Zooplankton Abundances in Managed Wetlands and Tidal Habitats of Suisun Marsh and Mechanisms of Their Productivity

Abstract

Humans have dramatically altered environments across the globe, especially along estuaries and coastlines, imposing broad-ranging effects on biota and ecosystem processes. Novel ecosystems— composed of unique biological assemblages and physical processes—can develop in human-dominated landscapes, but their ecology and ecosystem services have been poorly studied and are often misunderstood. My dissertation investigates the role that seasonally inundated managed wetlands— constructed for recreational waterfowl hunting—may serve in increasing zooplankton productivity to support threatened estuarine food webs.

Working within Suisun Marsh—located in the brackish mixing zone of the San Francisco Estuary (California, USA)—I examine seasonal zooplankton abundances in managed wetlands and adjacent tidal habitats across multiple years and regions to determine when managed wetlands are most productive and how abundances differ between the two habitat types. Through mesocosm experiments conducted at the University of California, Davis campus, I investigate potential drivers of zooplankton production in managed wetlands, including the role of seasonal flooding and detritus from plants that grow during wetland dry phases. Lastly, I investigate the role of plant litter richness and functional composition in stimulating zooplankton production as well as effects on water quality variables, such as dissolved oxygen.

Through my analyses, I show that managed wetlands often support zooplankton abundances that are an order of magnitude higher than abundances in tidal habitats and that major taxonomic groups exhibit successional, pulsed responses to seasonal floods. I also demonstrate that the growth of terrestrial forbs during wetland dry phases provides high-quality detritus that can boost plankton production compared to more widely available emergent graminoids. Lastly, I show that the composition and richness of plant detritus produces a trade-off, whereby forb-dominated litter mixtures enhance plankton productivity at increased risk of promoting temporary hypoxia, while emergent graminoid-dominated litter mixtures produce less hypoxia and provide limited support for zooplankton production. These findings suggest that, similar to natural floodplains, managed wetland flood operations enhance plankton productivity in Suisun Marsh. Findings also present opportunities to directly manage plankton production and water quality, by manipulating flood operations and vegetation management, for optimal benefits to the aquatic ecosystem.

Alternate abstract:

Los seres humanos han alterado drásticamente los ambientes en todo el mundo, especialmente a lo largo de los estuarios y costas, imponiendo efectos de amplio alcance sobre la biota y los procesos ecológicos. Los ecosistemas novedosos, compuestos por ensamblajes biológicos únicos y procesos físicos, pueden desarrollarse en paisajes dominados por los seres humanos, pero su ecología y los servicios ecosistémicos han sido poco estudiados y, a menudo, mal comprendidos. Mi tesis investiga la función que los humedales gestionados, inundados estacionalmente—construidos para la caza recreativa de aves acuáticas—pueden desempeñar en el aumento de la productividad del zooplancton para apoyar las redes tróficas estuarinas amenazadas.

Trabajando en Suisun Marsh—ubicada en la zona de mezcla salobre del Estuario de San Francisco (California, EE. UU.)—examiné las abundancias estacionales de zooplancton en los humedales gestionados y los hábitats adyacentes de mareas durante varios años y en distintas regiones, para determinar cuándo los humedales gestionados son más productivos y cómo difieren las abundancias entre los dos tipos de hábitats. A través de experimentos de mesocosmos realizados en el campus de la Universidad de California, Davis, investigo los posibles factores que impulsan la producción de zooplancton en los humedales gestionados, incluidos la función de las inundaciones estacionales y los detritos de las plantas que crecen durante las fases secas del humedal. Finalmente, investigo la función de la riqueza y composición funcional de los detritos vegetales en la estimulación de la producción de zooplancton, así como sus efectos sobre variables de la calidad del agua, como el oxígeno disuelto.

A través de mis análisis, demuestro que los humedales gestionados a menudo apoyan abundancias de zooplancton que son un orden de magnitud más altas que las abundancias en los hábitats de marea y que los principales grupos taxonómicos muestran respuestas sucesionales y pulsadas a las inundaciones estacionales. También demuestro que el crecimiento de plantas herbáceas terrestres durante las fases secas del humedal proporciona detritos de alta calidad que pueden aumentar la producción de plancton en comparación con los gramíneos emergentes más ampliamente disponibles. Finalmente, muestro que la composición y riqueza del detrito vegetal genera una compensación, en la que las mezclas de detritos dominadas por plantas herbáceas aumentan la productividad del plancton con mayor riesgo de promover hipoxia temporal, mientras que las mezclas dominadas por gramíneas emergentes producen menos hipoxia y brindan un soporte limitado para la producción de zooplancton. Estos descubrimientos sugieren que, al igual que las llanuras de inundación naturales, las operaciones de inundación en los humedales gestionados mejoran la productividad del plancton en Suisun Marsh. Los hallazgos también presentan oportunidades para gestionar directamente la producción de plancton y la calidad del agua, manipulando las operaciones de inundación y la manipulación de la vegetación, para obtener beneficios óptimos para el ecosistema acuático.