Marine protected areas: indicators and methods for an efficient approach to monitoring | Áreas marinhas protegidas: indicadores e métodos para uma abordagem à monitorização eficiente

Well implemented and managed, marine protected areas (MPAs) are a management tool that can protect and restore marine ecosystems, with proven increases in marine biodiversity, abundance of populations and individual size of commercial species, and better preservation of the habitats that support them. Although the benefits of well-implemented MPAs are proven, most MPAs have lacked guidance, adequate legislation, planning, financing and means for their active management, hindering the achievement of the desired level of protection. The overarching objective of this thesis is to contribute with evidence for building efficient and effective monitoring programs through means of systematic literature review, quantitative analyses, practical knowledge, and other processes of direct interaction (collaborative process) with stakeholders and indirect interaction (through a questionnaire) with the civil society. The first work performs a systematic literature review and meta-analysis to portray the fully protected MPAs' direct effects on target populations and indirect effects on the community structure through trophic and competitive interactions. This work was carried out for 138 MPAs of tropical and temperate reef ecosystems, analyzing the results of the most reported indicators - abundance, biomass, individual size, and species richness - for 18 functional groups. The outcomes highlight that community responses to total protection differ between these two environments in the most benefited group and the sequence of trophic interactions between the different functional groups. This knowledge is fundamental for a more informed approach to creating and implementing marine conservation measures and MPA management, as it highlights the importance of ecosystem-based management and implies the assessment of anthropic impacts on the structure of biological communities and their functioning. The second work was a collaborative process developed to respond to the needs of the national authority for the management of coastal MPAs, to obtain a list of monitoring indicators that was feasible, in terms of management capacity, and effective for the assessment of the performance of these areas in achieving the defined conservation objectives. The process resulted in a list of indicators agreed upon by various entities, organized into three groups of execution priority, with the respective monitoring frequencies and a list of adequate sampling methods. This process was the first effort in Portugal for the concerted development of a national MPA monitoring program. The third work aimed to map, with a commercial drone, rocky intertidal communities through remote sensing. The aim was to test an easily replicable and cost-effective methodology, applicable in short monitoring cycles, for mapping and monitoring marine and coastal ecosystems on a large scale and, thus, identifying natural values in need of conservation. The beaches of Barradinha, Carriagem, and Vale dos Homens, located in the Parque Natural do Sudoeste Alentejano e Costa Vicentina (PNSACV), served as case studies, resulting in three classified images with the distribution and quantification (relative abundance) of the macroalgae communities (using morpho-functional groups) and conspicuous macroinvertebrates. Despite the need to raise the accuracy of image classification, there was an approximation to the results of in situ sampling (quadrats method) and the detection of community distribution patterns. These positive results demonstrate the potential of combining traditional and modern methods for building efficient mapping and monitoring processes. Finally, the fourth work used another approach that can contribute to constructing efficient MPA monitoring processes - citizen science. Citizen science (CS) has been widely used in environmental monitoring projects, with the advantage that it is also a social tool for empowering citizens for the environmental conservation cause. Participatory approaches tend to increase understanding, acceptance, and collaboration in conservation policy implementation. The work arose from the ubiquitous difficulty of CS projects to involve citizens in their activities in a sustained way during the project period. For the first time, this work develops a theoretical model, based on widely known and used technology adoption and human behavior models, to find the determinants of citizen engagement in CS projects for coastal environment monitoring. For this purpose, a questionnaire was carried out with 345 respondents between Portugal and Spain. Six technological, cultural, and environmental determinants influence the adoption of CS platforms. In the end, guidelines were drawn for project managers, digital platform developers, and policymakers to efficiently plan and execute the use of CS as a tool for coastal environment monitoring. This thesis integrates, in a transdisciplinary way, information on indicators and methods to monitor the performance of MPAs, aiming to contribute to the facilitation of more efficient (supported in any socioeconomic condition) and effective evaluation processes, to guide existing and future MPAs in achieving their conservation objectives.

As áreas marinhas protegidas (AMP) são um instrumento de gestão que, se bem implementado e gerido, pode proteger e recuperar ecossistemas marinhos, com o aumento comprovado da biodiversidade marinha, da abundância e tamanho individual das populações de espécies comerciais e com melhor preservação dos habitats que as suportam. Embora os benefícios das AMP bem implementadas estejam comprovados, a maioria das AMP tem carecido de orientação, de legislação adequada, planeamento, financiamento e de meios para a sua gestão ativa, prejudicando assim o alcance do nível de proteção desejado. O objetivo alargado desta tese é contribuir com conhecimento para a construção de programas de monitorização eficientes e eficazes, através de meios de revisão sistemática da literatura, análises quantitativas, de conhecimento prático, e de processos de interação direta com as partes interessadas (processo colaborativo) e indireta com a sociedade civil (através de questionário). O primeiro trabalho realiza uma revisão sistemática da literatura e meta-análise para retratar os efeitos diretos em populações alvo, e indiretos na estrutura da comunidade por interações tróficas e competitivas, de AMP totalmente protegidas. Este trabalho foi realizado para 138 AMP de ecossistemas de recife tropicais e temperados, analisando os resultados dos indicadores mais reportados – abundância, biomassa, tamanho individual e riqueza de espécies - , para 18 grupos funcionais. Os resultados salientam que as respostas das comunidades biológicas à proteção total diferem entre estes dois ambientes no grupo mais beneficiado e no encadeamento das interações tróficas entre os diversos grupos funcionais. Este conhecimento é fundamental para uma abordagem mais informada à criação e modo de implementação de medidas de conservação marinha e de gestão de AMP, pois evidencia a importância de uma gestão baseada em ecossistemas e implica a avaliação da extensão dos impactos antrópicos na estrutura das comunidades biológicas e no seu funcionamento. O segundo trabalho tratou-se de um processo colaborativo desenvolvido para responder às necessidades da autoridade nacional para a gestão de AMP costeiras, de obter uma lista de indicadores de monitorização que fosse viável (em termos de capacidade de gestão) e eficaz para a avaliação da performance destas áreas na concretização dos objetivos de conservação definidos. O processo resultou numa lista de indicadores concertada entre várias entidades, organizados em três grupos de prioridade de execução, com as respetivas frequências de monitorização e listagem de metodologias de amostragem adequadas. Este processo foi o primeiro esforço em Portugal para o desenvolvimento concertado de um programa nacional de monitorização de AMP. O terceiro trabalho visou o mapeamento das comunidades de ecossistema intertidal rochoso através da técnica de deteção remota, com recurso a um drone comercial. O objetivo foi testar uma metodologia facilmente replicável, com uma boa relação de custo-eficácia, para o mapeamento e monitorização dos ecossistemas marinhos e costeiros a larga escala e para a identificação dos valores naturais em necessidade de conservação, passível de ser integrada em ciclos de monitorização curtos. As praias da Barradinha, Carriagem e Vale dos Homens, abrangidas pelo Parque Natural do Sudoeste Alentejano e Costa Vicentina (PNSACV) serviram de casos de estudo, resultando em três imagens classificadas com a distribuição e quantificação (abundância relativa) das comunidades de macroalgas (utilizando grupos morfo-funcionais) e de macroinvertebrados conspícuos. Apesar de ser necessário elevar o nível de precisão da classificação de imagem, houve aproximação aos resultados da amostragem in situ (método dos quadrados) e a deteção de padrões de distribuição da comunidade. Estes resultados foram positivos, pois demonstram a potencialidade de abordagens combinadas entre métodos tradicionais e modernos para a construção de processos de mapeamento e monitorização eficientes. Por fim, o quarto trabalho utilizou outra abordagem que também pode contribuir para a construção de processos eficientes de monitorização de AMP, a ciência cidadã. A ciência cidadã (CS) tem sido amplamente utilizada em projectos de monitorização ambiental, com a vantagem de que é, também, uma ferramenta social de empoderamento dos cidadãos para a causa da conservação do meio ambiente. Abordagens participativas tendem a aumentar o entendimento, a aceitação e a colaboração na implementação de políticas de conservação. O trabalho surgiu da dificuldade omnipresente dos projetos de ciência cidadã em envolver os cidadãos nas suas atividades de uma forma sustentada, durante o período do projeto. Este trabalho desenvolve, pela primeira vez, um modelo teórico (assente sobre modelos de adopção de tecnologia e de comportamento humano amplamente conhecidos e utilizados) para encontrar os determinantes do envolvimento dos cidadãos em projetos de CS de monitorização ambiental costeira. Para este efeito, foi realizado um questionário com 345 respondentes entre Portugal e Espanha. Seis determinantes de natureza tecnológica, cultural e ambiental influenciam a adoção das plataformas de CS. No final, foram traçadas linhas orientadoras para gestores de projetos de CS, criadores de plataformas digitais e decisores políticos planearem e executarem de forma eficiente o uso de CS como ferramenta para a monitorização ambiental costeira. A presente tese integra de uma forma transdisciplinar informação sobre indicadores e metodologias para a monitorização da performance de AMP, com vista a contribuir para a facilitação de processos de avaliação mais eficientes (aplicáveis em qualquer condição socioeconómica) e eficazes, que conduzam AMP existentes e futuras à concretização dos seus objetivos de conservação.

Programa Doutoral em Ciência, Tecnologia e Gestão do Mar