Causas y consecuencias de lasescorrentías turbias y la sedimentaciónen los arrecifes de coral en Puerto Rico.

Edwin A. Hernández-Delgado

Universidad de Puerto RicoDepartamento de BiologíaGrupo de Investigación en Arrecifes de Coral

coral_giac@yahoo.com

Objetivos

• Causas principales del problema de lasescorrentias y la sedimentación en lacosta.

• Efectos en los arrecifes de coral y encomunidades asociadas.

• Recomendaciones de investigación ymanejo.

Definiciones•• ErosiónErosión - desplazamiento de terreno debido a la fuerza- desplazamiento de terreno debido a la fuerza

de: lluvia o agua en movimiento, viento, fuerzade: lluvia o agua en movimiento, viento, fuerzagravitacional o debido a actividades humanas.gravitacional o debido a actividades humanas.

•• SedimentaciónSedimentación - Proceso donde se mezclan con el agua:- Proceso donde se mezclan con el agua: * partículas desprendidas del terreno * partículas desprendidas del terreno * partículas de superficies pavimentadas * partículas de superficies pavimentadas * partículas de desecho de actividades humanas * partículas de desecho de actividades humanas

•• EscorrentíasEscorrentías - agua de lluvia movida por la fuerza de- agua de lluvia movida por la fuerza degravedad sobre superficies inclinadasgravedad sobre superficies inclinadas

¿Cuáles son algunos de los factoresprincipales asociados a problemasde erosión y sedimentación enPuerto Rico?

Uso de los suelos• Patrones inadecuados

de uso de los suelos.

– Deforestación.

– Reducción de capacidadde intercepción einfiltración del suelo.

– Erosión.

“Fast tracking”

• “Fast tracking”.

– Evasión legalizada decumplir con el requisito deevaluar adecuadamente losimpactos ambientales.

– Eliminación de laparticipación ciudadana.

“Fast tracking”

• “Fast tracking”.

– Desarrollo de proyectos enterrenos sensitivos.

– Eliminación de vegetaciónamortiguadora de losefectos de erosión y desedimentación.

Privado vs. Público

• Bienestar privadoprevalece sobre el público.

– Estado favorece en lamayoría de las decisiones alinteres privado en perjuiciodel interés público.

– Terrenos sensitivoscomprometidos paradesarrollo.

Evaluacion incompleta delos impactos

• Desarrollos donde nose evaluanadecuadamente losefectos indirectos yacumulativos de losimpactos ambientales.

• Decisiones malinformadas.

Abuso de los Permisos Simples

• Otorgacion masiva depermisos simples parael movimientoincidental de materialde la corteza terrestrepor las oficinasregionales del DRNA.

• Usado para deforestar.

Desfase entre dependenciasdel DRNA

• Desfase entre lasoficinas regionales delDRNA y los tecnicosen la agencia centralque evaluan losposibles impactos dela otorgacion de lospermisos simples.

Muchas querellas a nivel de oficinasregionales del DRNA no se procesan

• Incapacidad (odesinteres?) del DRNAde atender las querellassobre problemas dedeforestacion.

• Ej. Culebra.

Muchas querellas en la JCA no seprocesan

• Incapacidad (odesinteres?) de la JCAde hacer cumplir elReglamento CES y laLey 9.

• Ej. Culebra.

La ley delmedio oeste

0 100 20050Meters

4

Camino ilegal, deforestacioncostera y construccion de rampaIlegal de rocas sobre yerbazal.

0 500 1,000250Meters 4

Proliferacion de caminos no pavimentados inclinados.

Formacion de deltas de sedimentacion terrigena sobresalitrales, lagunas y manglares.

0 75 15037.5Meters 4

Formacion de deltas de sedimentacion terrigena sobresalitrales, lagunas y manglares.

0 100 20050Meters 4

Relleno y construccion ilegal en humedales (ZMT).Se elimina capacidad de amortiguar escorrentias.

0 125 25062.5Meters 4

Pacas de heno al nivel del mar.

Delta de sedimentos sobre unapradera de hierbas marinasproducido por la erosion de losterrenos deforestados aledaños.

Pacas de heno dentro de mangle.

Deforestacion ilegal de ZMT.

Letrina en ZMT.

0 125 25062.5Meters 4

Una playa “privada” para cada cual!!!Construccion de caminos de acceso hasta la orilla del mar.

Esta playa es mia!!!!!!Privatizacion de accesos, deforestacion y escorrentiassedimentadas para construccion de casas en ZMT.

0 100 20050Meters 4

Desarticulacion funcional del gobierno

• Desarticulacion en elmanejo de los suelosentre diversas agencias:

– JP.– ARPE.– DRNA.– JCA.– DA.– AT.

Percepcion de ausencia de problema

• La deforestacion, laerosion y sedimentacionno se ven como unproblema ambiental conconsecuenciasnegativas para lossistemas naturales.

Practicas agricolas inadecuadas

• El desarrollo depracticas agricolas nosustentables resultaen aumentossignificativos deaportes deescorrentiassedimentadas ycontaminadas.

Canalizaciones de ríos

• La canalizacion de los riosacelera la salida de lasescorrentias.

• Aun escorrentias minimasalcanzan la costafacilmente.

• Aguas turbias alcanzandistancias mayores.

Sustitucion de manglares ribereños yhumedales por campos de golf

• Eliminacion manglares yhumedales.

• Perdida de funcionesecologicas, incluyendo lade amortiguar escorrentiasy sedimentos.

• Mitigaciones ex situ.

Politica del Ay Bendito aplicaselectivamente a los grandes intereses

• Es mas facil pedir perdonque pedir permiso…

• Eliminacion de unsegmento de la ReservaNatural del Estuario delRio Espiritu Santo parapermitir la construccion delHotel Paradisus.

Consecuencia en la costa

• Aumento en lafrecuencia de pulsosde escorrentiasturbias, sedimentadasy cargadas denutrientes.

Consecuencia en la costa

• Entrada decontaminantes a lacosta a traves de lasescorrentias pluviales.

Trafico vehicular sobre laarena

• Erosion costeraacelerada debido altrafico vehicular sobrela arena.

Dragados• Resuspensionsedimentaria severa.

• Destruccion comunidadesbenticas.

• Asfixia de fauna cercana.

Resuspension sedimentaria yencallamientos

• Actividades denavegacion en aguasllanas sin controlalguno.

Resuspension sedimentaria yencallamientos

• Resuspension severade sedimentos duranteactividades de atracarembarcaciones de grancalado.

Generacion de gradientesambientales

• Patrón de variacióngradual en diversosparámetros ambientales(ej. turbidez, nutrientes) amedida que aumenta ladistancia o la profundidaddesde la costa.

Gradiente ambiental• Influenciado por:

– Patrones de corrientes.– Geomorfología de

costas.– Formaciones

arrecifales.– Profundidad.– Amplitud de mareas.– Presencia de estuarios.– Patrones de desarrollo.– Distancia.– Estacionalidad.– Vientos.

Gradiente ambiental

• Eventos crónicos.

• Deterioropermanente de lacalidad del agua enla costa.

• Eventos repetitivos.

Gradiente ambiental

• Eventos agudos o enpulsos.

– Asociado a eventosclimatológicos extremos.

– Algunos factoresantropogénicos.

– Nov. 2003 = 43” (110 cm)

Transparencia del agua

Sites

PIC

-I

PIC

-O

HE

D

DE

M

LUQ

-I

LUQ

-O

CS

J

IRA

ALG

GA

L

ICA

PAL

DIA PC

A PM

AG

PFO

-I

VN

O-I

VN

O-N

I

CR

O PFO

-NI

Horizontal w

ater transparency (m)

0

5

10

15

20

25

Cambios de fase

• Cambio en el estadío dominante de unacomunidad por un estadío alternativo.

– Usualmente irreversible en escalastemporales cortas (ej. años - décadas).

– Responde a impactos de factores deorigen antropogénico.

Dominancia corales masivos

Coralesmasivos

Dominancia corales efimerosy fauna no constructora

Coralesmasivos

Corales pequenos yfauna no constructora

Reversion posiblemediante manejo

Dominancia especiesno constructoras

Coralesmasivos

Corales pequenos yfauna no constructora

Reversion posiblemediante manejo

Reversion muy dificily costosa

Especies no constructoras

Dominancia de algas

Coralesmasivos

Corales pequenos yfauna no constructora

Reversion posiblemediante manejo

Reversion muy dificily costosa

Especies no constructoras

Reversion pocoprobable

Algas

¿Que efectos tiene la sedimentacionen los arrecifes de coral?

Arrecifes de coral

¿Existe un gradiente?

Menor transparencia del agua cerca de la costa

Cobertura de corales

PIC-IPIC-O

LUQ-ILUQ-O

CSJHED

DEMALG

IRAICA PAL

DIA GALVNO-IVNO-NI

CASMAG

CROPFO-NI

PFO-I

% C

oral cover

0

20

40

60

80

Efectos de transparencia del agua

y= 10.69 + 1.45xr= 0.7995p<0.0001

Horizontal water transparency (m)

0 5 10 15 20 25

% C

oral cover

0

10

20

30

40

50

60

70

Riqueza de especies de corales

PIC-IPIC-O

LUQ-ILUQ-O

CSJHED

DEMALG

IRAICA PAL

DIA GALVNO-IVNO-NI

CASMAG

CROPFO-NI

PFO-I

Species richness 0

2

4

6

8

10

12

14

Efectos de transparencia del agua

y= 4.05 + 0.20xr= 0.8557p<0.0001

Horizontal water transparency (m)

0 5 10 15 20 25

Species richness

2

4

6

8

10

12

Indice Diversidad Especies (H’n)

PIC-IPIC-O

LUQ-ILUQ-O

CSJHED

DEMALG

IRAICA PAL

DIA GALVNO-IVNO-NI

CASMAG

CROPFO-NI

PFO-I

Species diversity index (H

'n)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Efectos de transparencia del agua

y= 1.77(1-e-0.47x)r= 0.7762p=0.0002

Horizontal water transparency (m)

0 5 10 15 20 25

H'n

0.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4

Cobertura de algas

PIC-IPIC-O

LUQ-ILUQ-O

CSJHED

DEMALG

IRAICA PAL

DIA GALVNO-IVNO-NI

CASMAG

CROPFO-NI

PFO-I

% A

lgal cover

20

40

60

80

100

Efectos de transparencia agua

y= 84.30 - 1.46xr= 0.7762p= 0.0003

Horizontal water transparency (m)

0 5 10 15 20 25

% A

lgal cover

30

40

50

60

70

80

90

100

Patrones espaciales(dominancia x tratamiento)

Montastraea annularis spp. complex

Treatment categories

<5 m 5-15 m >15 m Bomb

% C

ontribution

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Patrones espaciales(dominancia x tratamiento)

Treatment categories

<5 m 5-15 m >15 m Bomb

% C

ontribution

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

Acropora palmataAcropora cervicornis

Efectos de la sedimentación en corales

• Disminucion en la abundancia de loscorales.

• Alteracion de las formas decrecimiento de corales .

• Disminucion de la diversidad deespecies.

• Alteracion en la estructura de lacomunidad.

• Cambio a dominancia por taxones noconstructores de arrecifes (ej. coralesblandos, esponjas, zoantidos oalgas).

Efectos de la sedimentación en corales

• Disminucion en la tasa decrecimiento de las colonias.

• Asfixia de colonias.

• Aumento en la frecuencia de lesionesde tejido asociada a la muerteparcial.

• Disminucion de la tasa fotosintética.

• Incremento en la tasa de respiración.

Efectos de la sedimentación en corales

• Incremento en gasto energetico(gasto de carbono) en mantenimiento(produccion de mucosa).

• Reduccion de energia y tiempoinvertidos en crecimiento de lacolonia, alimentacion y reproduccion.

• Inhabilidad de asentamiento deplanulas en fondos sedimentados.

• Disminucion en la tasa desobrevivencia de colonias juveniles.

Efectos de la sedimentación en corales

• Incremento en tasas de bioerosion.

• Aumentos cronicos en turbidezcausan reduccion en la penetracionde luz solar hasta el fondo, alterandolas tasas fotosinteticas de corales,hierbas, etc.

• Perdida de capacidad neta decrecimiento del arrecife.

• Perdida de funciones de los corales anivel de ecosistema.

Efectos de la sedimentación en corales

• Incremento en susceptibilidad anteotros factores (ej. enfermedades ysindromes, huracanes, calentamientoglobal).

• Reduccion en la resistencia delarrecife (capacidad de enfrentarperturbaciones).

• Reduccion en la resiliencia (habilidadde recuperarse de perturbaciones).

Efectos de la sedimentación en corales

• Eliminacion de redundancia funcional(roles de algunas especies decorales).

• Perdida de especies ingenieras.

• Degradacion del habitaculo esencialde peces.

• Perdida general de biodiversidadcomo consecuencia del deterioro delhabitaculo.

• Devaloracion economica.

% Coral

CR1

Ano

- 1997 - 1998 - 1999 - 2001 - 2002 - 2003 - 2004 - 2005 - 2006

% C

obertura coral

10

20

30

40

50

60

70

80

90

<4 m4-8 m>8 m

Brote severo Plaga BlancaHuracan GeorgesBlanqueamiento masivo

Brote moderado Plaga BlancaBlanqueamiento moderado

Brote moderado Plaga BlancaBlanqueamientomasivo, broteseveroenfermedades

Aumento en escorrentias sedimentadasy descarga de aguas usadas crudas

Magnitud de cambio en % coral

CR1

Ano

- 1997 - 1998 - 1999 - 2001 - 2002 - 2003 - 2004 - 2005 - 2006

% M

agnitud de cambio

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

2005 vs 2006(-34.2%)

Montastraea annularis

junio 27, 2005 septiembre 25, 2005

julio 26, 2006

Efectos de la sedimentación en peces

• Efectos letales a corto plazo:

– Muerte por enterramiento de especiescripticas (ocultos en grietas, cuevas yhendiduras).

– Trauma respiratorio (erosion de losfilamentos branquiales).

• Efectos sub-letales a corto plazo:

– Estres respiratorio y en la separacionde escuelas monoespecificas.

Efectos de la sedimentación en peces

• Efectos letales a largo plazo:

– Incrementos en depredacion dealgunos grupos de peces.

– Hambruna (consecuencia de laperdida de recursos alimentarios).

• Efectos sub-letales a largo plazo:

– Reduccion en las tasas decrecimiento.

– Cambio hacia residencia enhabitaculos sub-optimos.

Factores “naturales”

Diversos factores humanos

l Degradación de lacalidad del aguaasociada a pulsos deescorrentías.

Ausencia controles de erosión

Mortalidad post-escorrentías

Necrosis de tejido

“Patchy necrosis”

Explosión poblacional de algas

Otras consecuencias encorales

• Alteracion salinidad.• Reduccion en

transparencia.• Reduccion en

temperatura.• Invasion patogenos.• Alteracion

microflora.

Otras consecuencias en corales

• Estres fisiologico.• Hambruna.• Hipoxia.• Blanqueamiento.• Muerte.

+ Diadema - Diadema

- Reduccion biomasa macroalgas

- Dominancia corales/algas filamentosas

- Alta sobrevivencia reclutas corales

- Competencia por explotacion de algas Diadema y peces herbivoros

- Aumenta biomasa macroalgas

- Dominancia macroalgas

- Baja sobrevivencia reclutas corales

- Desplazamiento corales por abrasion, sombra y sobrecrecimiento

- Posible aumento en poblaciones de herbivoros

Mortandad MasivaIncapacidad de Recuperacion

Comunidad decorales y algasfilamentosas

Comunidad demacroalgas

Perturbacion???

% algas

Concentracion de nutrientes

% corales

> Nutrientes, > % algas, < % corales.

Interacciones entre mecanismos“top-down” y “down-top”

CONCENTRACIONNUTRIENTES

AlgasFilamentosas

Corales

Macroalgasfrondosas

AlgasCoralinas

BAJA

BAJA

ALTA

ALTA

ACTIVIDAD HERBIVORIA

Predator overfishing

Increased damselfishdensities

Declining primaryhabitats ofdamselfishes(A. cervicornis)

Invasion of secondary habitats(predation of new coral polyps)

Interferencecompetition withcoral tissueregeneration

Increased frequency of coral tissuelesions and susceptibility to pathogens

Increasedfilamentous algalcover

Localized inc rea sein nitrogen fixation

Increased coralcolony mortality

Increased bioerosion ratesIncreased sedimenttrapping by algal turfs,decline in coral tissueregerneration andrecruitment rates

Moderate or low herbivore fishdensities (long-term ecosystemoverfishing effect)

Migration of herbivore fishschools as a behavioralresponse to spearfishing

Low D. antillarum densities

Declining herbivory

Increased macroalgal cover

Substrate pre-ocupationoutcompetion of corals, inhibitionof coral tissue regeneration andrecruitment

Cyanobacterialbloom

Bleaching-relatedErythropodiumcaribbaeorum mortality

Increase in highly concentrateddissolved nutrient pulses

Water transparency declinedue to phytoplnkton bloom,increased concentration ofsolid suspended material,increased sedimentation

Decline in coralcalcification, skeletalextension and growthrates. Increasedbioerosion rates

NET COMMUNITY PHASE SHIFT

Coral mortality as a resultof recurrent disease/syndrome outbreaks

Invasion by pathogenicmicroorganisms,induction of physiologicalstress, alteration of coral-associated microflora

Increased corallivorous snail andfireworm densities

Coral tissue predation

Decline in reef biodiversity, coral functional groups (i.e., Acroporids), engineer species (bioconstructors), essentialfish habitats, shortening of food webs and declines in ecosystem processes

Disease-spreadingvectors

Coral mortality as a resultof recurrent disease/syndrome outbreaks

Frequent nutrient-rich runoff pulses

Localized inc rea sein nitrogen fixation

Conclusiones• Pérdida neta de

arrecifes de coral.

• Cambio de fase en laestructura de lascomunidades.

• Escorrentías son lacausa principal.

Conclusiones

• Escorrentíasaumentan prevalenciasíndromes y/oenfermedades en loscorales.

• Efectos negativos encomunidades depeces.

Mortandades asociadas a la sedimentacionpueden tener efectos a escala paisajista

• Perdida de conectividad a nivelde microhabitat (escalasespaciales pequenas).

• Perdida de habitaculos de gobislimpiadores (perdida deestaciones de limpieza deparasitos).

Mortandades asociadas a la sedimentacionpueden tener efectos a escala paisajista

• Aumento en la predacion porcoralivoros en coloniasremanentes.

• Reduccion en potencialreproductivo en corales.

• Efecto Allee para algunasespecies.

Consecuencias a largo plazo?Global warming

induced bleaching

Coral starvation,disease, syndromes,

mortality

Loss of ecosystemresiliency

Loss of coralsfunctional

redundancy

Loss of large reefbuilding species

Net decline in reefaccretion

Net increase inbioerosion

Community phaseshift

Dominance bynon reef-building

taxa

Loss of ecosystemresistance

Shrinkage ofcoral reef-based

food webs?

Water qualityimpacts Overfishing

Loss of reef bio-diversity and services

¿Entonces que podemos hacer?

• Restauración!!!

• ¿Pero, es viablerestaurar yerbazales yarrecifes degradados?

Costos de restauración

• $153 millones para recuperar20% cobertura de corales(Ruitenbeek, 1999).

Alternativas de baja tecnología(=bajo presupuesto)

• Amarras plásticas.

• Permiten fijación decolonias ramificadasal sustrato natural.

Alternativas de baja tecnología(=bajo presupuesto)

• Concreto hidráulico.

• Permiten fijación decolonias ramificadas ymasivas al sustratonatural.

Alternativas de baja tecnología(=bajo presupuesto)

• Cultivo de corales.

• Restaurar las funcionesecológicas del coral al nivel deecosistema.

• Rehabilitar los hábitatsesenciales para la crianza depeces juveniles en aguasllanas.

Rehabilitación de habitat esencial de peces

Modelo de manejo criollo

Clavos, sorbetos, “plastic ties”

10 meses luego

31 meses luego

Recomendaciones al DRNA

• Supervisar el uso dado a los permisossimples.

• Ser mas diligente en atender querellaspor deforestacion (ej. Culebra).

Recomendaciones a la JCA

• Ser mas diligente en atender querellaspor falta de implementacion delReglamento CES.

• Desarrollar tecnicas de SIG y modelajematematico de tasas de erosion desuelos aplicables a islas tropicales.

Recomendaciones

• Deben establecerse incentivos contributivosespecificos que fomenten laimplementacion de practicas deconstruccion y practicas agricolassustentables.

Recomendaciones

• Documentar el impacto de la erosion ysedimentacion en las comunidadesarrecifales y de yerbazales marinos de lasAMPs en Puerto Rico.

• Incorporar medidas de parametros fisicosdel agua (ej. sedimentacion, turbidez,concentracion de solidos suspendidos) aprogramas de monitoreo ecologico.

Agradecimientos• Caribbean Coral Reef Institute (UPR-Mayaguez).• U.S. Coral Reef Initiative.• Programa Sea Grant-UPRM.• DEGI-UPR-RP.• Asociación de Pescadores de Culebra.• Coralations.• Sociedad Ambiente Marino.• Asociación Estudiantil Ataní, UMET.• Ford Motor Company Foundation.• Roland Pesch & Kathy Rosskopf Foundation.• National Fish & Wildlife Foundation.• Universidad de Puerto Rico, Depto. Biologia.

coral_giac@yahoo.com

¡Gracias! ¿Preguntas para papá?

coral_giac@yahoo.com