In-situ assessment of the impact of climate change on pasture quality and associated arthropod communities in Terceira Island

Tese de Doutoramento, Ciências Agrárias e do Ambiente, 07 de maio de 2025, Universidade dos Açores.

As alterações climáticas representam um dos desafios globais mais prementes do nosso tempo, com profundas implicações para os ecossistemas e a biodiversidade em todo o planeta. As alterações nos padrões de temperatura e precipitação provocadas por actividades em grande parte de origem antropogénica ameaçam o delicado equilíbrio das comunidades ecológicas, particularmente em ambientes isolados como o arquipélago dos Açores. Este estudo investiga os efeitos das alterações climáticas na diversidade de artrópodes em pastagens geridas de forma intensiva nos Açores, com o objetivo de compreender como o aumento da temperatura influencia a estrutura das comunidades dos agroecossistemas. Utilizando câmaras de topo aberto (OTCs) para simular o aquecimento in situ, esta tese emprega uma abordagem multifacetada, combinando modelação de dados taxonómicos e das caraterísticas funcionais das espécies para avaliar as respostas das comunidades de artrópodes ao aumento da temperatura ao longo do tempo. Os nossos resultados revelam padrões distintos na forma como os vários taxa de artrópodes respondem ao aumento da temperatura. Nomeadamente, enquanto a riqueza de escaravelhos diminui sob condições mais quentes, a diversidade de aranhas mostra um aumento significativo, sublinhando a complexidade das respostas ecológicas aos factores de stress climático. Além disso, as alterações relativas aos índices de diversidade entre dois anos sugerem uma dinâmica das comunidades de artrópodes face às alterações das condições ambientais, salientando o potencial de resiliência destes ecossistemas. O estudo explora ainda a influência dos gradientes de elevação nas comunidades de artrópodes, revelando que as variações de micro-habitat afectam significativamente a composição da comunidade e os traços funcionais. Caraterísticas como o tamanho do corpo e a iridescência surgem como factores relevantes na capacidade de adaptação dos artrópodes a temperaturas elevadas, com implicações para o seu papel ecológico nas pastagens. Curiosamente, a nossa análise indica uma fraca significância estatística entre a biomassa de gramíneas e a diversidade de artrópodes, sugerindo que a estructura do habitat e a variabilidade microclimática podem desempenhar um papel fundamental na formação da dinâmica da comunidade de artrópodes. Esta investigação contribui para um conjunto crescente de conhecimentos sobre os impactos das alterações climáticas na biodiversidade, particularmente no contexto de sistemas agrícolas sujeitos a temperaturas mais elevadas. Ao abordar as relações matizadas entre temperatura, elevação, biomassa de gramíneas e diversidade de artrópodes, esta tese não só melhora a nossa compreensão das interações ecológicas face às alterações climáticas nos Açores, como também fornece informações valiosas para uma futura gestão sustentável das pastagens.

ABSTRACT: Climate change represents one of the most pressing global challenges of our time, with profound implications for ecosystems and biodiversity across the planet. Alterations in temperature and precipitation patterns driven by mostly anthropogenic activities threaten the delicate balance of ecological communities, particularly in isolated environments such as the Azorean Archipelago. This study investigates the effects of climate change on arthropod diversity within intensively managed pastures in the Terceira Island (Azores), with a focus on understanding how local scale rising temperatures influence these vital components of agroecosystems. Utilizing Open Top Chambers (OTCs) to simulate in situ warming, this thesis employs a multifaceted approach, combining taxonomic and functional trait modelling to assess the responses of arthropod communities to increased temperature over time. Our findings reveal distinct patterns in how various arthropod taxa respond to increased temperatures. Notably, while beetle richness declines under warmer conditions, spider diversity showed a significant increase, underscoring the complexity of ecological responses to climate stressors. Additionally, changes regarding diversity indices between two years suggests a dynamic of arthropod communities to changing environmental conditions, highlighting the potential for resilience within these ecosystems. The study further explores the influence of elevational gradients on arthropod assemblages, revealing that microhabitat variations significantly affect community composition and functional traits. Traits such as body size and iridescence emerge as relevant factors in the adaptive capacity of arthropods to elevated temperatures, with implications for their ecological roles in pastures. Interestingly, our analysis indicates a weak significance between grass biomass and arthropod diversity, suggesting that habitat structure and microclimate variability may play pivotal roles in shaping community dynamics. This research contributes to a growing body of knowledge on the impacts of climate change on biodiversity, particularly in the context of agricultural systems under increased temperatures. By addressing the nuanced relationships between temperature, elevation, grass biomass, and arthropod diversity, this thesis not only improves our understanding of ecological interactions in the face of climate change in the Azores, but also provides valuable insights for future sustainable pasture management.

FRCT; Azorean Biodiversity Group; Universidade dos Açores; PASTURCLIM; CE3C; Portal da Biodiversidade dos Açores.