Ecología de playas arenosas:tendencias y perspectivas

Omar Defeo

mareas olas arena

Playas arenosasZona de interfase entre la tierra y el mar

Morfología y dinámica definidas por 3 factores que interactúan: mareas, olas, y grano de arena

Olvidadas por ecólogos?Ecología de playas arenosas rezagada respecto a otros ecosistemas costeros

McLachlan & Defeo 2018

Investigación ha avanzado y ha emergido uncuerpo teórico

2936 3157

11149

20065

36358

0

10000

20000

30000

40000

Sandybeaches

Rockyshores

Mangroves Coral reefs Estuaries

Pap

ers

El ambiente físico: morfodinámica de las playas

Reflectivas:arena gruesapendiente pronunciadano hay zona de surfpequeño rango intermarealolas pequeñasenergía de la ola se refleja

Disipativas:arena finapendiente suave amplia zona de surfamplio rango intermareallargos periodos de swash grandes olasenergía de la ola se disipa

Diferentes niveles organizacionales para contrastar hipótesis sobre patrones, procesos y mecanismos

Ecología: niveles organizacionales

Moléculas

Ambiente

Am

bien

te

Latitud

Variables relevantes (GAMM – GLMM)

Pendiente (-) Grano (-) Rango mareal (+) Temperatura (+) Productividad (+)

Hipótesis evaluadas:

Hipótesis de Energía Kinética o Hipótesis de Temperatura

Hipótesis de Disponibilidad de Hábitat

Hipótesis de Exclusión de Swash

Hipótesis de Energía Potencial: áreas más productivas, más especies

Defeo & McLachlan, 2013, Barboza & Defeo 2015, Defeo et al. 2017

Aumento con tamaño de ola, rango de mareas, área de la playa, grano fino y pendiente suave: de playas reflectivas micromareales a disipativas macromareales

Patrones globales: riqueza específica y ambiente

Patrones globales, 5 continentes (n > 250)

Hipótesis de Exclusión de Swash

Exclusión de especies hacia playas reflectivas debido al clima riguroso de swash y arenas gruesas

Defeo & McLachlan 2013, Barboza & Defeo 2015

y = -6.54Ln(x) - 4.85R² = 0.52

y = -7.93Ln(x) -13.36R² = 0.62

0

5

10

15

20

25

30

Spec

ies

richn

ess

Beach slope

y = -0.66Ln(x) + 1.86R²= 0.62

y = -1.33Ln(x) - 0.22R²= 0.55

0

1

2

3

4

5

6

7

8

log

Abu

ndan

ce(in

dm

-1)

y = -10.09x + 2.39R²= 0.12

y = -9.41x + 2.27R²= 0.25

0

1

2

3

4

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20

log

Bio

mas

s(g

m-1)

Tropical Temperate

y = -6.54Ln(x) - 4.85R² = 0.52

y = -7.93Ln(x) -13.36R² = 0.62

0

5

10

15

20

25

30

Spec

ies

richn

ess

Beach slope

y = -0.66Ln(x) + 1.86R²= 0.62

y = -1.33Ln(x) - 0.22R²= 0.55

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1

2

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5

6

7

8

log

Abu

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y = -10.09x + 2.39R²= 0.12

y = -9.41x + 2.27R²= 0.25

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1

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0.00 0.05 0.10 0.15 0.20

log

Bio

mas

s(g

m-1)

Tropical Temperate a

b

c

y = -6.54Ln(x) - 4.85R² = 0.52

y = -7.93Ln(x) -13.36R² = 0.62

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15

20

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30

Spec

ies

richn

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Beach slope

y = -0.66Ln(x) + 1.86R²= 0.62

y = -1.33Ln(x) - 0.22R²= 0.55

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y = -10.09x + 2.39R²= 0.12

y = -9.41x + 2.27R²= 0.25

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log

Bio

mas

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m-1)

Tropical Temperate

y = -6.54Ln(x) - 4.85R² = 0.52

y = -7.93Ln(x) -13.36R² = 0.62

0

5

10

15

20

25

30

Spec

ies

richn

ess

Beach slope

y = -0.66Ln(x) + 1.86R²= 0.62

y = -1.33Ln(x) - 0.22R²= 0.55

0

1

2

3

4

5

6

7

8

log

Abu

ndan

ce(in

dm

-1)

y = -10.09x + 2.39R²= 0.12

y = -9.41x + 2.27R²= 0.25

0

1

2

3

4

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log

Bio

mas

s(g

m-1)

Tropical Temperate a

b

c

• Riqueza de especies: mayor en trópicos y en playas disipativas

• Abundancia: mayor en playas templadas disipativas. Patrones diferentes según pendiente

• Biomasa: misma tendencia

Macroescala: latitud

Defeo & McLachlan 2013, Barboza & Defeo 2015

Defeo & McLachlan 2011, 2013Barboza & Defeo 2015

Tamaño corporal

Aumenta hacia playas reflectivas!!

Beach slope Beach index0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

y = 0.42x -1.29R2 = 0.11

f-5

-4

-3

-2

-1

0e

log

Bod

ysi

ze(g

)

y = -0.35Ln(x) – 1.08R2 = 0.09

Beach slope Beach index0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

y = 0.42x -1.29R2 = 0.11

f-5

-4

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-2

-1

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log

Bod

ysi

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)

y = -0.35Ln(x) – 1.08R2 = 0.09

y = -0.47x + 2.95R2 = 0.15

2

3

4

5

6

7

-4.6 -3.6 -2.6 -1.6 -0.6

log body mass

log

abun

danc

e

y = -0.47x + 2.95R2 = 0.15

2

3

4

5

6

7

-4.6 -3.6 -2.6 -1.6 -0.6

log body mass

log

abun

danc

eTalla diminuye hacia playas disipativas con mayor abundancia y biomasa

Competencia en playas disipativas: resultados experimentales en campo y laboratorio

Escalamiento talla – densidad

Defeo et al. 1998; Dugan et al. 2004

Riq

ueza

de

espe

cies

4

8

12

– – Larvas planctónicas - - - - Desarrollo directo

–– –– Crustáceos- - - - Poliquetosy Moluscos- - - - Insectos

Pendiente0.05 0.10 0.15

–– –– Carroñeros- - - - Filtradores–– –– Depositívoros

4

8

12

16

Pendiente0.05 0.10 0.15

Crustáceos supralitorales

1

2

3

4

0.1

0.3

0.5

0.7

– – Spp y = 4.32 + 0.91Ln(x); r² = 0.33- - Prop: y = 1.31 + 0.32Ln(x); r² = 0.67

Pro

porc

ión

Defeo & McLachlan 2011

Deconstrucción de patrones

Taxonomía Desarrollo

Alimentación

Zona

Deconstrucción: poblaciones – historia de vida – morfodinámica

Anfípodo talítridoSupralitoralDesarrollo directo

TatucitoIntermarealLarva planctónica

Abu

ndan

ce(in

d·m

-1)

Dean’s parameter Ω2 4 6

0

300

600

900

BarJI

PD

Ach

Ara

SI SM

Dean’s parameter Ω

SM

JI

Agu

Ara

SI

PD

Ach

Bar

0

2000

4000

6000

2 4 6

Abu

ndan

ce(in

d·m

-1)

Varias especies y playas muestreadas por 20 añosGómez & Defeo 2012

Respuestas no congruentes entre comunidades y

poblaciones supralitorales

Celentano et al. 2010

Water content (%)6 8 10 12 14

20

30

40

50

60

70

80

BarJI

AchAra

SM

Ovi

gero

us fe

mal

es (i

nd·m

-1)

SI

10.0

1/Slope10 15 20 25 30 35 40

Mea

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size

(mm

)

9.0

9.29.49.69.8

10.210.4

Bar

JI

Ach

Ara

SI

SM

PD

Ovi

gero

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nd·m

-1)

0

50

100

150

200

250

300

2 4 6 8 10 12Beach face slope

Juve

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s (in

d·m

-1)

Bar

JIAch

SISM

PDAra

Larg

est f

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e (m

m)

Organic matter content (%)

SM

JI

AguAra

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15

20

25

30

0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45

PD

BDI

SMJI

Agu

SI PD

Ach

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0

10

20

30

40

40 80 120 160 200Ara

Meg

alop

(ind

·m-1

)

Mean sand particle size (mm)

0

1000

2000

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6SM

Agu

SI

Ach

Ara

Bar

JI

PD

Playas reflectivas

No reproducciónNo reclutamientoTalla pequeña

Hábitats receptores

MACROESCALA - MESOESCALA: Poblaciones – historia de vida - morfodinámica

Gómez & Defeo 2012

Gómez et al. 2013 Celentano et al. 2010

Escalas múltiples: patrones – procesos – mecanismos

Macroescala - modelación Meso-microescala – Procesos – MecanismosExperimentación campo (largo plazo) y lab

Defeo & McLachlan 2005, McLachlan & Defeo 2013

Species richness

Physical control

Beach StateReflectiva Disipativa

Spe

cies

rich

ness

Es suficiente? Estamos viendo toda la película?

El impacto humano estáalterando los patrones?

Ambiente y biota amenazados por factores a múltiples escalas temporales y espaciales

Sub-representadas en estudios de cambio climático

Impactos en playas arenosas

Defeo et al 2009, Schoeman et al. 2014, Schlacher et al. 2015, McLachlan & Defeo 2018

1

Weeks

Months

Years

Decades

Centuries

Tim

e

Space (km)10 100 1000

Climate change

Beach mining

Exploitation

Coastal engineering and urban development

Pollution, nourishmentand grooming

Recreation and off-road vehicles

Plastics

EcosystemProcesses, functions

Biodiversity

Abundance/structure

Long-term policies

Governance modes and institutional

structuresGovernment-based

Co-managementDecentralized

Playas como sistemas social-ecológicos (SES)

McLachlan & Defeo 2018

Management & conservation

tools Time, space Species, sizesRestorationRecreation

UNCERTAINTYEcological, Statistical, Socio-economic, Governance

ServicesFisheries

Tourism

Protection to extreme events

Manejo de playas requiere de la integración de la ecología con factores socio-económicos e institucionales

Environment

• Playas atrapadas entre el aumento del nivel del mar y desarrollo urbano

• Reducción/pérdida de playa y dunas: retiro no es posible

• Ausencia de refugios espaciales o hábitats compensatorios para especies

El ambiente físico: compresión costera

Sea level riseCOAST

Increasing urbanization Coastal squeeze

Compresión costera: efectos socio-económicos negativos

Almejas: mortandades masivasMortandades masivas de almejas de aguas frías diezmaron poblaciones en todo el rango de

distribución en los océanos Atlántico y Pacífico:

1. SISTEMAS SOCIAL-ECOLÓGICOS críticos: pesquerías y sustento afectados

2. Estructura de la comunidad y ecosistemas drásticamente modificadas

3. Causas posibles: aumento de temperatura, blooms de algas, enfermedades

Brazil – Uruguay – Argentina

Peru - Chile

Fiori et al. 2004, Fiori & Defeo 2006, Oderbrecht et al 2009

Aumento de temperaturaAumento sistemático in SST y migración hacia los polos de la isoterma de 20ºC

Cambios en el régimen oceanográfico de un periodo frío a uno templado en

1994-1997 (Goldenberg et al. 2001, Science)

Ortega et al. 2012, Defeo et al. 2013, Schoeman et al. 2014

Temperatura superficial del mar: aumentos a largo plazo

1985

2007

Equipos multidisciplinarios: ciencia experimental y observaciones de largo plazo para evaluar cambio climático

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

19601963196619691972197519781981198419871990199319961999200220052008

Year

Abu

ndan

ce (I

nd.m

-1)

-3

-2

-1

0

1

2

3

AM

O (c

umul

ativ

e su

m)

Reg

ime

shift

Mass mortalities

Efectos del clima

Disminución de abundanciade spp con cambios en el régimen oceanográfico y aumento sistemático de la temperatura

Defeo et al. 2013, 2014, Ortega et al. 2012, 2013

Pesquería cerrada por 15 años, con efectos socio-económico negativos

Recuperación parcial

Impactos de largo plazo en poblaciones

Aumento en enfermedades y signos en el tiempoDisminución de talla, fecundidad y sobrevivencia

Aumento de SST aumenta frecuencia de enfermedades por impactos en los huéspedes y agentes patógenos

Efectos ecológicos de la variabilidad climática: tropicalización?

80

60

40

Jun ´81

20

100

Dec ´81 Jun ´82 Dec ´82 Jun ´83 Oct ´83

Freq

uenc

yby

num

ber

(%)

Donax

peruvianus

Emerita analogaOthers

Mesodesma donacium EL NIÑO

´ ´ Jun ´82 Dec ´82 Jun ´83 Oct ´83

(%)

Others

1. Biomasa de fitoplancton

2. Mareas rojas y blooms!!!

3. Estructura de la

comunidad bentónica

4. Abundancia y estructura

de poblaciones

5. Persistencia de

especies invasoras

6. Cambios en rangos de

distribución

Cambios evaluados:

Blooms

Schoeman et al., 2014

Defeo et al. 2013, 2015

0

20

40

60

80

100

1981 1986 1991 1996 2001 2006

Adu

lt ab

unda

nce

(%)

Mesodesma mactroides

Donax hanleyanus

Emerita brasiliensis

Mass mortalities

Experimentalmanagement

Evidencias adicionales de tropicalizaciónDistribution, phenology and life cycle

Cold-water species

Tropical species

Abundance

Reproductive periodRecruitment (births)Fecundity

Mortality

Individual growth ratesParasites

35 años de observaciones Defeo et al. 2013, Celentano & Defeo 2016, Ortega et al. 2016, McLachlan & Defeo 2018Schoeman et al. 2014

1000

100

10

1

0.1

0.01

0.001B

iom

ass

(t·km

-2)

Pol

ycha

eta

Gas

tropo

daIn

sect

aM

alac

ostra

caEm

erita

Don

axM

esod

esm

a

Mass mortality and climate shift

1000

100

10

1

0.1

0.01

0.001B

iom

ass

(t·km

-2)

Pol

ycha

eta

Gas

tropo

daIn

sect

aM

alac

ostra

caEm

erita

Don

axM

esod

esm

a

Mass mortality and climate shift

Efectos a nivel ecosistémico

Aumento de miembros del gremio de filtradores con afinidades tropicales

Reducción en largo de cadena: simplificación

Lercari et al. 2018

Hall 2011, Defeo & Castilla 2012, Defeo et al. 2013, 2016

Cambio climático afecta al sistema social-ecológico

Hábitat Fauna

Sociedad

Clima

Uruguay:

Aumento en SST, y frecuencia, intensidad y velocidad de vientos hacia la costa

y = 0.28x + 1.63R²= 0.44***

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

-0.4 0.1 0.6 1.1Sea surface temperature anomalies (ºC)

Win

d sp

eed

anom

alie

s (m

.s-1

) 2007

20112008

2006

1989

1990

1993

1988

y = 0.28x + 1.63R²= 0.44***

1.2

1.4

1.6

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-0.4 0.1 0.6 1.1Sea surface temperature anomalies (ºC)

Win

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) 2007

20112008

2006

1989

1990

1993

1988

Aumento de temperatura, vientos hacia costa y eventos extremos

y = 0.45x - 879.54R2 = 0.80***

10

12

14

16

18

20

22

24

1991 1995 1999 2003 2007 2011

Year

Swas

h w

idth

(m)

Ortega et al. 2013

Aumento del nivel del mar y del ancho de swash

Pérdida de hábitat intermareal, capturabilidad, días de pesca y $$$

10

12

14

16

18

20

22

24

1985 1986 1987 1990 2009 2010 2011

January

February

10

12

14

16

18

20

22

24

1985 1986 1987 1990 2009 2010 2011

January

February

Effe

ctiv

e fis

hing

day

sPercepción pescadores: días de pesca

Much less Less Normal More Much more

0

Mareas rojas

Ban

day

s

SS

T A

nom

alie

s

Cumulative sums39 años: 1980-2018

Martínez et al. 2017

Aumento en duración, frecuencia e intensidad

Más representación de spp aguas cálidas

Pesquerías cerradas

Before

After1997

Ban days

Mareas verdes y doradas

Macroalgas: aumento en frecuencia e intensidad

Pesquerías y turismo afectados

Millones de dólares en limpieza

Science, junio 2018

Sargassum

Ulva

Gobernanza: problema críticoPercepciones pescadores

Sin empleos alternativos

Problemas con importaciones de productos, mareas rojas y mortandades masivas

Defeo & Castilla 2012, Pittman & Armitage 2016, Pittman et al. 2018

Participación y co-gobernanza es esencial

GobernanzaJurisdicciones

Agencias, actores, reglas,valores, procesos, teoría, marcos de análisis

Estrategias de manejo Sistema a ser gobernadoVarios usuarios

Turismo, Pesquerías, Urbanización, ComunidadesDesafíos

Interacciones

Conservación, manejo y co-gobernanzaTalleres con usuarios

Mapeo participativo

ZonificaciónPlayas de uso mixto

McLachlan et al. 2013, Defeo 2015, Gianelli et al. 2018

Turismo

Pesca

Balance de conservación y uso sostenible de bienes y servicios

Unidad funcional de manejo ecosistémico

Unidades de co-manejo

AMP 1 No takeAMP 2 No take

Co-manejo área

de pesca 1Co-manejo zona 2

Recreación

Manejo Ecosistémico: conservación - manejo - gobernanza

Defeo 2015, Gianelli et al. 2018LEY: CO-MANEJO PESQUERO

Ciencia y divulgación

Talleres, cursos e implementación de Consejos de Pesca en sitios piloto

Folletos de buenas prácticas

Medios: TV y periódicos

Generaciones futuras y género

Educación y concientización: Charlas, difusión

Mercado y productos:Productos de calidad y slow food

Participación activa de las mujeresAltos precios unitarios

• Necesidad de balancear conservación y manejo (uso sustentable)

• Manejo integrado: equipos multidisciplinarios

• Perspectiva social-ecológica: impactos antropogénicos

• Co-gobernanza y participación: clave

• Múltiples factores estresantes actuando simultáneamente

• Clima: HOTSPOT Brasil-Uruguay-Argentina estudios conjuntos

McLachlan et al. 2013, Harris et al. 2014, 2015, Nel et al. 2014, Schlacher et al. 2014, 2015

Playas como SES: conservación y manejo