 53.00 30.40 36.00 5.66 32.00 25.47 39.63 16.48Rypticus randalli 32.00 26.00 27.00Sardinella aurita 128.80 202.25 31.50 0.71Saurida normani 18.67 20.43Saurida spp. 181.00 12.00Sciaenidae sp. 127.00 152.74Scomberomorus cavalla 5.00 56.25 39.84Scorpaena agassizii 88.00 39.60 40.75 10.63 70.91 69.58 148.50 75.66Scorpaena brasiliensis 36.88 15.25 44.43 23.64 29.20 14.72 87.00 60.81Scorpaena calcarata 84.25 50.50 36.50 4.95 44.83 27.43 232.33 309.93Scorpaena plumieri 37.25 25.42 54.33 64.26Selene setapinnis 73.89 50.54 46.40 39.57 77.67 87.62 36.00Selene vomer 107.25 60.12 14.80 14.18 37.50 63.67Serranus phoebe 54.00 41.92 26.33 6.66 83.81 66.09 65.00Sphoeroides spengleri 53.00 35.79 60.00 98.33 86.93Sphoeroides testudineus 105.46 77.24 57.55 69.49 148.23 116.94 168.83 87.93Sphyraena guachancho 22.80 9.76 8.50 3.51 66.47 92.86 15.67 13.61Sphyraena picudilla 33.67 29.67Sphyrna lewini 6.50 2.12 10.50 7.78Sphyrna tiburo 5.75 0.50 5.00Sphyrna spp. 82.50 26.16 22.33 5.13 32.00 5.66Stellifer spp. 99.00 100.70 267.50 641.99 59.00 51.98Syacium papillosum 190.00 237.59Syacium spp. 1769.76 1284.49 682.61 532.35 1661.54 1217.11 595.94 352.36Symphurus plagusia 98.79 87.94 75.23 59.85 74.89 63.80 39.00 16.61Symphurus tessellatus 219.79 245.22 33.00 29.00Synodus foetens 16.00 9.42 11.00 23.13 16.63 16.00 4.24Synodus poeyi 38.50 38.89 10.00 10.00Synodus spp. 455.25 445.39 103.80 86.68 657.04 742.95 216.18 291.26Thalassophryne maculosa 296.00 200.10Trichiurus lepturus 64.67 46.93 56.33 46.77 35.50 21.05 5.00Trinectes paulistanus 62.33 47.01 32.00 65.00Umbrina coroides 90.50 40.31 4.00Upeneus parvus 98.91 54.37 72.52 79.29 120.59 191.44 239.31 256.21Engraulidae sp. 202.69 152.65 110.00 55.09 135.72 148.91 95.00 49.50Opistognatidae sp. 134.15 144.95 127.50 89.70 242.50 283.98 139.46 84.57No. hauls 28 25 58 21No. species 97 90 107 80

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The average taxonomic distinctness index (Δ+)indicated that the values were within the 95%probability distribution performed from 1000 simu-lated sub-samples of different numbers of speciesusing the master list containing all fish species,suggesting that hauls have a lower than expectedtaxonomic diversity. The variation in taxonomicdistinction (Λ+) showed approximately 30% of setsoutside and below the mean of the probabilitydistribution, which indicates that the captured spe-cies in those sets had lower taxonomic variability andthus were closer taxonomically (Figure 5). TheANOVA showed significant differences in taxonomicdistinction only for the temporal analysis (P < 0.05).Similarly, the functional distinctness index showed

no clear spatial or temporal effects or relationships tothe number of species per haul (Figure 6). Despitethis, the ANOVA allowed us to identify differencesbetween seasons and areas (P < 0.05), with averagefunctional distinctness being very similar between areas(0.8168 ± 0.0009 for the Islands area and 0.8200 ±0.0006 for the Gulf area) but with fewer species in theIslands area. Additionally, the wet season (0.8161 ±0.0006) had lower values of average functionaldistinctness than the dry season (0.8217 ± 0.0009).

Discussion

The by-catch of shrimp trawling in the south-western Colombian Caribbean Sea reflects the highfish diversity associated with tropical continentalshelves (161 taxa). Of the species recorded duringthis study, 92 were present throughout the studyarea during the annual cycle, which could indicate

Figure 2. The mean and confidence intervals (95%) for theecological descriptors by zone and season: richness (top), Shannon-Wiener diversity index (middle) and evenness (bottom).

Figure 3. Classification analysis by hauls calculated with theBray–Curtis similarity index by area (● = Islands and ○ = Gulf).The band at the right indicates the season (black = wet and white= dry). The grey line indicates 25% similarity.

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that these species are residents (Koranteng 2001).Despite the large number of species, the dominanceof very few of them characterized the shrimp trawlby-catch in tropical waters (Vianna & Almeida 2005;Madrid-Vera et al. 2007; Tonks et al. 2008). Thehigh abundance of Cathorops mapale in both areas,also reported by other authors (e.g. Duarte et al.2006), can be explained by the fact that it inhabitsmarine-brackish and freshwater environments intropical and subtropical waters along the world’scontinental shelves, on muddy or sandy bottomsin the lower parts of rivers, estuaries and coastallagoons of mangroves (Herazo et al. 2006; Betancur-R. et al. 2007). In the areas studied there arefavourable conditions for growth of this species,especially in the Gulf area, due to salinity decreasesin the mouths of large rivers in the area (Ruiz-Ochoaet al. 2012). Moreover, the high biomass of Lepophi-dium spp., which is listed as the second mostabundant, could be related to the fact that thisspecies group lives buried on soft bottoms (sandyand muddy) that are characteristic of the area, andlike C. mapale it can tolerate marine, estuarine andfreshwater environments (Garrido-Linares & Acero2006). Thus, these two species share preferenceswith penaeid shrimps for many of the same habitatcharacteristics. The four families identified as themost abundant (Ariidae, Ophidiidae, Gerreidae andSciaenidae) have been reported elsewhere as themost commonly represented in the ichthyofauna of

Figure 4. Non-metric multidimensional ordination: area(top, ● = Wet and ○ = Dry) and season (bottom, ● = Islandsand ○ = Gulf) calculated with the Bray–Curtis similarity index.The value of stress was 0.23, which explains the ordering due tothe large number of hauls.

Figure 5. Average taxonomic distinctness index (top) and the variation in taxonomic distinction (bottom) for (a) season (● = Wet and○ = Dry) and (b) area (● = Islands and ○ = Gulf) for the number of species in each haul in relation to the expected value (95% limits ofprobability) derived from 1000 iterations of the systematic list captured during the annual fishing cycle.

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shrimp fishery by-catch (Herazo et al. 2006). Ofthese four families, Scianidae had the highest num-ber of species caught as by-catch, which has beenreported for other tropical shrimp trawl fisheries(Vianna & Almeida 2005). These families are typicalof soft bottom coastal waters influenced by turbiditycaused by rivers (Koranteng 2001).Since diversity is commonly regarded as a meas-

ure that summarizes community structure, complex-ity and stability (He et al. 1996) its quantification isof vital importance for understanding the dynamicsof fish communities (Abellán et al. 2006). The by-catch of shrimp fisheries is characterized by highdiversity, particularly in the Caribbean waters(Duarte et al. 2010). Our results indicate a highdiversity compared with other tropical ecosystemsand continental shelves (H′ = 2–3; Targett 1981;Labropoulou & Papaconstantinou 2004), although ithas been reported that there is a trend of decreasingfish diversity in the Colombian Caribbean Sea(Manjarrés 2011). Additionally, the diversity indexvalues were higher than those reported for 2002 forthe Gulf area (2.98 bits/ind) by Herazo et al. (2006).The spatio-temporal variations in ecological

diversity that occurred throughout the annual cycleare most likely due to two reasons: (1) the lowrepresentation of the Islands area in the samplebecause the fishery does not operate extensivelythere due to the presence of hard bottoms

and protection areas, the catches were made mainlyin shallow soft bottom areas; with good representa-tion of the sampling area; and (2) changes in speciescomposition as a result of the seasonal variabilityobserved in the region. We know that reefs andcoastal ecosystems are highly diverse and that theenvironmental variability influences the number ofdominant species and affects the spatial and tem-poral heterogeneity of the communities, withoutexcluding the hydrological processes that affect thespecies composition and richness, habitat seasonalityand/or the responses of the organisms, especially inthose ecosystems that are highly diverse (Arab et al.2004; Ramos-Miranda et al. 2005; Gristina et al.2006). However, a clear pattern could not be seen,indicating that the changes in community structureare attributable to fishing. Previous studies have indi-cated that changes may be too subtle to be detected indemersal communities (Koranteng 2001). Addition-ally, it is not easy, in many cases, to separate changescaused by anthropogenic factors from natural vari-ation in community structure resulting from otherfactors (Koranteng 2001; Labropoulou & Papacon-stantinou 2004). Since establishing that spatial ortemporal changes to communities are sensitive tomethodology, our findings support the need forcomplementary data to be used in these multivariatetechniques to determine the consistency of the com-munities (Manjarrés 2011). According to the classi-fication analysis, Group I is associated with hauls fromthe Gulf area. This is an area with predominantlyfine-grained sediments (fine sand and mud) and asmooth slope to low depths providing a similar habitatthroughout the area (Herazo et al. 2006). Groups IIand IV are hauls from the Islands area that, unlike theGulf area, are less influenced by fluvial discharge andare characterized by the predominance of shallowsandy bottoms and seagrass beds (Garzon-Ferreira &Diaz 2003). Within these two groups, some haulswere not representative of the area, which suggeststhat there may be a transition zone between theboundaries of the two zones that has the character-istics of both. Group III showed no clear spatialpattern for the hauls from the two areas, given thatgrounds that were sampled in the Islands ecoregionare in an area of permanent fishing for the shrimp fleetas in the Gulf, with its consequent disturbance, andmay indicate the presence of a spatial effect in the areathat results in the non-separation of the groups in theMDS (Figure 7). In general, it is clear that the Islandsarea is also affected by the influence of continentaldischarge, but not to the same degree as in theGulf area. Therefore, the similarity analysis allows usto detect certain spatio-temporal differences in com-munity structure as defined by the two species with thehighest biomass in the catches (Table II). Although a

Figure 6. Functional distinctness index (X+) by the number ofspecies of the caught fish fauna by area (top) (● = Islandsand ○ = Gulf) and season (bottom) (● = Wet and ○ = Dry)relative to the expected value (95% confidence limits) derivedfrom 1000 iterations of the functional matrix for all species caught.

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drastic temporal variation in the composition of thedemersal ichthyofauna of the south-western Colom-bian Caribbean Sea has been reported (Manjarrés2011), our results suggest greater spatial than tem-poral variation in community structure.Diversity indices are clearly disadvantaged relative

to taxonomic diversity indices, as the latter are moresensitive to natural environmental variability and lesssusceptible to variations in sample size (Clarke &Warwick 2001). Although the taxonomic diversityindices have come into use more recently and areconsidered an accurate gauge of biodiversity, somestudies have shown differences in performance.In some cases, they were useful to record relev-ant changes in demersal fish communities (Ramos-Miranda et al. 2005; Gristina et al. 2006), butsometimes they were not able to detect anthropo-genic disturbances (Abellán et al. 2006). However,our results suggest a spatio-temporal difference inthe taxonomic structure of the by-catch fish com-munity. Temporally, the dry season had a lower taxo-nomic distinction and spatially, species have highertaxonomic relationships in the Islands area asopposed to ecological diversity, which showed bothspatial and temporal variation, indicating an influ-ence of environmental variability on the taxonomicrelationships of species in the community. Theseindices have overcome most of the problems of tra-ditional measures of diversity and have been used to

compare degraded and pristine marine areas (Som-erfield et al. 2006). Thus, the low values in thebivariate analysis of taxonomic diversity indices mayindicate that the community structure of the Islandsarea has the lowest diversity of the ichthyofaunaby-catch by being composed of groups of closelyrelated species. This may indicate a reduced respon-siveness of the ichthyofauna in an area prone toenvironmental fluctuations and therefore a loss ofecosystem resilience (Ramos-Miranda et al. 2005).However, as in the case of ecological diversity, thefish community may not be well represented, as theshrimp trawlers do not have access to the entire area.The results suggest that variations in ecological andtaxonomic diversity of the community are more dueto the natural habitat heterogeneity than as a con-sequence of the impact of fishery (Abellán et al.2006; Gristina et al. 2006).

Measuring the functional differences betweenspecies is useful for showing the contribution of eachto the total diversity of the ecosystem. It is knownthat ecosystem functioning is related to the distribu-tion, abundance and biological activity of the speciesassemblage and its functional traits (Naeem &Wright 2003). On the one hand, taxonomic indica-tors relate to the functional diversity of the ecosys-tem and indicate environmental changes (Campbellet al. 2011). However, our results suggest that thebehaviour of taxonomic diversity and functional

Figure 7. Distribution of the hauls in the four groups formed in the analysis of community of the fish by-catch.

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diversity were not similar. While the taxonomicdistinctness index values were approximately average,a high percentage of the functional distinctness indexvalues were below the global average. Despite havingfound a relatively high diversity of species in the area,functional distinctness values were low. Moreover, asmall percentage of values fell outside the probabilitydistribution, andmanyotherswere near the lower limit.This might be caused by disturbance of essentialhabitats by trawl vessels in the zone (Jennings et al.2001). Additionally, the Gulf area has the samefunctionality as the Islands area but hosts a greaternumber of species.Thismay be indicative of taxonomicredundancy and thus functional redundancy in theGulf area, but it also suggests that the Islands area is atransition zone between the soft bottom environmentand the hard bottom area (reef). It should be noted thatlow values of functional distinctness in the area mayindicate a decrease in stability and greater sensitivity todisturbances (Bellwood et al. 2003). Thus, any effecton a species in the community could generate a loss ofecosystem function.Finally, the results suggest that the area identified

here as Islands (Gulf area by Díaz-Merlano &Gómez-López 2000) represents differences in thestructure and functional diversity of ichthyofauna incomparison to the Gulf area. This zone may be atransition area between the hard bottom (reef) in theIslands area and the soft bottom of the Gulf area.The two study areas are constantly exploited, so thebiota is more homogeneous within the Gulf area. Inthe Islands area, where some functional groups maybe represented by a small group of species, the func-tional structure would be more vulnerable to humanimpacts and exploitation given its lower structuraland taxonomic diversity (Bellwood et al. 2003).In general, many species caught as by-catch from

shrimp trawl fisheries, which operate year-round, areof conservation relevance or have ecological or eco-nomic value. The fishing affects fish of a wide rangeof sizes, but it mostly affects small fish and makesthem especially vulnerable to overfishing by impact-ing recruitment and growth, which, under constantextraction pressure, could delay population reco-very (Foster & Vincent 2010). Activities commonlyrecommended as actions to reduce the impact of fish-ery on biological communities include by-catchreduction and the establishment of marine pro-tected areas. Our study shows that future manage-ment actions should also consider the spatio-temporalvariability of the demersal fish community structureand diversity, especially in the Islands area, that willallow for the preservation of diversity in the area andwould mitigate the impacts on the biota that may becaused by disruptions to ecosystem processes iffunctional diversity is eroded (Duarte et al. 2010).

Acknowledgements

We thank two anonymous reviewers for their valu-able comments.

Funding

The authors are grateful for the support received fromthe SIP-IPN (grant number 20140981); SEP-CONACyT(grant number 155900); and COLCIENCIAS (grant num-bers 1117-521-29353 and 1117-09-13723), as well as fromthe Instituto Politécnico Nacional through the EDI andCOFAA programmes. FET thanks CONACyT (ConsejoNacional de Ciencia y Tecnología) and IPN-PIFI (InstitutoPolitécnico Nacional) for the scholarship that was pro-vided. MJZR thanks COTEBAL-IPN and CONACyT(grant number 206762).

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Editorial responsibility: Heino Fock

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Functional and Structural Food Web Comparison of TerminosLagoon, Mexico in Three Periods (1980, 1998, and 2011)

Isaura Michelle Abascal-Monroy1 & Manuel J. Zetina-Rejón1& Fabián Escobar-Toledo1 &

Gladis A. López-Ibarra1 & Atahualpa Sosa-López2 & Arturo Tripp-Valdez1

Received: 9 April 2015 /Revised: 9 November 2015 /Accepted: 19 November 2015 /Published online: 1 December 2015# Coastal and Estuarine Research Federation 2015

Abstract Terminos Lagoon has a high diversity of speciesand habitats and is the largest coastal lagoon in the southernGulf of Mexico. It has been a natural protected area since1994, but in recent decades, environmental changes havemodified its biological communities and habitats. In thisstudy, we construct three trophic models for the periods1980, 1998, and 2011 using the Ecopath with Ecosim ap-proach to evaluate the status of the ecosystem. Based on mod-el outputs, we compare functional indicators and perform astructural analysis of the food web. We found significantchanges in the biomasses of trophic compartments and in oth-er functional indicators. The global productivity of the eco-system was the main ecosystem indicator that changed overtime. The structural analysis included a collection of centralityindices which measure the number, strength, and distance (interms of number of links) of linkages between each trophiccompartment and all other compartments, as indicators of therelative importance of each compartment in overall energyflows. Structure was also assessed by identifying the number

and composition of subgroups connected by strong trophiclinkages. Certain compartments from lower trophic levels,such as seagrasses, microcrustaceans, meiobenthos, and echi-noderms had the higher values of centrality measures in thethree periods analyzed. Substructures were relatively stablebetween periods, confirming that a reduction in productivitywas the main ecosystem indicator that changed over time.Some trophic compartments were recurrent in substructures,revealing their key role in the food web structure regardless ofchanges in productivity. This analysis suggests that thosecompartments must be prioritized in conservation scenariosbecause the loss of those species would change the ecosystemstructure impacting severely its biological productivity.

Keywords Coastal lagoon . Foodweb . Ecopath . Ecosystemfunctioning . Centrality . Substructures

Introduction

Terminos Lagoon is the largest coastal lagoon in the south-eastern Gulf of Mexico (Fig. 1). Its importance as a nurseryarea for fishes and invertebrates, many of them with commer-cial interest, is well recognized. For this reason, the lagoon isof primary interest for biological conservation and fisheryactivities, and the Mexican government legally declared theTerminos Lagoon ecosystem as a protected area for flora andfauna in 1994. It is also a Ramsar site due to its large areas ofmangroves and associated wetlands. However, the ecosystemhas been subject to severe impacts due to anthropogenic pres-sures during recent decades (Sirot et al. 2015). These pressuresinclude development of the oil industry in the adjacent conti-nental shelf, wetland loss, and mangrove deforestation asso-ciated with crop and livestock development, and urban devel-opment in adjacent areas.

Communicated by James Lovvorn

Electronic supplementary material The online version of this article(doi:10.1007/s12237-015-0054-0) contains supplementary material,which is available to authorized users.

* Manuel J. Zetina-Rejó[email protected]

1 Instituto Politécnico Nacional—Centro Interdisciplinario de CienciasMarinas, Av. IPN S/N Col. Playa Palo Santa Rita, 23096 La Paz, BajaCalifornia Sur, Mexico

2 Instituto de Ecología, Pesquerías y Oceanografía del Golfo deMéxico, Universidad Autónoma de Campeche, Av. Héroe deNacozari 480, 24029 San Francisco de Campeche, Campeche,Mexico

Estuaries and Coasts (2016) 39:1282–1293DOI 10.1007/s12237-015-0054-0

Author's personal copy

Recent studies have highlighted ecological changes forTerminos Lagoon. Using an approach that incorporates waterquality, contaminants in fish, the benthic community, and hab-itat degradation, García-Ríos et al. (2013) evaluated the envi-ronmental condition of the lagoon during 2010. Their resultssuggest that the overall environmental condition of the lagoonwas fair, which means that some indicators like contaminantsin fish and coastal habitat were negatively evaluated.However, Sirot et al. (2015) reported that abiotic parametersshowed very different temporal evolutions over the last threedecades. They found that salinity had increased from 1980 to2011, but pH, depth, and water clarity were very differentduring 1998. No significant changes in temperature were de-tected during the last three decades. Also, Magallanes-Ordóñez et al. (2014) have noted that although elements as-sociated with the presence of oil in sediments are not enrichedin the lagoon, they are present in moderate concentrations.Ramos-Miranda et al. (2005a, b) reported that the loss of di-versity in the fish community was associated with four mainfactors: (1) the fisheries, (2) pollutants from the oil industry,agricultural activities and urban areas (Currie-Alder 2001), (3)habitat degradation by loss of submerged vegetation(seagrass) and mangrove areas, and (4) the loss of estuarineconditions of the lagoon due to the increased contributions ofseawater, which have increased transparency and salinity ofthe lagoon (Villalobos-Zapata et al. 2002). Due to this last fact,in recent years, fish families with a marine affinity, such asMugilidae, Serranidae, Lobotidae, and Achiridae, amongothers, have increased in abundance in the lagoon (Ramos-Miranda et al. 2005a). It has also been reported that the bio-mass of estuarine omnivorous species from intermediate

trophic levels (which dominated the lagoon during the1980s) have been replaced by carnivores and herbivores-detritivores species of marine affinity during 1998 (Sosa-López et al. 2005). However, some species have showed arecovery in their abundances during 2011, and other are stilldecreasing (Sirot et al. 2015). Studies suggest that thesechanges result from the building of reefs nearby and an in-crease in marine conditions that can increase the biomass ofpredators and detritivores. Moreover, a reduction in seagrasscoverage with a consequent decrease in specialist fish speciesthat have a preference for this habitat has also been reported(Villéger et al. 2010).

Changes in biodiversity are usually detected through anal-ysis of the biological communities and are correlated withenvironmental conditions. Those changes in species diversityare supposed to affect ecosystem functioning, for exampleproductivity, resilience, and stability. However, this latter ideais not usually tested due to lack of time series data needed todescribe ecosystem dynamics. To fully understand change andvariability of an ecosystem, it is necessary to evaluate histor-ical conditions and thus visualize future scenarios (Boero et al.2014). Trophic models are usually an alternative to study theresponse of ecosystems to changes in environmental condi-tions. Taking this into account, the main aim of this study wasto compare the function and structure of the Terminos Lagoonecosystem during three different periods with systematicallycollected field data. Specifically, we investigated the differ-ences or similarities in functional indicators and topology ofthe food web. Using an Ecopath with Ecosim (EwE) trophicmodeling approach, we investigate whether the reportedchanges in biological communities and environmental

Fig. 1 Terminos Lagoon at thesoutheastern Gulf of Mexico. Themap shows the sampling stationsused for biological surveys during1980, 1998, and 2011

Estuaries and Coasts (2016) 39:1282–1293 1283

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conditions are reflected at the ecosystem level, particularly interms of functional indicators and structural properties.

Methods

Study Area

The Terminos Lagoon is located in the southeastern Gulf ofMexico (Fig. 1) and is the largest coastal lagoon in the area,with a surface area of 2500 km2. The lagoon is an estuarinesystem with freshwater discharges from three main rivers: thePalizada (southwest), Chumpan (south), and Candelaria(southeast), which are part of the Usumacinta and Grijalvabasin (the largest fluvial system in Mexico). The lagoon hasan average depth of 3.5 m and is mostly surrounded by man-grove swamps. It is separated from the sea by Carmen Island,but water exchanges with the adjacent continental shelf occurthrough two inlets: Puerto Real in the east (10 m) and ElCarmen in the west (7 m). Three climatic seasons are identi-fied in the region: the winter storms season, which is fromOctober to January; the dry season from February to May;and the rainy season from June to September (Yáñez-Arancibia and Day 1982).

Modeling Approach

We constructed three new trophic models that represent theTerminos Lagoon food web, and they correspond to theyears 1980, 1998, and 2011, which were initially basedon the model previously constructed by Manickhand-Heileman et al. (1998) representing the early 1980s. Eachmodel consists of 41 trophic compartments, 21 morecompartments than the original version. The models werebuilt using the Ecopath with Ecosim (EwE) approach(Christensen et al. 2008), which represents the energyflows between the different biological components of thesystem and consists of a set of linear equations, one foreach trophic compartment, of the form:

Bi⋅P

B

� �i

⋅EEi ¼Xn

j¼1

Bj⋅Q

B

� �j

⋅DC ji þ Bi⋅P

B

� �i

⋅ 1−EEið Þ

þ Y i þ NMi þ BAi

where for an i compartment, Bi is biomass, (P/B)i is theproduction/biomass ratio, EEi is ecotrophic efficiency (thefraction of the production that is used in the system), Bj isthe biomass of predator j, (Q/B)j is the consumption/biomassratio of predator j, DCji is the proportion of prey i in the diet ofpredator j, and Yi is the export value, which in this studyincludes fishery catch when a compartment is exploited.NMi is the net migration rate, and BAi is the biomass

accumulation rate. The last two terms of the equation werenot used in the present study. Based on the equation, inputparameters for each model compartment include B, P/B,Q/B, and EE. Because this equation is balanced, if one param-eter is unknown, it can be estimated from the model.Nevertheless, the diet composition (DCij) of all consumers isrequired to depict all trophic relationships. Additionally, EEivalues must be between 0 and 1, and these values are used tobalance the model. EwE is a relatively simple model for therepresentation of trophic flows and has been widely applied toaquatic ecosystems (http://www.ecopath.org).

Input Data

All input data for the three models were based on field datacollection during three standardized sampling campaigns.Those campaigns were carried on during 12 consecutivemonths in 1980–1981, 1997–1998, and 2010–2011 and rep-resent the more extensive field sampling programs inTerminos Lagoon (Villéger et al. 2010; Sirot et al. 2015).Biological surveys were conducted monthly at 17 samplingstations (Fig. 1) during an annual cycle using a shrimp trawl(5 m long, with an opening mouth of 2.5 m in diameter and amesh size of 19 mm) towed for 12 min at a constant speed of2.5 knots. The identification and diet determination of fisheswere conducted in the laboratory. The diets for non-fish com-partments were taken from the literature (see supplementarymaterial). The biomass estimations for fishes and macroinver-tebrates were made through swept-area survey analysis. Forsome compartments, we let the model estimate their bio-masses to reduce bias due to selectivity of the fishing gear.The P/B ratio is equivalent to total mortality (Allen 1971) andwas estimated as natural mortality following the equation pro-posed by Pauly (1980). For exploited fishes we added to nat-ural mortality the fishing mortality obtained from Zetina-Rejón (2004). TheQ/B ratio was estimated using the empiricalequation proposed by Palomares and Pauly (1998). For non-fish compartments the P/B and Q/B were obtained from theliterature (see supplementary material). The fishery catcheswere taken from the statistical yearbooks. All input data werestandardized in terms of time and area units.

Functional Analysis

The EwE approach calculates several indices that are useful todescribe the functional status of the ecosystem. In this way, weanalyzed the total consumption, total exports, total respiration,and flows to detritus; all of them are part of the total through-put of the food web, which is the sum of all energy flows.Also, the system’s omnivory index (a measure of how feedinginteractions are distributed among trophic levels) and Finn’srecycling index (fraction of total throughput that is recycled)were estimated to describe how energy is used in the food web

1284 Estuaries and Coasts (2016) 39:1282–1293

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(Christensen et al. 2008). Another indicator was the meantransfer efficiency, which is the geometric mean of energytransfer efficiency between all trophic levels. EwE also esti-mates the ecosystem flow indices proposed by Ulanowicz(1986) to describe the development of an ecosystem, whichincludes the ascendency (A), the development capacity (C),and the overhead (O). The A measures the growth and devel-opment of an ecosystem. The upper limit of A is the develop-ment capacity (C) of the system and is a measure of its poten-tial for growth. The difference between A and C is the over-head (O), which expresses the reserve potential that the systemhas to respond in case of external disturbance. The aboveindices are commonly used in ecosystem analysis based onEwE, and their global patterns have been recently describedby Heymans et al. (2014). Differences in indices between thethree periods were tested using a Friedman test due to the lackof normality and heterogeneous variances in the data.

Structural Analysis

The structural analysis consisted of two parts. In the first part,centrality indices were calculated based on the network topol-ogy, to determine the relative importance of a trophic com-partment in terms of its position in the food web and themagnitude of energy flowing through it. For the calculationof these indices, we considered the consumption flows matrixestimated by the EwE for each of the three different periods(cannibalism flows were not used in the analysis). The firstindex calculated was the weighted degree index (Dw) that isgiven by the sum trophic links weights (flow magnitudes)between a food web compartment i and all other compart-ments in the network (Horvath 2011). Then, we calculatedthe closeness centrality index (Cc), which measures the meaninverse distance (in terms of number of links) between a givencompartment and all other compartments in the network.Higher values of this index indicate greater easy access tothe other network members (Wasserman and Faust 1994).The index is calculated as:

Cci ¼ N−1X N

j¼1di j

where N is the number of trophic compartments in the net-work, and ∑ j=1

N dij is the sum of the shortest path distances(geodesic distances) between the trophic compartment i and j.Finally, we calculated the status index (CKatz) proposed byKatz (1953). This index calculates the relative influence of atrophic compartment within a network, quantifying the flowsnot only with immediate neighbors but also with the trophiccompartments with which it is connected through these imme-diate neighbors. This index can be interpreted as a generaliza-tion of degree centrality (the number of links attached to a

node or trophic compartment), where the number of neighborsat a distance k is also counted but attenuated by αk. This indexis expressed as:

CKatz ið Þ ¼X∞k¼1

XNj¼1

αk Qk� �

ji

where N is the total number of trophic compartments, andQ isthe consumption matrix from EwE. The damping factor αranges from 0 to 1; smaller values reduce the influence oflonger sequences of links, with a value of zero eliminatingall distances greater than a single link. We used an intermedi-ate value of 0.5 (Katz 1953; Junker and Schreiber 2008).Differences in all centrality indices were tested using aKruskal-Wallis test due to the lack of normality and heteroge-neous variances in the data.

The second part of the structural analysis was to identifysubstructures in the food web, which are sets of trophic com-partments that are more highly interconnected to one anotherthan they are with the rest of the network. For this analysis,trophic links were converted into binary and symmetric rela-tions. Binarization consisted of assigning a value of 1 whenthere was a trophic link between two compartments and 0 ifnot. Symmetrization consisted of assigning a value of 1 whentwo food web compartments are related, regardless of direc-tion of trophic flow. We only considered major flows to agiven trophic compartment that were individually ≥20 % oftotal flows to consider substructures based on most importantrelationships. Some authors, such as Junker and Schreiber(2008) and Borgatti et al. (2013), suggest that the number ofsubstructures has to be less than the number of trophic com-partments in the network but also has to be a number manage-able enough to describe the substructures.

We use UCINET 6.2 software for Windows (Borgatti et al.2002) to run substructure identification algorithms. Firstly, weidentify the cliques, which are highly cohesive sets of com-partments among which there are strong connections.Formally in graph theory, a graph (in this study the foodweb) is represented as G=(V, E) formed by a set of V of ver-tices (in this study the trophic compartments) and a set of E ofedges (in this study the trophic links). A subsetU⊆V is said tobe a clique if and only if G(U) is a complete graph, e.g., eachmember of the clique has connections with each other mem-ber. Usually, the minimum size of a clique is considered threevertices. Cliques in a network may overlap, e.g., the samevertex might belong to more than one clique. This analysiscould be used for identifying the importance of a compartmentbased on the number of times that a compartment appears incliques (Wasserman and Faust 1994; Borgatti et al. 2013).Secondly, we applied the analysis of cut points and blocks; thefirst is defined as a trophic compartment that, if removed, willcause the network to be divided into disconnected parts, whichare the blocks (Wasserman and Faust 1994). A subset C⊂V

Estuaries and Coasts (2016) 39:1282–1293 1285

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is called a cutpoint if the number of blocks ofG–C is larger thanthat of G. A block is a subgraph G′=(V ′, E ′) that is connected(every vertex can be reached from every other vertex) and max-imal (there is no connected subgraphG″=(V″, E″) with V″⊃V ′).A network can havemore than one cutpoint or have no cutpoints.Finally, the lambda sets analysis allows us to identify whichcompartments have connections that, if removed, would resultin disconnected substructures. In this sense, this analysis is usefulfor detecting trophic compartments with key connections. Forvertices u, v ∈V, let λ (u, v) denote the number of edge-disjointpaths (paths with no common edges) between u and v in G; asubset U⊆V is called a lambda set if and only if

minu;v∈U

λ u; vð Þ > maxu∈U ; v∈V−U

λ u; vð Þ

The members of the lambda set have more edge-disjoint paths connecting them to each other than non-members. The lambda set approach allows a ranking ofthe importance of each connection (trophic links) interms of how much of the flows go through each link.It then identifies the sets of relationships that, if discon-nected, would most greatly cut off the flows in the wholenetwork (Brandes and Erlebach 2005; Abarca-Arenaset al. 2007).

Results

Functional Analysis

All input data for the three models and estimated trophic levelsare shown in Table 1, and diet matrices used in modeling canbe found in the supplementary information. Both biomassesand trophic levels differed between years for most groups. Thesummary statistics of the ecosystem models showed differ-ences for the three periods analyzed (Friedman test, p<0.05)(Table 2). The total throughput was higher during 1980 andlower during 2011, indicating a reducing trend, which wassimilarly observed in total consumption, total exports, totalrespiration, and flows to detritus. The total biomass/totalthroughput and system’s omnivory remain relatively stablein all periods. The Finn’s cycling index was also relativelystable but with higher values during 1998. The mean transferefficiency increased during the two last periods, and the highervalue was during 1998.

Figure 2 shows the proportion of the flows in relation tototal throughput. We note a differential use of the energy dur-ing the three periods analyzed. There was an increase in theconsumption flows that indicate a higher demand of energy,but at the expense of an increase in the metabolic cost (totalrespiration flows) and a decrease of the flow to detritus.Additionally, the total exports flows decrease, but this is

mostly related to the establishment of the legal protectionsof the lagoon in 1994, which limits fishery activities.

All ecosystem flow indices significantly decreased from1980 to 2011 (Friedman test, p<0.05) (Table 2). Comparedto 1980, the ascendency (A) showed a decrease of 38 and 56%during 1998 and 2011, respectively. Similarly, the develop-ment capacity (C) had a decrease of 31 and 53 % during1998 and 2011, respectively. However, the relative ascenden-cy (A/C), which is an index of organization of the food web,was 0.4, 0.35, and 0.38 for 1980, 1998, and 2011, respective-ly. This suggests that in somemanner, the structure of the foodweb did not change, despite an overall decline of 58 % in totalthroughput and 60 % in total primary production.

Structural Analysis

In Fig. 3, we show the ranking order of trophic compartmentsbased on the application of centrality indices. We found that inall the models, four of the five compartments with the highestweighted degree index of weighted degree index were thesame, although, we observed differences between years in therelative ranking. A Kruskal-Wallis test including all of 41 tro-phic compartments revealed no significant differences in rank-ing between years (p>0.05). In the case of closeness centralityindex, we found that three of the five trophic compartmentsshowing the highest value were the same, but their rankingsalso differed between years; the Kruskal-Wallis test revealedsignificant differences between years in ranking for all com-partments (p<0.05). Finally, for the status index (CKatz), it wasfound that in the 3 years, four of the compartments with thehighest status percentage were the same, changing only theirrelative ranking between years. In this case, the Kruskal-Wallistest showed no significant differences in rankings among allcompartments between years (p>0.05).

Over the 3 years analyzed, the number of cliques declined,as did the number and percentage of all compartments thatwere within cliques (Table 3). Nevertheless, four cliques werepresent in each of the 3 years, and three trophic compartments(meiobenthos, seagrasses, and mollusks) were part of two tothree of these cliques (Table 4). This pattern indicates thatthese benthic organisms at lower trophic levels were especial-ly important to the food web.

In analyses of cutpoints and blocks, six cutpoints were thesame in each year, while phytoplankton was a cutpoint only in1980 (Table 3). If these cutpoints were removed, the food webwould be divided into 14 isolated blocks in 1980, 14 in 1998,and 12 in 2011. This pattern indicates that the food web iscomplex in terms of number of blocks, but that this complex-ity was reduced in 2011.

The analysis of lambda sets revealed that seagrasses playsan important role in maintaining food web structure during thethree periods. In 1980, the relationship between seagrassesand meiobenthos was the most important, but for 1998 and

1286 Estuaries and Coasts (2016) 39:1282–1293

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Tab

le1

Inputv

aluesforthethreetrophicmodelsof

Term

inos

Lagoon,Mexico

Trophic

compartments

BP/B

Q/B

EE

TLC

1980

1998

2011

1980

1998

2011

1980

1998

2011

1980

1998

2011

1980

1998

2011

1980

1998

2011

Dolphins

0.03

0.03

0.02

0.11

0.11

0.09

27.51

35.09

34.4

0.31

0.33

0.44

3.67

3.61

3.56

––

Seabirds

0.02

0.03

0.03

0.09

0.1

0.11

77.69

64.72

72.94

0.12

0.09

0.09

3.91

3.89

4.03

––

Sea

turtles

0.61

0.53

0.5

0.16

0.13

0.15

3.33

3.6

3.38

0.34

0.47

0.44

2.71

2.58

2.66

––

Pipefishes

0.02

0.05

0.02

1.86

1.83

1.98

14.2

16.5

13.64

0.94

0.84

0.28

3.06

3.06

3.06

––

Anchovies

0.02

0.07

0.04

3.53

3.95

3.17

18.41

19.45

17.39

0.82

0.61

0.52

2.9

2.92

2.87

0.002

–0.002

Eelsandmorays

0.06

0.14

0.06

0.55

0.58

0.53

7.13

8.44

7.77

0.77

0.71

0.87

3.31

3.33

3.3

––

Catfishes

0.52

0.4

0.21

1.17

1.05

1.05

6.75

6.2

6.36

0.73

0.9

0.33

2.54

2.46

2.51

0.003

0.002

0.001

Threadfins

0.1

0.03

0.03

3.66

3.02

3.7

12.92

16.27

19.76

0.66

0.34

0.38

3.23

3.29

3.23

––

Cutlassfishes

0.01

0.02

0.02

0.75

1.42

1.04

5.89

8.18

8.64

0.94

0.71

0.7

3.73

3.79

3.71

––

Croackers

0.44

0.22

0.34

0.79

2.33

1.17

9.81

12.51

13.58

0.7

0.9

0.61

3.34

3.26

3.19

0.002

0.001

0.002

Lizardfishes

0.02

0.28

0.04

1.51

1.34

1.52

9.18

8.29

10.1

0.91

0.92

0.88

3.28

3.05

3.05

––

Spadefishes

0.08

0.12

0.04

0.73

0.75

0.68

17.5

17.71

22.27

0.82

0.8

0.89

3.13

3.11

3.07

––

Jack

0.04

0.08

0.04

1.12

1.32

1.22

12.01

13.14

13.52

0.71

0.23

0.14

3.15

3.08

3.04

––

Mullets

0.14

0.02

0.01

1.41

1.67

1.85

18.23

22.43

21.91

0.69

0.85

0.82

2.55

2.57

2.55

0.025

0.002

0.001

Groupers

0.02

0.13

0.01

2.36

2.3

2.39

9.21

13.54

11.14

0.97

0.79

0.89

3.47

3.43

3.4

––

Mojarras

0.23

0.41

0.24

1.57

1.75

1.75

11.55

16.89

17.87

0.89

0.16

0.28

2.92

2.92

2.93

0.007

0.013

0.007

Cichlids

0.08

0.03

0.01

1.13

1.29

1.12

7.56

6.23

6.67

0.59

10.95

2.85

2.87

2.87

––

Snappers

0.12

0.23

0.1

0.85

1.11

1.45

7.18

6.35

6.46

0.71

0.69

0.76

3.35

3.32

3.31

0.001

0.002

0.0008

Puffers

0.55

0.37

0.52

1.12

1.16

0.9

15.25

15.71

15.09

0.35

0.91

0.44

2.43

2.46

2.43

––

Flatfishes

0.1

0.06

0.15

1.48

0.82

0.84

12.42

14.61

15.57

0.83

0.39

0.53

3.02

3.02

3.01

––

Scorpionfishes

0.22

0.05

0.46

1.28

1.43

1.33

7.19

7.42

6.83

0.89

0.84

0.92

3.27

3.25

3.24

––

Toadfishes

0.06

0.08

0.1

1.1

1.58

1.43

9.87

11.67

13.51

0.59

0.35

0.23

3.13

3.03

2.99

––

Parrotfishes

0.04

0.04

0.05

1.46

1.07

1.27

39.77

36.67

36.08

0.99

0.74

0.64

2.45

2.48

2.49

––

Rays

0.66

2.46

0.69

0.64

0.6

0.52

6.03

4.52

4.89

0.32

0.24

0.36

2.98

3.01

2.98

––

Snooks

0.03

0.12

0.04

1.55

0.89

1.07

5.24

6.43

7.71

0.75

0.14

0.18

3.38

3.36

3.32

0.001

0.005

0.001

Grunts

0.12

0.11

0.14

1.03

0.86

0.78

6.72

13.58

13.49

0.88

0.75

0.39

3.18

3.15

3.12

0.003

0.002

0.003

Sardines

0.02

0.05

0.04

1.65

1.4

1.42

10.59

12.61

13.76

0.89

0.84

0.75

2.22

2.28

2.25

––

Porgies

0.7

0.27

0.28

2.34

2.72

2.43

15.75

18.03

20.79

0.55

0.86

0.61

2.47

2.5

2.46

––

Crabs

0.18

1.08

0.59

2.59

2.42

2.37

6.33

6.75

5.56

0.86

0.89

0.87

2.44

2.42

2.39

0.0003

0.97

0.40

Whiteshrimp

0.22

0.3

0.23

13.69

14.84

13.53

32.25

29.89

31.2

0.85

0.74

0.92

2.38

2.43

2.37

––

Brownshrimp

0.11

0.09

0.07

12.15

12.84

12.95

30.44

36.71

33.07

0.68

0.86

0.85

2.32

2.37

2.35

––

Pink

shrimp

0.22

0.13

0.12

10.05

10.21

11.85

29.65

34.19

36.09

0.52

0.96

0.88

2.42

2.36

2.37

––

Mollusks

1.4

1.19

0.78

4.66

4.7

4.29

14.82

17.43

15.5

0.59

0.99

0.8

2.1

2.1

2.11

0.06

0.72

0.11

Echinoderms

4.74

2.78

1.79

2.06

2.27

2.3

12.46

11.05

12.42

0.6

10.88

2.36

2.33

2.31

0.003

––

Estuaries and Coasts (2016) 39:1282–1293 1287

Author's personal copy

2011, we found that the relationship between seagrasses andmicrocrustaceans was the most important (Table 3).

Discussion

Our results clearly indicate significant differences in function-al indicators and but not necessarily in structure. We foundthat biomasses of trophic compartments were different in thethree models. Most of the fish biomasses were systematicallyobtained from field data during the three periods analyzed,which indicated that the production level of the ecosystemchanged. Some field studies have also confirmed a reductionin biomass in primary producers such as the seagrasses(Herrera-Silveira et al. 2011) in addition to those that reportedbiomass reductions in fishes from lower trophic levels(Ramos-Miranda et al. 2005a) and increases for fishes fromhigher trophic levels (Sosa-López et al. 2005). In this sense,Sirot et al. (2015) reported that the occurrence and abundanceof most dominant species changed markedly over the threeperiods studied here.

Ecosystem indices revealed a diminishing trend from 1998to 2011 in the magnitude of energy flows, which means thatthe ecosystem has been degraded in the last decades in termsof its biological production. Odum (1969) suggests that ma-ture ecosystems show higher recycling levels than immatureecosystems, which implies a positive trend as ecosystems de-velop. However, tropical coastal lagoons are continuously re-ceiving external nutrients, so recycling is not necessarily great.In addition, they are relatively small systems, and it has beenfound that recycling is lower in small systems and higher inlarger systems (Heymans et al. 2014). Our results suggest thataltered conditions during 1998 in Terminos Lagoon werereflected in to the higher recycling, which could possibly in-dicate a change in nutrient inputs and increased metaboliccosts (respiration flows). During 1998, a high intensity ElNiño Southern Oscillation (ENSO) event occurred and it hasbeen reported that the influence of this phenomenon couldaffect the streamflow and sediment load of the UsumacintaRiver, particularly increasing the water and sediment dis-charges during warm conditions (Muñoz-Salinas andCastillo 2015). In this sense, an increase in nutrients couldresulted in the increased biomass of fishes from higher trophiclevels reported by Sosa-López et al. (2005) increasing themean transfer energy during 1998. This could also be thereason for the increase in energy demands (consumptionflows).

Ulanowicz (1986) suggests that ascendency increases dur-ing ecosystem evolution. Our results show that TerminosLagoon exhibited a decreasing trend in ascendency.However, the relative ascendency was generally stable. Theascendency is estimated as the product of total systemthroughput and the average mutual information (AMI). TheT

able1

(contin

ued)

Trophic

compartments

BP/B

Q/B

EE

TLC

1980

1998

2011

1980

1998

2011

1980

1998

2011

1980

1998

2011

1980

1998

2011

1980

1998

2011

Microcrustaceans

1.76

1.36

1.05

12.56

10.43

10.47

35.03

38.76

34.87

0.56

0.81

0.93

2.1

2.11

2.1

––

Polychaetes

8.92

7.12

4.23

4.26

3.87

420.12

21.15

18.35

0.33

0.56

0.6

2.07

2.07

2.07

––

Meiobenthos

3.02

3.14

2.02

10.67

11.63

10.79

46.04

45.39

47.57

0.94

0.78

0.85

2.04

2.05

2.05

––

Zooplankton

1.13

0.52

0.3

19.84

18.99

18.41

71.78

80.78

71.14

0.48

0.8

0.91

2.03

2.04

2.04

––

Seagrasses

180.19

101.97

85.3

8.87

9.63

8.43

––

–0.04

0.05

0.05

11

1–

––

Phytoplankton

154.6

55.85

39.18

3.45

3.86

3.55

––

–0.14

0.17

0.14

11

1–

––

Detritus

84.71

84.71

84.71

––

––

––

0.18

0.28

0.24

11

1–

––

The

datain

italic

wereestim

ated

bythemodel

.Bbiom

ass(t•km

2),P/B

productio

n/biom

ass(year−1),Q/B

consum

ption/biom

ass(year−1),EEecotrophicefficiency,T

Ltrophiclevel,Ccatch(t•km

2)

1288 Estuaries and Coasts (2016) 39:1282–1293

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latter represents the internal organization of the food web tak-ing into account the extent to which energy is channeled alongdifferent trophic links to minimize energy loss (Ulanowiczet al. 2009). In this sense, the total throughput could be themain reason for the reduction in the ascendency because itdecreased significantly from 1980 to 2011.

In food webs, the topological centrality has been related tothe idea of key roles in food webs (Solé and Montoya 2001;Dunne et al. 2002; Bauer et al. 2010). This idea suggests thatspecies with a high number of links or an important position inthe topological pathways could be considered as keystonespecies (Albert et al. 2000). We found that for the three pe-riods, the most important compartments in the case of theweighted degree index were the same, which belongs to lowertrophic levels (TL=1 and TL=2). Vasas et al. (2007) suggested

that compartments such as primary producers and, in somecases, primary consumers appear as those with more connec-tions, which could indicate a bottom-up flow control in thefood web.

The closeness centrality index showed that in the threeperiods, the compartments that presented the highest valueswere similar; however, the differences in the ranking of somecompartments were significant. For 1980 and 1998, mulletsexhibited the highest closeness index, while for 2011,anchovies exhibited the highest value, displacing mullets tothe fourth place in ranking order. Borgatti et al. (2002) men-tioned that the trophic compartments showing higher values ofthis index are those with greater access to other compartmentsof the network. Additionally, Borgatti and Foster (2003) sug-gest that compartments with the highest values interact withothers compartments without the intervention of intermediarycompartments. Although mullets and anchovies are from sim-ilar trophic levels, their feeding is quite different. Mulletsmostly feed on detritus, while anchovies feed on phytoplank-ton. This could indicate that the importance of the primarysources of energy to the food web has been different in theperiods studied.

The status indices showed that, for 1980 and 1998, zoo-plankton was the compartment with the highest value.However, during 2011, the microcrustaceans exhibited thehighest value, moving the zooplankton to the second rank,but with no significant differences in ranking overall 41 tro-phic compartments. This indicates that compartments fromlower trophic levels have a large influence on other compart-ments that are either direct neighbors or indirect neighbors(Katz 1953). We found that this index identified almost thesame compartments as the degree index as being the mostimportant, but rather in terms of their indirect effects on othercompartments. Those results reinforce the idea that the foodweb of the Terminos Lagoon ecosystem could have a bottom-

Table 2 Summary statistics forthree trophic models of TerminosLagoon, Mexico. Theseparameters are defined inmethods section

Parameter 1980 1998 2011 Units

Total system throughput 4926 2972 2080 t/km2/year

Total consumption 611.99 521.57 331.34 t/km2/year

Total exports 1790.08 900.69 671.51 t/km2/year

Total respiration 345.69 301.01 191.03 t/km2/year

Sum of flows to detritus 2178.27 1248.35 885.92 t/km2/year

Total biomass / total throughput 0.07 0.06 0.07 t/km2/year

Total primary production 2131.5 1197.5 858.3 t/km2/year

System’s omnivory index 0.24 0.22 0.22 -

Finn’s cycling index 3.04 4.32 3.65 %

Mean transfer efficiency 11.40 13.80 13.10 %

Ascendency 5918.3 3667.4 2579.7 flow bits

Overhead 9013.8 6704.0 4444.9 flow bits

Development capacity 14932.1 10371.4 7024.6 flow bits

Relative ascendency 0.396 0.353 0.367

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

TC/TST TE/TST TR/TST FD/TST

Pro

port

ion

1980

1998

2011

Fig. 2 Comparison of energy flow use in Terminos Lagoon models forthree periods (1980, 1998, and 2011). TST total throughput, TC totalconsumption, TE total exports, TR total respiration, and FD flows todetritus

Estuaries and Coasts (2016) 39:1282–1293 1289

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up flow control. This index has not been previously applied tofood webs network data, but it has been shown that it has nonumber of links dependency, which means that a high numberof links does not necessarily imply a high influence (Grindrodet al. 2011). Therefore, we consider the status index could beuseful for exploring the relative importance of a compartmentin the food web based on the influence they have on the rest ofthe compartments.

In the case of the substructures, we found a reduction thenumber of cliques from 1980 to 2011. However, four cliqueswere recurrent during the three periods analyzed, suggestingthat these substructures are important to maintaining the struc-ture of the food web. It has been suggested that such substruc-tures can reduce the spread of disturbances through the

network due to the relatively high internal connectivity inrelation to the rest of the network. (Krause et al. 2003; Tengand McCann 2004; Rezende et al. 2009; Stouffer andBascompte 2011). In the case of the Terminos Lagoon ecosys-tem, these four cliques can help stabilize the network eventhough there are changes in its functioning. Additionally, if anode appears more frequently in the cliques, its trophic rolewill be more important for the connectivity and functioning ofthe entire food web. In this sense, seagrasses were the mostrecurrent clique compartment, followed bymeiobenthos, mol-lusks, and polychaetes.

In the cutpoints and blocks analysis, we found that thecutpoints were trophic compartments from lower trophiclevels, while primary producers and primary consumers

1980 1998 2011

Weighted

degree Index

Closeness

centrality

Index

Status Index

Fig. 3 Relative position in ranking order of centrality indices during thethree periods analyzed (1980, 1998, and 2011). Only the names of trophiccompartments with the highest value of indices are indicated. The linesrepresent the trophic links between compartments, and the center of thecircular diagram represents the highest value of the index and decreasestowards its periphery. Weighted degree index is the sum of flowmagnitudes between a given trophic compartment and all other

compartments in the food web, closeness centrality index is the meaninverse distance (in terms of number of links) between a givencompartment and all other compartments, and status index is the sum offlows from a given compartment to all other compartments, with eachflow weighted by a value that declines with increasing numbers of linksthat separate the compartments

1290 Estuaries and Coasts (2016) 39:1282–1293

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mostly acted as bridges connecting substructures. Abarca-Arenas et al. (2007) observed a similar result for a coastallagoon in the western Gulf ofMexico, finding that the cutpointspecies tended to be from lower trophic levels. The number ofblocks that are in a network indicates how homogeneous itsstructure is. It is expected that, as the number of blocks in anetwork increase, the relationship between their componentsbecomes more complicated and heterogeneous (Wassermanand K. Faust 1994). In this sense, the decrease in the numberof blocks for 2011 period could indicate a simplification of thefood web.

In the case of the lambda sets, which indicate compart-ments whose removal cause fragmentation of the foodweb; we again found that the seagrasses were one of themost important trophic compartments in the three periodsanalyzed. Seagrasses were the main energy source andresponsible for the structural cohesion of the food webin all periods. However, this result must be taken as pre-liminary, due to the lack of studies with good measure-ments of the diet of small organisms, like meiobenthosand microcrustaceans.

In summary, the evidence shown by our analysis suggeststhat the substructures were similar in all three periods. Therecurrent substructures that we identified in this study alsoserve to identify the trophic compartments that are most

important to the food web due to their roles in conductingthe energy flows and consequently supporting the structureand functioning of the ecosystem. Those trophic compart-ments, mostly from lower trophic levels (seagrasses,meiobenthos, microcrustaceans, and polychaetes), could beresponsible for maintaining the stability of the food web ofTerminos Lagoon during stressful conditions. Milo et al.(2002) suggested that the substructures in networks arise asa result of the pressures to which a system is subjectedduring its evolution or development. This could be relatedto processes of self-organization in food webs (Ulanowiczet al. 2009). In this sense, although Terminos Lagoon hassuffered various anthropogenic and environmental impactsthat changed its productivity level, the main structures ofthe food web during the three periods of this study haveremained relatively stable. This internal organization wouldbe significant for the resilience (overhead) of the ecosystemand in minimizing external impacts. For example, Sirot et al.(2015) have found that different fish species had diverseresponses to environmental modifications in the lagoon.Some species have remained relatively constant in theirabundances while some of them have a decrease or increasetrajectory in the last three decades.

Finally, both methodologies used here resulted in comple-mentary findings. The ecosystem indices were useful to mea-sure important reductions in the productivity of the lagoon.The structural analysis revealed to us the key roles of foodweb compartments and some important substructures in themaintenance of the food web organization. The structuralanalysis can also be useful to detect keystone species basedon their frequent occurrence in cliques, blocks and lambdasets, or as cutpoints. The information gained with the structur-al analysis allows us to detect key species and structures thatmust be prioritized in conservation scenarios because the lossof a structurally important species could change the ecosystemstructure and severely impact its productivity.

Table 3 Number and composition of cliques (compartments withstrong within-group connections), blocks (groups within which eachcompartment is connected to each other compartment), cutpoints (com-partments whose removal will cause the network to be divided into

disconnected parts), and lambda sets (compartments having connectionswhose removal would disconnect substructures) in the food web ofTerminos Lagoon in 1980, 1998, and 2011

1980 1998 2011

Number of cliques 8 7 6

Number of trophic compartmentsin cliques

13 12 9

Percentage of trophic compartmentsin cliques (%)

32 30 22

Blocks 14 14 12

Cutpoints White shrimp, echinoderms,microcrustaceans, polychaetes,zooplankton, seagrasses andphytoplankton

White shrimp, echinoderms,microcrustaceans, polychaetes,zooplankton and seagrasses

White shrimp, echinoderms,microcrustaceans, polychaetes,zooplankton and seagrasses

Lambda sets Meiobenthos and seagrasses Microcrustaceans and seagrasses Microcrustaceans and seagrasses

Table 4 Recurrent cliques found in the food web of Terminos Lagoonduring 1980, 1998, and 2011.

Cliquenumber

Trophic compartments within the cliques

1 Porgies, meiobenthos, and seagrasses

2 Crabs, mollusks, and seagrasses

3 Mollusks, meiobenthos, and seagrasses

4 White shrimp, polychaetes, meiobenthos, and seagrasses

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Acknowledgments We are grateful to the projects SEP-CONACyT:155900 and ANR-CONACyT:111465 for their financial sup-port. MJZR and ATV thanks EDI and COFAA from Instituto PolitécnicoNacional, COTEBAL-IPN and CONACyT grant 206762. IMAM and FETthankCONACyTand IPN for the scholarship thatwas provided.We thank tothe two anonymous reviewers for their constructive comments.

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1292 Estuaries and Coasts (2016) 39:1282–1293

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Villéger, S., J. Ramos-Miranda, D. Flores-Hernández, and D. Mouillot.2010. Contrasting changes in taxonomic vs. functional diversity oftropical fish communities after habitat degradation. EcologicalApplications 20: 1512–1522.

Wasserman, S. and K. Faust. 1994. Social Network Analysis: MethodsandApplications (Structural Analysis in the Social Sciences), 1st ed.Cambridge University Press

Yáñez-Arancibia, A., and J.W. Day Jr. 1982. Ecological characterizationof Terminos Lagoon a tropical lagoon-estuarine system in the south-ern Gulf of México. Oceanologica Acta 5: 431–440.

Zetina-Rejón M.J. 2004. Efectos de la pesca en ecosistemas inter-dependientes: BLaguna de Términos y Sonda de Campeche,México^. PhD thesis. Instituto Politécnico Nacional, CentroInterdisciplinario de Ciencias Marinas, México. (In Spanish)

Estuaries and Coasts (2016) 39:1282–1293 1293

Author's personal copy

La Paz, B.C.S., Mexico, January 4th of 2016 Dr. Ivan Valiela Ecological Indicators Journal

It is my pleasure to submit the manuscript entitled “Assessing temporal shifts in

functional traits of the fish community in the Terminos Lagoon in three decades” which is intended to be considered for publication at the Estuarine Coastal and Shelf Science journal.

This article is an original contribution that assess the functional diversity of

ichthyofauna of one of the largest and most studies ecosystems of the Southern Gulf of Mexico. The study is based on field data collected systematically in three different decades. This data allow us to analyze the variation of the functional diversity of this community using a new index designed to evaluate the fuctional evenness of fish community. This new indicator emphasizes the value of redundancy of functional traits and it was useful not only to describe the variability of functional diversity but to relate this to environmental changes observed in the lagoon since 1980. We hope this contribution would be of interest for your audiences. I’m looking forward to hearing from you in the near future.

Yours sincerely,

Manuel J. Zetina-Rejón

Corresponding Author Email: [email protected] Contact Address: Departamento de Pesquerías y Biología Marina Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas-I.P.N. Av. Instituto Politécnico Nacional s/n Col. Playa Palo de Santa Rita Apartado Postal 592

1  

Temporal shifts in functional traits of the fish community in Terminos Lagoon (Mexico) in 1 

three periods (1980, 1998 and 2011) 2 

F. Escobar-Toledoa, M. J. Zetina-Rejóna*, J. Ramos-Mirandab, F. Arreguín-Sáncheza 5 

a. Instituto Politécnico Nacional. Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas. P.O. Box 592. 9 

23000, La Paz, B.C.S. México 10 

b. Instituto de Ecología, Pesquerías y Oceanografía del Golfo de México. Universidad Autónoma 11 

de Campeche. Campeche. México 12 

13 

14 

15 

16 

*-Corresponding author: 17 

Manuel J. Zetina-Rejón 18 

CICIMAR-IPN PO Box 592, La Paz 23096, Baja California Sur, México. 19 

Phone: (+52) 612 12-2-5344 Fax (+52) 612 12-2-5322. 20 

[email protected] 21 

22 

23 

2  

Abstract 24 

The trophic structure of the ecosystem in the Terminos Lagoon (southern Gulf of Mexico) has 25 

shown a range of functional changes. The description of the heterogeneity of functional traits in a 26 

biological community allows the identification of the relevant functions in an ecosystem. An 27 

analysis was conducted of the functional traits (trophic level, reproductive and trophic guild, 28 

habitat, estuary use, essential habitat, salinity tolerance, body shape, mouth type, caudal fin, and 29 

maximum length) of the fish community of the lagoon for three different years (1980, 1998 and 30 

2011). We developed a new index to analyze the variation of functional diversity called the 31 

functional traits diversity index (FADI). This index takes into account the abundance of traits and 32 

emphasizes less common traits (i.e., those that are less redundant). A null model was constructed 33 

to compare the FADI values. The FADI value for 1998 was the highest and was outside of the 34 

expected probability distribution, indicating a greater abundance of species with fewer common 35 

functional traits. A principal components analysis was performed to assess the relative 36 

contribution of functional traits to the overall variance of functional diversity over the three 37 

periods. We found that the trophic level, body shape, and mouth type were the most influential 38 

traits in the functional diversity changes. The depth was the most influential environmental 39 

variable in the principal component analysis. The FADI was helpful in explaining the changes in 40 

the functional diversity observed throughout the three periods studied. 41 

42 

Keywords: functional diversity, functional equity, functional traits, Terminos Lagoon, Gulf of 43 

Mexico. 44 

45 

Highlights 46 

3  

1. A new functional diversity index (FADI) is proposed to measure the variation in the 47 

functional traits. 48 

2. The FADI incorporate multiple functional traits for measure the functional structure of an 49 

ecosystem. 50 

3. High functional redundancy occurs in 1998 with higher biomass of less common 51 

functional traits. 52 

4. The fish community of the Terminos Lagoon showed a temporal functional 53 

reorganization. 54 

5. The environmental changes led to more variability of the functional structure, mainly 55 

because of the transparency and depth. 56 

57 

1. Introduction 58 

In ecology, three different approaches exist for the evaluation of diversity in biological 59 

communities and ecosystems: descriptive, functional and evolutionary. The descriptive approach 60 

for measuring diversity focuses on the species composition and abundance distribution. The 61 

evolutionary approach takes into account the number of species and their phylogenetic 62 

relatedness. The functional approach for measuring diversity considers the variety of functional 63 

traits of the species. The functional approach, like the previous two approaches, also depends on 64 

the distribution and abundance, as well as of the diversity and range of functional traits that 65 

characterize it (Wright et al., 2006). Although the descriptive and evolutionary approaches have 66 

been used as potential indicators of ecosystem functioning, closely phylogenetically related 67 

species do not always perform similar functions and, conversely, poorly linked species may have 68 

similar roles in the support and operation of the ecosystem (Botta-Dukát, 2005; Lombarte et al., 69 

4  

2012). For this reason, when considering the functional traits of species, it is helpful to take into 70 

account the diversity of the roles of species in an ecosystem. For example, if an ecosystem has a 71 

high number of redundant species, that is, species with similar roles, it should be less vulnerable 72 

to perturbations. In this sense, monitoring the functional diversity on a temporal basis is 73 

important to detect changes that can compromise the ecosystem functioning. 74 

Additionally, ecosystem-based management is being adopted as the guiding principle in 75 

management, so a greater understanding of the structure and functioning of marine ecosystems is 76 

essential (Huse, 2012). Therefore, in recent years, approaches for simplifying the ecosystem 77 

complexity, such approaches to assess the ecosystem functionality, have increased (Mouillot et 78 

al., 2011). The diversity of functional traits in an ecosystem can describe and explain processes 79 

inherent to ecosystem functioning, reveal the processes involved in community structuring 80 

(Villéger et al., 2012), and indicate differences in the ecological responses to disturbances 81 

(Lombarte et al., 2012). Recently, the assessment of functional diversity has been focused into 82 

measuring three different facets: functional richness, functional evenness and functional 83 

divergence. Functional richness measures how many functional attributes exist in a given space 84 

or niche. Functional evenness and functional divergence measure the distribution and the degree 85 

of the abundance in this niche, respectively, within the community (Schleuter et al., 2010). 86 

However, is not always easy to measure because there is no standardized measure, and indices to 87 

simplify this complexity are lacking (Somerfield et al., 2008; Villéger et al., 2010). 88 

Communities are subjected to biotic disturbances that modify their structure (Lombarte et al., 89 

2012), so it is necessary to know their relationship with the environmental variability. In this 90 

sense, it is not only important to know the variety of functional traits that are part of ecosystem 91 

functioning but also the environmental conditions that may influence the functional structure. 92 

5  

For this reason, the indicators of functional diversity should describe the complexity of 93 

functional traits but also respond to disturbances and changes over time (Dale and Beyeler, 94 

2001). The evaluation of the response of communities to environmental variability for describing 95 

biodiversity patterns in the ecosystem process has focused on analyzing changes at the species 96 

level but has focused little on the functional traits that could be influencing the processes 97 

(Buisson et al., 2013; Casanoves et al., 2011). Particularly, in the case of the fish communities in 98 

tropical estuaries, which have a large range of morphological and ecological traits that influence 99 

ecosystem processes, the constant change of the community structure in space and time could 100 

reveal changes at the ecosystem level (Villéger et al., 2012). 101 

The dynamics of the Terminos Lagoon (Figure 1), a coastal lagoon, are affected by multiple 102 

causes, mainly human influences. These influences include the oil and commercial fishing 103 

industries on the adjacent continental shelf; population growth in existing urban settlements; 104 

changes in land use; deforestation of mangroves and wetlands; agricultural and livestock 105 

development; and changes in the hydrological conditions of the lagoon by damming and the use 106 

of the rivers that feed it, which constantly change the salinity (Ramos-Miranda et al., 2005; Sosa-107 

López et al., 2005). Moreover, changes in the patterns, distribution and abundance of nekton 108 

related to human activities and environmental variability have modified the structure and natural 109 

processes (Ramos-Miranda et al., 2005). Similarly, changes in both the trophic structure and 110 

taxonomic diversity of the system are evident and may lead to the loss of ecological 111 

responsiveness to environmental fluctuations and loss in ecological functioning (Ramos-Miranda 112 

et al., 2005; Sosa-López et al., 2005). However, Villéger et al. (2010) performed a comparison of 113 

the fish communities of this area 18 years apart (1980 and 1998) and concluded that the lagoon 114 

did not show strong functional changes in the degree of functional specialization of the species. 115 

6  

This study also highlighted the increase in redundant species and the decrease in species with 116 

specialized functional traits linked to seagrass habitats. Nevertheless, the researchers identified a 117 

need for a multifaceted approach in the assessment of changes in communities. The traits 118 

responsible for the functioning of a particular ecosystem depend on numerous factors, including 119 

temperature conditions, soil, water, rainfall, and nutrient availability. In many cases, the 120 

important features in determining a given ecosystem function can be shared between multiple 121 

species in a set. The Terminos Lagoon has been declared a critical habitat for fish in the early 122 

stages of life, so it was necessary to implement some security measures for fish conservation 123 

(Flora and Fauna Protection Area in 1994 and Ramsar site in 2004); these measures could 124 

influence changes not only in structure but also in the ecosystem functioning over time. In the 125 

past three decades, the lagoon has been subjected to various disturbances that can affect not only 126 

the structure of the ecosystems but also the functional diversity, which can lead to different 127 

ecological responses. Therefore, the aim of this study was to assess the changes in the temporal 128 

patterns of the functional structure of the fish assemblages in the Terminos Lagoon in the 129 

southern Gulf of Mexico between the years of 1980, 1998 and 2011. We assessed these changes 130 

using a new diversity functional index that takes into account the morphological and ecological 131 

traits and the relative abundance of each species and/or the functional traits of the fish 132 

community. In this sense, the proposed index takes into account any of the three facets of the 133 

functional diversity. Finally, we described the relationship of the functional structure with the 134 

environmental variability of the ecosystem. 135 

2. Materials and Methods 136 

2.1.Study area 137 

7  

The Terminos Lagoon is a coastal lagoon with estuarine conditions located in the southern Gulf 138 

of Mexico (Figure 1). It is the largest coastal lagoon in this area, with an approximate surface 139 

area of 2500 km2 and a water surface area of 1700 km2, with a mean depth of 3.5 m (Yañez-140 

Arancibia and Day, 2005). This lagoon has a high diversity of essential habitats (e.g., seagrass, 141 

mangroves, oyster beds, freshwater pools, etc.). It is delimited from the continental shelf by a 142 

barrier island (Carmen Island) and connected to the sea by two inlets, the Puerto Real in the east 143 

and El Carmen in the west. The estuarine conditions of the lagoon are mainly produced by the 144 

discharges of three rivers into the lagoon, the Palizada River, the Chumpan River and the 145 

Candelaria River, with a mean annual river discharge of 516 m3/s (Yañez-Arancibia and Day, 146 

2005). The water circulation in the lagoon follows a clockwise direction, with the flow of 147 

seawater entering through the Puerto Real inlet and exiting through the El Carmen inlet. Three 148 

climatic seasons are recognized in the region: the dry season (February to May); the rainy season 149 

(June to September); and the "nortes" season, characterized by winter storms generated by cold 150 

fronts from the North with stronger rains (up to 1850 mm/yr) and intense winds (8 m/s) from 151 

October to February (Yañez-Arancibia and Day, 2005; Yáñez-Arancibia and Day, 1982). The 152 

highest temperature occurs during the rainy season, while the lowest temperature is observed in 153 

the “nortes” season (Yáñez-Arancibia and Day, 1982). 154 

2.2.Data collection 155 

Three monthly biological surveys were conducted in the Terminos Lagoon in the following 156 

periods: February 1980 to January 1981, February 1998 to January 1998 and November 2010 to 157 

October 2011. The same sampling sites and similar sampling gears were used in the three 158 

surveys. The fish specimens were collected in 17 sampling stations during each campaign using 159 

a trawl net (2.5 m of optimal opening, 19 mm mesh size, Figure 1), with tows of 12 min at 2.5 160 

8  

knots. The composition and abundance of fish species (number of individuals and weight of the 161 

catch) were recorded at each sampling station. Species were identified to the lowest possible 162 

taxonomic level using specialized identification keys. Furthermore, six environmental variables 163 

were registered in each sampling station: depth, transparency, and temperature and salinity at the 164 

bottom and surface (for more details Ramos-Miranda et al., 2005; Villéger et al., 2010). 165 

2.3.Functional traits 166 

For each fish species, we selected the life history and ecological traits that were sensitive to 167 

habitat degradation (i.e., changes in the trophic structure, changes in salinity, loss of critical 168 

habitats, etc.) (Goldstein and Meador, 2005; Villéger et al., 2010; Wainwright et al., 2002). The 169 

life history and ecological traits for each species were compiled using a range of sources, 170 

including records for the study area, species catalogs, books, and the database Fishbase® (Froese 171 

and Pauly, 2015). The functional traits could either be continuous or categorical data; therefore, 172 

they were all categorized to make them comparable (Table 1). 173 

Functional attribute diversity index 174 

To simplify the functional structure of the fish community, we developed a new index that we 175 

called the functional attribute diversity index (FADI). This index took into account the 176 

probability of obtaining one species with a particular functional attribute (i) among all of the 177 

others. For example, with a total of 128 species in the lagoon, 26 species have a trophic level 178 

>4.01, the probability of occurrence of this attribute is given by the ratio 26/128 = 0.202 (Table 179 

1). We called this probability redundancy (R) because a value close to one indicated the 180 

existence of several species with this attribute, and values close to zero indicated a low 181 

occurrence of species with the same attribute. In this sense, less redundant traits could be more 182 

important to functional diversity because particular ecological processes or ecosystem functions 183 

9  

could depend on few species. Less redundancy implies higher diversity; therefore, to give more 184 

importance to the less redundant traits, this value was transformed as (1 – R), and this value 185 

represented the functional value (FV) of the attribute by species. FADI took into account the FV 186 

weighted by the relative abundance of species and the mathematical formulation is: 187 

188 

189 

where S is the number of species, n is the number of traits, Bi is the biomass of the species i and 190 

B is the total biomass. We calculated a value of FADI for each of the three periods studied to 191 

assess the temporal changes. Likewise, the FADI values were calculated for each month within 192 

the three periods studied and for each of the climatic seasons to analyze the intra-annual 193 

variation of the FADI values. 194 

The FADI values cannot be strictly compared, given that the fish communities had different 195 

species numbers and different biomasses between the three periods. However, for comparison of 196 

the FADI values, we calculated a probability distribution of the index from a bootstrap 197 

resampling (1000 samples), assuming a null model stating that the coexisting of fish was 198 

randomly distributed. Basically, in this process, the species were randomly selected from one to 199 

the total number of species reported for the lagoon (128). The functional value of the species 200 

selected was divided by the resampled number of species, assuming equal abundances 201 

(distributed for equal in the n species) between the selected species to estimate the FADI values 202 

at each step. This distribution of null values was used to produce 95% probability funnels, which 203 

were then plotted against the observed FADI values. In this way, we tested whether the FADI 204 

values for each year were significantly different from those values expected by chance. 205 

2.4.Multivariate analysis 206 

∑ ∑

10  

We used a principal component analysis (PCA) to summarize the information of functional traits 207 

to identify the relative contribution of them to the overall variance of functional diversity. Only 208 

the principal components with eigenvalues higher than one were retained, and the contribution of 209 

the functional traits to the explained variance of PC was quantified. Additionally, we project the 210 

environmental variables on the space generated by the two principal components for 211 

interpretation purposes. 212 

3. Results 213 

A total of 128 species was registered during the three campaigns. The redundancy values of each 214 

functional trait are shown in Table 1. The FADI mean values for the three years (0.708, 0.716 215 

and 0.69 for 1980, 1998 and 2011, respectively) showed significant differences (F(2,33) = 24.732; 216 

p = 0.000) (Figure 2a) using the monthly values. We contrasted these values with the probability 217 

funnel produced by the null model and showed that the FADI value for 1998 fell outside the 218 

superior limit of the expected distribution. This result indicated a greater presence of species 219 

with high functional value or with less redundant functional traits. In general, the FADI values 220 

for 1998 (monthly) fell outside the superior limit of the expected distribution (Figure 2b). For the 221 

other two campaigns, the FADI values were within the expected probability distribution. The 222 

trend for 2011 showed more homogeneous values, indicating that the biomass by functional 223 

attribute was evenly distributed. 224 

225 

Using the selected functional traits, the first three components of the PCA analysis explained 226 

81.75% of the total variance (PC1 = 33.75%, PC2 = 31.77% and PC3 = 16.23%). We identified 227 

two main groups, one group formed by the periods 1980 and 2011 and the other group formed by 228 

the 1998 period (Figure 3). For the 1998 values, 10 of the 12 samples were ordered in the right 229 

11  

upper quadrant. The other two periods were ordered in the other quadrants, highlighting that 230 

more than 60% of the samples of 1980 were in the left upper quadrant, and all of the 2011 231 

samples were in the lower quadrants. The ordination of the functional traits showed the highest 232 

(>0.5) correlations of the PC1 with morphological traits (body shape, mouth type, and caudal 233 

fin), as well as trophic level and habitat. The PC2 had the highest correlations with the ecological 234 

traits (reproductive guild, use of estuary, essential habitat, habitat, and salinity tolerance) (Table 235 

2). The environmental variability showed the depth as the variable with of the greatest 236 

correlation with two main principal components (Table 2). The bottom salinity and bottom 237 

temperature in the environmental variables were very close to the surface salinity and surface 238 

temperature indicated a high similarity (Figure 3). 239 

4. Discussion 240 

The three facets of functional diversity indices have been proven to be independent of the 241 

richness and equity of species. The indices that use single and multiple characters to identify 242 

traits that are specifically related to the functioning of the ecosystem have increased in recent 243 

years (Mason et al., 2005). The FADI uses multiple attributes in the same analysis, which helps 244 

to infer ecological strategies and examine the relationship between species richness and 245 

functional diversity (Flynn et al., 2009). Additionally, the combination of multiple functional 246 

traits can help to detect the influence of environmental variability on the ecosystem functionality. 247 

The fish community of coastal lagoons are subject to environmental variations that influence 248 

their composition over time and, in this way, increase or decrease species richness. However, 249 

they may be unaffected in terms of the biological value of their ecological and morphological 250 

traits (functional diversity) (Botta-Dukát, 2005; Villéger et al., 2012). On the contrary, the FADI 251 

was able to detect a temporal variability that can be influenced by environmental variables, 252 

12  

mainly by the depth, which was related with explained variance of functional traits by the PC1 253 

and PC2. Ramos-Miranda et al. (2005) reported that, during 1998, the Terminos Lagoon was 254 

shallower, with greater transparency and salinity, which could be related to the higher 255 

abundances of high trophic level predators with more marine affinity as occasional visitors in the 256 

lagoon. This fact could be associated with changes in the functional structure of biological 257 

communities. For example, the trophic level had the highest correlation with the PC1. 258 

Additionally, the results showed a consistent variation in the biomass of different trophic levels 259 

over time, as suggested by Sosa-López et al. (2005). Additionally, the entry of predators from the 260 

adjacent offshore platform with higher trophic levels and more marine affinity, due to 261 

hydrological changes in the lagoon, influenced the functional structure of the lagoon. In contrast, 262 

during the periods of 1980 and 2011, the estuarine conditions favored the presence of species 263 

from intermediate trophic levels (Sosa-López et al., 2005). These environmental changes also led 264 

to more variability of the taxonomic (Ramos-Miranda et al., 2005) and functional structures (this 265 

study). The more functional variability found in the trophic levels of the fish community could 266 

also be related to the loss of critical habitats that served as nursery areas for species of low 267 

trophic levels or juveniles of high trophic levels (Lombarte et al., 2012). A slight recovery of 268 

mangroves was reported for the 2000s when compared with those of the 1990s, although they 269 

were not in the same existing area during the 1980s (Sosa-Lopez, 2005). This result could 270 

explain why the functional diversity was greater during 1998. 271 

Moreover, the environmental variability induced a different response in the functional strategies 272 

or an association between the abundance of species and the functional traits measured (Ramos-273 

Miranda et al., 2005; Villéger et al., 2012). The latter is what occurred in the lagoon, so it is not 274 

possible to suggest the loss of a functional attribute would affect the functioning of the 275 

13  

ecosystem (Lombarte et al., 2012; Villéger et al., 2010). The high similarity of the FADI values 276 

between 1980 and 2011 when compared with those of 1998 could be due to the declaration of the 277 

Terminos Lagoon as a protected area in 2004. This fact could have contributed to the return of 278 

the natural estuarine conditions in the lagoon (Sosa-López et al., 2005). The evidence generated 279 

in this study supported the idea of a slight recovery in the functional structure of the fish 280 

community. 281 

The different approaches to assess the functionality of a community have focused on the use of a 282 

wide range of functional diversity indices. Some of these indices are based on the topology of a 283 

cluster analysis or the branches of genetic distances of the species, and some are weighted by the 284 

relative biomass of the species, but few have used many traits at the same time (Botta-Dukát, 285 

2005). Although indices of functional diversity are limited in their application, it was suggested 286 

that the combined use of categorical and continuous data in the calculations of the rates of 287 

functional diversity variables is not entirely correct, but there are ways to use them to conduct 288 

continuous transformations of categorical variables (Schleuter et al., 2010), as we did in the 289 

design of the FADI. Although performing this type of transformation could lead to a certain loss 290 

of information (Schleuter et al., 2010), this approach allowed us to incorporate multiple 291 

functional traits into a single index of the functional structure of an ecosystem. 292 

The use of multiple functional traits in the evaluation of the ecosystem functionality could help 293 

clarify the community response to various processes that can occur in the ecosystem and to 294 

examine the relationship between species richness and the functional diversity of the community 295 

(Flynn et al., 2009). Therefore, it is important to include variables and/or functional traits of 296 

different types that can describe the functionality of the ecosystem, regardless of their 297 

characteristics (Cornwell et al., 2006). The approach used here could help to discriminate 298 

14  

temporal variations in functional diversity of ecosystems that are constantly changing due to the 299 

high fluctuations of environmental conditions. The traits in this study, such as salinity tolerance, 300 

helped to ascertain the temporal values of FADI. The use of many species and many functional 301 

traits showed better results than did the use of few species and traits, which was confirmed 302 

through the use of taxonomic indices, trophic levels, and food webs, and could maximize 303 

different properties of the ecosystem (Schleuter et al., 2010). The selection of the functional traits 304 

and the numbers needed to assess the functional diversity of a community is one of the current 305 

challenges in measuring functional diversity. Currently, there is no agreement on the features 306 

that should be selected to measure functional diversity, only an emphasis that these features may 307 

be measurable. Importantly, the number of species have to be greater than the number of 308 

functional traits assessed. 309 

The three facets of the functional diversity could be independent of each other with respect to 310 

several traits (Schleuter et al., 2010). Because the FADI weighted the functional value of each 311 

species by its abundance, the index, in someway, also measures the frequency of functional 312 

traits. 313 

As functional diversity consists of the richness and frequency of key morphological and 314 

physiological traits, communities with high numbers of species but low functional diversity can 315 

be said to have high “functional redundancy” (Flynn et al., 2009; Petchey et al., 2007). High 316 

functional redundancy occurs when species overlap in their traits, which may reflect niche 317 

overlap if traits are defined in a biologically appropriate way (Flynn et al., 2009). The FADI 318 

shows functional redundancy when the values are outside of the probability distribution. In other 319 

words, when the values were below the distribution, the functional structure was dominated by 320 

species with the redundant traits, and when the values were above the range, the functional 321 

15  

structure was dominated by species with less common traits. In 1998, we found a greater 322 

redundancy given by the higher biomass of less common functional traits. 323 

In many cases, the ecological diversity was linked to and used as an important indicator of 324 

ecosystem function (Hooper et al., 2002; Tilman et al., 1997) because changes in the diversity, 325 

distribution and spatio-temporal abundance of the organisms can alter the ecosystem functioning 326 

(Naeem and Wright, 2003). The taxonomic diversity was used as a descriptor of the 327 

functionality, but the ecosystem functioning was not governed by the phylogenetic content of its 328 

biota; rather, the ecosystem functioning was governed by the functional traits of each of the 329 

individuals and their distribution, abundance and biological activity. Although the variability of 330 

the taxonomic diversity of the lagoon has been reported (Ramos-Miranda et al., 2005), our 331 

results showed the importance of assessing the ecosystem functionality through indices that 332 

assume that the most closely related species have very similar functional attributes. Thus, the 333 

incorporation of similar or different morphological and functional traits of ecological importance 334 

in the fish community can reveal changes in processes that contribute to the functioning of 335 

ecosystems. Similarly, a functional reorganization was evident in the fish community of the 336 

Terminos Lagoon during the studied years. For this reason, the fish community of the lagoon and 337 

the environmental variables should continue to be monitored for the assessment of the effects of 338 

environmental stress on the functional structure of nekton in the ecosystem. 339 

Acknowledgements 340 

The authors are grateful for the support received from projects ANR-CONACyT (11465), SEP-341 

CONACyT (155900, 221705) and AMEXCID-AUCI. MJZR and FAS thanks EDI and COFAA 342 

from Instituto Politécnico Nacional. FET thanks CONACyT for the scholarship that was 343 

provided. 344 

16  

5. References 345 

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one 7, e40679. 400 

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Wainwright, P.C., Bellwood, D.R., Westneat, M.W., 2002. Ecomorphology of locomotion in 404 

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Conventional functional classification schemes underestimate the relationship with ecosystem 407 

functioning. Ecology Letters 9, 111-120. 408 

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414 

415 

20 

 Tab

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00 m

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0.30

22  

Table 2. Correlations between the functional traits and the first three principal components that

explain the major percentage of variance. TL=Trophic level, RG=Reproductive guild,

TG=Trophic guild, BS=Body shape, MT=Mouth type, CF=Caudal fin, ML=Maximum length,

HA=Habitat, UE=Use of estuaries, EH=Essential habitat, ST=Salinity tolerance.

Variable PC 1 PC 2 PC 3 TL 0.91 -0.23 0.09 RG -0.11 0.92 -0.09 TG 0.35 0.08 -0.17 BS -0.94 0.19 -0.12 MT 0.62 0.16 0.66 CF -0.83 -0.25 0.38 ML -0.05 0.91 0.24 HA -0.72 0.53 0.26 UE 0.27 0.86 -0.26 EH 0.18 0.37 -0.87 ST 0.42 0.69 0.45

23  

Figure 1. Study area. Squares represent the 17 sampling locations in 1980; circles are the

corresponding sampling locations in 1998 and 2011.

24  

Figure 2. The FADI values for (a) annual average and (b) monthly average. Symbol colors

represent the 3 period studied: black=1980, gray=1998 and white=2011. The probability

distribution lies in the 95% probability and the mean value for the number of species. This

distribution was performed with a bootstrap resampling (1000 samples).

25  

Figure 3. Principal components ordination of functional traits (dark line) for each month in the

three periods analyzed. Symbol colors represent the 3 period studied: black: 1980, gray: 1998

and white: 2011. TL=Trophic level, RG=Reproductive guild, TG=Trophic guild, BS=Body

shape, MT=Mouth type, CF=Caudal fin, ML=Maximum length, HA=Habitat, UE=Use of

estuaries, EH=Essential habitat, and ST=Salinity tolerance. Also, environmental variables

(dotted line) are projected for interpretation purposes. DEP=Depth, TRA=Transparency,

SST=Surface temperature, SBT= Bottom temperature, SSS=Surface salinity, and SBS=Bottom

salinity.

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Date: May 12, 2016

To: "Manuel J. Zetina-Rejón" [email protected],[email protected]

From: Ivan Valiela [email protected]

Subject: Your Submission

Ms. Ref. No.: ECSS-D-16-00012Title: Temporal shifts in functional traits of the fish community in Terminos Lagoon (Mexico) in three periods(1980, 1998 and 2011)Estuarine, Coastal and Shelf Science

Dear Dr. Manuel J. Zetina-Rejón,

The associate editor and reviews point out that major revision will be needed to improve your submission toECSS. They also point out that the work is of substantial interest, so I hope you agree to draft a new versionresponsive to the suggestions.

I will be willing to consider again a manuscript revised to address the comments of the referees. Such a revisionwill be subject to further review.

Please include a detailed cover letter that specifies how you have dealt with the comments. This will expeditefurther processing of your manuscript by assisting the referees in their evaluations.

Please submit your revised manuscript on or before Jul 11, 2016.

To submit a revision, please go to http://ees.elsevier.com/ecss/ and login as an Author. Your username is: ******

If you need to retrieve password details, please go to: http://ees.elsevier.com/ECSS/automail_query.asp.

NOTE: Upon submitting your revised manuscript, please upload the source files for your article. For additionaldetails regarding acceptable file formats, please refer to the Guide for Authors at:http://www.elsevier.com/journals/estuarine,-coastal-and-shelf Science/0272-7714/guide-for-authors

When submitting your revised paper, we ask that you include the following items:

Manuscript and Figure Source Files

We cannot accommodate PDF manuscript files for production purposes. We also ask that when submitting yourrevision you follow the journal formatting guidelines. Figures and tables may be embedded within the source filefor the submission as long as they are of sufficient resolution for Production. For any figure that cannot beembedded within the source file (such as *.PSD Photoshop files), the original figure needs to be uploadedseparately. Refer to the Guide for Authors for additional information.http://www.elsevier.com/journals/estuarine,-coastal-and-shelf Science/0272-7714/guide-for-authors

On your Main Menu page is a folder entitled "Submissions Needing Revision". You will find your submission recordthere.

Please note that this journal offers a new, free service called AudioSlides: brief, webcast-style presentations that

are shown next to published articles on ScienceDirect (see also http://www.elsevier.com/audioslides). If yourpaper is accepted for publication, you will automatically receive an invitation to create an AudioSlidespresentation.

PLEASE NOTE: Estuarine, Coastal and Shelf Science would like to enrich online articles by displaying interactivefigures that help the reader to visualize and explore your research results. For this purpose, we would like toinvite you to upload figures in the MATLAB.FIG file format as supplementary material to our online submissionsystem. Elsevier will generate interactive figures from these files and include them with the online article onSciVerseScienceDirect. If you wish, you can submit .FIG files along with your revised submission.

Estuarine, Coastal and Shelf Science features the Interactive Plot Viewer, see:http://www.elsevier.com/interactiveplots. Interactive Plots provide easy access to the data behind plots. Toinclude one with your article, please prepare a .csv file with your plot data and test it online athttp://authortools.elsevier.com/interactiveplots/verification before submission as supplementary material.

PLEASE NOTE: The journal would like to enrich online articles by visualising and providing geographical detailsdescribed in Estuarine, Coastal and Shelf Science articles. For this purpose, corresponding KML (GoogleMaps) filescan be uploaded in our online submission system. Submitted KML files will be published with your online articleon ScienceDirect. Elsevier will generate maps from the KML files and include them in the online article.

Estuarine, Coastal and Shelf Science features the Interactive Map Viewer, http://www.elsevier.com/googlemaps.Interactive Maps visualize geospatial data provided by the author in a GoogleMap. To include one with yourarticle, please submit a .kml or .kmz file and test it online at http://elsevier-apps.sciverse.com/GoogleMaps/verification before uploading it with your submission.

Thank you for the opportunity to consider your manuscript.

Yours sincerely,

Ivan ValielaEditorEstuarine, Coastal and Shelf Science

Comments:

Associate editor:All 3 reviewers found the findings of the study important and worthy of publication. However, various questionswere raised about the calculation of the Index, how to interpret it, and how it would be linked to ecosystemchanges in nature (i.e. using it in a case study). The latter also links directly to the comment made by 2reviewers about lack of a testable hypothesis; the index and study results about ecosystem change could be usedin a better way to test a hypothesis about fish community change. Reviewer 3 provides a long list of commentswhich will significantly improve the manuscript.

Reviewer #1: This is a very interesting and timely topic. Also, it is based on the kind of dataset that is rare inecology.It is not often that studies dealing with data from different decades are publised.

I found this work well written and well-structured. However, I found it not very conclusive.Having read the entire manuscript I realized that the authors had come to some important conclusions, howeververy little is said about them in the abstract. I also think that the discussion would benefit from a last paragraphwhere the main conclusions are clearly set out.

Minor aspects:

Abstract line 29 - caudal fin "type"line 39 - Delete "The" from "The depth...Add main conclusions.

Highlights2- incorporates and not incorporate; to instead of for (for measure)5- Replace because of the by "associated to"

Line 102 - is affected instead of "are affected"

DiscussionI suggest that the authors take out the 2 first sentences and replace them with a general assessment of theusefullness of the index in the context of this work and other works in other areas. Then move into a discussionof the specific aspects and conclusions.

Reviewer #2: General commentsThis is an interesting manuscript (MS) about the trophic structure in Terminos lagoon. The authors have proposeda new interesting index to compare seasons among 3 years. In my opinion, the authors' proposed index is nice;however, they did not answered the proposed question. It suggest that the authors must spend more time toprovide more appropriate information regarding the proposed hypothesis. For that reason, before the acceptanceI strongly suggest to the authors revise this MS and the MS new version must pass through an additional revisionprocess.Specific commentsIntroduction.Page 5, line: 26. Figure 1 does not show the Terminos Lagoon dynamics.Page 6, Line: 39. Replace between by among.MethodsStudy area,Page 7, lines 153-154. Provide the temperatures values.Data collectionPlease check the data from the second survey: February 1998 to January 1998 (?).ResultsPage 10, lines: 215-216. Provide mean (± S.D.) for FADI values.Figure 2. What does "S" mean in the axis "X"?Page 10, lines 215-216. Please indicate the standard deviation bars. It does not seems different. Actually, if youare comparing years, season, I would expected a figure with mean (±S.D) taking into consideration all thesecategorical variables. Provide it! The other information shown in this section is not possible to identify in Figure 2(a & b). Re-write this section.Even the PCA figure is not easy to identify the results listed in the page 10 and 11. Make it clearer. Moreover,what does the axis I (PC1) and Axis II (PC2) mean? What do they ecologically mean? Provide this key informationfor this study.

Reviewer #3: General comments:

This paper by Escobar-Toledo et al. aims to develop and apply a novel index of functional diversity/redundancybased on fish traits, to investigate changes in the functional diversity of the fish communities of the TerminosLagoon, Mexico.

The work described in this article provides an interesting and potentially valuable contribution to the growingglobal literature on ecosystem functioning and the use of functional approaches for assessing environmentalcondition of aquatic ecosystems.The article focuses on a topic which will be of interest to a wide audience and its aims and potential outputsappear to be broadly applicable to any aquatic system. As such, its content and scope are ostensibly suitable forpublication in ECSS.

In terms of structure, the article is adequately laid out and contains all of the key elements. The title clearlydescribes the article and the abstract reflects its content.

The highlights (particularly numbers 3 and 5) are rather unclear and vague in my opinion, and number 3 isconfusing in the way that it is written; a criticism that I have of numerous portions of the manuscript - see below.

The introduction ends with a statement of the aims of the work, yet in my opinion lacks direction and is vague orunclear in several parts (see specific comments below and e.g. line 95: 'The evaluation of the response ofcommunities to environmental variability for describing biodiversity patterns in the ecosystem process…' [Whatdoes this actually mean?]). Lines 102-128 fail to effectively establish the context and rationale for the study (it is not at all clear to me howthe various disturbances and protections afforded upon the lagoon have affected its environmental condition over

time, or what functional response of the fish community over these periods is therefore hypothesised), and theaim of the study, '…to assess the changes in the temporal patterns of the functional structure of the fishassemblages…' is vague. This lack of specific detail (e.g. lines 125-128) is also carried through to the methods,results and discussion sections (see specific comments below).I would suggest that the authors need to provide a far clearer, more specific and succinct summation of thechange in the environmental condition of the lagoon over the three periods in question, and establish a testablehypothesis of the change in functional diversity/redundancy that they expect to observe between the three timeperiods. This would tighten up the preceding introduction and lead to a more focused account of the work.

The authors need to provide more detail on the rationale and calculations behind their index. Crucially, I find thedescription and interpretation of FADI values confusing, such that it is still not clear to me exactly what higherFADI values indicate (higher functional diversity/higher functional redundancy) and whether higher values areconsidered a 'good' thing with respect to environmental condition. In my opinion, I would not be the only one forwhom this would be the case, so I suggest the authors need to communicate more clearly and explicitly how theirindex should be interpreted, and provide e.g. a worked example.Additionally, the authors must provide a comprehensive discussion of the potential effects of these assumptionson the utility of their FADI scores and the reliability of their subsequent inferences (see comments below).Finally, throughout the paper the authors refer interchangeably to abundance and biomass, which leads toconsiderable confusion over how the index is calculated, what the index is showing, and how changes in FADIvalues should be interpreted. The results section is set out in a logical sequence, but includes the results of a statistical test that has not beendescribed in the methods.

The discussion is written in a rather unstructured way and in language which is vague and/or unclear in severalplaces, e.g. lines 259, 272. I think this reflects the lack of a clear hypothesis around the condition of the lagoonover the three periods and the predicted functional responses of the fish community. My biggest issue with the paper concerns the lack of clarity around the interpretation of the FADI, and particularlyhow the FADI values are related to supposed changes in the environmental condition of the lagoon between 1980and 2011 (see specific comments, below). The authors should demonstrate how the condition of the lagoon haschanged significantly since 1998, in what ways and by how much, and how they would expect the functionalspecialization of the fish community to have changed accordingly. They refer to the effects of environmentalstress, yet they have not at all quantified the environmental stress impacting on the lagoon. They need to moreclearly and specifically quantify the stress in the three periods, and then test the response of the FADI againstthese stress levels and link the functional responses to specific causal stressors/pressures.

The length and content of the article are appropriate to an article in the journal, although the writing is oftenvague and the grammar and phrasing impact upon the clarity of meaning in numerous places. In addition to thegeneral comments made above, I have also tried to suggest other small revisions to the text, below, which I hopewill help to improve the clarity of the manuscript.

Specific comments:Line 49: I suggest: "The FADI incorporates multiple functional traits to measure…"

Line 51: The authors refer here and in their formula for calculating FADI to biomass, yet throughout themanuscript they switch between abundance and biomass (see other comments below). These terms are notinterchangeable.

Lines 55-56: This highlight is incredibly vague.

Line 65: I suggest: "…the distribution and abundance of individuals, as well as on the…"

Line 78: "….such as approaches…"

Lines 85-86: What is meant by "…the degree of the abundance in this niche..."? This does not make sense to me.

Lines 95-96: What is meant by "The evaluation of the response of communities to environmental variability fordescribing biodiversity patterns in the ecosystem process…"? This again makes little sense to me.

Lines 114-128. The authors mention that Villeger et al. (2010) demonstrated no strong changes in functionalspecialization of the fish between 1980 and 1998, yet the following paragraph is vague (especially lines 125-128)and lacking clear direction, and does not clearly articulate why the present authors are revisiting this topic. Dothey believe that the condition of the lagoon has changed significantly since 1998, and if so, on what basis and byhow much, and how would they expect the functional specialization to have changed since the analysis of Villegeret al (2010)?

Line 132: Here, the authors refer to abundance, whereas biomass is used in their calculation of the FADI. Theauthors need to be very clear and consistent in their use of terms throughout.

Lines 138-154: The authors are commended for providing an excellent, concise yet detailed contextual summaryof their study location.

Line 156: Does "Three monthly biological surveys" mean (i) three surveys each of one month's duration, (ii)biological surveys that occurred every three months (and if so, for how long), or should this read (iii) "Biologicalsurveys were conducted each month …in the following three periods"? I think from Figure 2 that sampling musthave been monthly in each period, yet this is not clear from the description in the text.

Lines 167-173: The authors need to provide far more detail here to allow their methods to be replicated exactly.Specifically, what is meant by: "they were all categorized to make them comparable"? How was this achieved foreach trait?There is not enough detail provided in Table 1 for the reader to be able to replicate the study or allocate fish tothe various traits. I suggest this requires an appendix that details exactly how each trait was defined. Forexample, what is the trait "caudal fin 'elasmobranchi'"? Not all sharks have the same tails! What is 'ventrallycompressed A vs B? What is 'euryhaline +' See also further comments on Table 1, below.

Line 187: Again, abundance is referred to here, yet the formula includes biomass, not abundance.

Line 193: This is the first time seasonal samples have been mentioned. As above, the authors need to clarifywhen and how often sampling occurred.

Lines 198-201: I have enormous reservations about the two massive assumptions on which the bootstrapresampling is based. These assumptions, i.e. "assuming a null model stating that the coexisting of fish wasrandomly distributed" and "assuming equal abundances…between the selected species" are totally unrealistic andignore the well-documented schooling behaviour of very many species of fish. The authors must at least providea comprehensive discussion of the potential effects of these assumptions on the utility of their FADI scores andthe reliability of their subsequent inferences.

Line 202: It is unclear to me what is meant by: "…(distributed for equal in the n species)…" I think this sentenceneeds to be made far clearer.

Lines 207-212: Again, more detail is needed for the reader to be able to replicate your PCA analyses. What datawere input? Were they standardised or transformed in any way? Which variables were correlated with which othervariables?

Line 216: You have not previously described these statistical tests at any point in the methods. Presumably it wasan ANOVA? Did you establish that the FADI scores met the assumptions of normality and equal variances? If not,why not? Did the scores require any transformation prior to ANOVA? What was your significance level?In line 195 you yourselves say that the FADI scores cannot be strictly compared, so what justification do youhave for performing this test?

Line 222: The authors state "For the other two campaigns, the FADI values were within the expected probabilitydistribution." This is not true. Most (7 out of 11) of the monthly values from 1980 are outside the probabilitydistribution. This draws into question the statements of the authors in the discussion, around the relativecondition of the lagoon across the three periods.

Line 223: Here, the authors have switched back to referring to biomass… This is a source of considerableconfusion throughout, and reduces my confidence in the validity of the statements made about the results.

Line 228: On what basis were these two groups identified? Seems rather subjective to me to group them on thebasis of a visual examination of a PCA ordination. Why not employ objective, statistical e.g. clustering/regressiontree approaches to define the groups?

Line 235: Max length is also equally correlated with PC2.

Line 241: Proven by this study or boy previous authors? If the latter, support your contention with suitablereferences. Line 255: Could the authors please explain why the depth of the system changed between periods, and by howmuch? Presumably the authors ensured that their analyses across periods were not confounded by sampling sitesat different locations or stages of the tidal cycle, and therefore water depths?

Lines 260-262: The authors need to provide a far clearer explanation, with supporting data, of how they arrivedat this statement. How large were the changes in depths (and other hydrological variables)?

Lines 272-273: This sentence makes no sense to me.

Line 273: Again, the authors keep using abundance and biomass interchangeably. They are not the same thing!What exactly did they use? Numbers or biomass of the various species?

Lines 276-281: I find this very confusing. As I understand it, higher FADI values indicate greater functionaldiversity, and less functional redundancy. The highest FADI values were in 1998: does this not indicate that yourFADI is counterintuitive, if you are arguing that in 1998 the lagoon was in poorer condition and may subsequentlyhave recovered due to the protective measures implemented in 2004? Perhaps this confusion arises due to my misunderstanding of the index and how it should be interpreted. In myopinion, I would not be the only one for whom this would be the case, so I suggest the authors need tocommunicate more clearly and explicitly how their index should be interpreted, and provide e.g. a workedexample. Also, I think that the index misses a key point here in terms of focusing on redundancy: you culd have very highfunctional redundancy if, e.g. most species were trophic generalists with high salinity tolerance etc, but this is notnecessarily indicative of good environmental quality!The authors need to better establish the relative environmental condition across the three periods, usingindependent, quantitative data, and then test the hypothesised response of the FADI to these trends in condition.

Lines 286-290: The authors have not described in anywhere enough detail how they performed these'transformations', and certainly not in enough detail for the reader to replicate the study exactly, as described.

Lines 28-300: How would the authors relate the patterns in FADI scores to environmental health or condition? Tobe an effective ecological indicator, the FADI would have to be robust to the effects of natural temporal variabilityand instead reflect anthropogenic pressures, rather than be responsive to these natural spatio-temporal changesin variables such as depth.

Lines 301-304: does this refer to the present study, or another? The authors do not seem to have usedtaxonomic indices or food webs.

Line 312: Again, abundance or biomass? Your statement about frequency cannot be unequivocally be supported ifyou used biomass, as your results could be influenced more heavily by the mass of larger species than by thenumbers/frequency of functional traits across all species.

Line 319: Again, I find this confusing. The way I interpret the index, functional redundancy is only indicated whenthe values are outside and BELOW the probability distribution.

Line 323: Biomass again….

Lines 324-336: it is not clear to me, from how this is written, which studies are being referred to at differentpoints in this paragraph, as the authors flit between referring to other studies and (presumably but not obviously)their study, e.g. do lines 327 refer to the current study or to the lessons from the other works referred to in thepreceding sentence?

Line 338: the authors refer to the effects of environmental stress, yet they have not at all quantified theenvironmental stress impacting on the lagoon. They need to more clearly and specifically quantify the stress inthe three periods, and then test the response of the FADI against these stress levels and link the functionalresponses to specific causal stressors/pressures.

Table 1: Suggest '…ratio of the number of species with attribute (i) to the total…'The authors need to define these traits specifically and, where appropriate, quantitatively. How do you defineventrally compressed-A vs -B? How do you define Euryhaline+?By 'carnivorous fishes', do you mean piscivores? By 'carnivorous invertebrates', do you mean invertivores? NB'amphidromous', not 'anfidromous'

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