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Pradera de pastos marinos

Las praderas marinas son importantes sumideros de carbono y viveros altamente productivos para muchas especies marinas.

Una pradera de posidonia o lecho de posidonia es un ecosistema submarino formado por posidonia. Las praderas marinas son plantas marinas (de agua salada) que se encuentran en aguas costeras poco profundas y en aguas salobres de estuarios . Las praderas marinas son plantas con flores, tallos y hojas largas y verdes parecidas a las de la hierba. Producen semillas y polen y tienen raíces y rizomas que los anclan en la arena del fondo marino.

Las praderas marinas forman densas praderas submarinas que se encuentran entre los ecosistemas más productivos del mundo. Proporcionan hábitats y alimento para una diversidad de vida marina comparable a la de los arrecifes de coral . Esto incluye invertebrados como camarones y cangrejos , bacalao y peces planos , mamíferos marinos y aves. Proporcionan refugio a especies en peligro de extinción como caballitos de mar , tortugas y dugongos . Funcionan como hábitats de cría para camarones, vieiras y muchas especies de peces comerciales. Las praderas de pastos marinos brindan protección costera contra tormentas por la forma en que sus hojas absorben la energía de las olas cuando golpean la costa. Mantienen saludables las aguas costeras al absorber bacterias y nutrientes, y ralentizan la velocidad del cambio climático al secuestrar dióxido de carbono en los sedimentos del fondo del océano.

Las praderas marinas evolucionaron a partir de algas marinas que colonizaron la tierra y se convirtieron en plantas terrestres, y luego regresaron al océano hace unos 100 millones de años. Sin embargo, hoy en día las praderas marinas están siendo dañadas por actividades humanas como la contaminación por escorrentía terrestre, los barcos pesqueros que arrastran dragas o redes de arrastre por las praderas arrancando la hierba y la sobrepesca que desequilibra el ecosistema. Actualmente las praderas marinas se están destruyendo a un ritmo de unos 3 m 2 /s.

Fondo

Los pastos marinos son plantas terrestres que hicieron la transición al ambiente marino. Son las únicas plantas con flores que viven en el océano.

Las praderas marinas son plantas con flores (angiospermas) que crecen en ambientes marinos . Evolucionaron a partir de plantas terrestres que regresaron al océano hace entre 75 y 100 millones de años. [1] [2] Hoy en día ocupan el fondo del mar en aguas costeras poco profundas y protegidas, ancladas en fondos de arena o barro. [3]

Hay cuatro linajes de pastos marinos  [4] que contienen relativamente pocas especies (todas en un solo orden de monocotiledóneas ). Ocupan ambientes poco profundos en todos los continentes excepto la Antártida: [5] su distribución se extiende también hasta Alta Mar, como en la Meseta Mascareña .

Las praderas marinas están formadas por un grupo polifilético de monocotiledóneas (orden Alismatales ), que recolonizaron los ambientes marinos hace unos 80 millones de años. [4] Las praderas marinas son especies formadoras de hábitat porque son fuente de alimento y refugio para una amplia variedad de peces e invertebrados, y prestan servicios ecosistémicos relevantes . [6] [7]

Existen alrededor de 60 especies de pastos marinos totalmente marinos pertenecientes a cuatro familias ( Posidoniaceae , Zosteraceae , Hydrocharitaceae y Cymodoceaceae ), todas en el orden Alismatales (en la clase de las monocotiledóneas). [8] Los lechos o praderas de fanerógamas marinas pueden estar formados por una sola especie ( monoespecífica ) o mixtos. En las zonas templadas suelen dominar una o unas pocas especies (como la hierba marina Zostera marina en el Atlántico norte), mientras que los lechos tropicales suelen ser más diversos, con hasta trece especies registradas en Filipinas . Como todas las plantas autótrofas , las praderas marinas realizan la fotosíntesis , en la zona fótica sumergida . La mayoría de las especies se someten a polinización submarina y completan su ciclo de vida bajo el agua. [9]

Absorción de carbono y fotosíntesis en una pradera de pastos marinos. Las células especiales dentro de las praderas marinas, llamadas cloroplastos , utilizan la energía del sol para convertir el dióxido de carbono y el agua en carbohidratos (o azúcar) y oxígeno a través de la fotosíntesis. Las raíces y los rizomas de los pastos marinos absorben y almacenan nutrientes y ayudan a anclar las plantas de pastos marinos en su lugar. [10]

Las praderas de pastos marinos se encuentran a profundidades de hasta unos 50 metros (160 pies), dependiendo de la calidad del agua y la disponibilidad de luz. [11] Estas praderas marinas son hábitats altamente productivos que brindan muchos servicios ecosistémicos , incluida la protección de la costa de tormentas y grandes olas, la estabilización de sedimentos, la provisión de hábitats seguros para otras especies y el fomento de la biodiversidad , la mejora de la calidad del agua y el secuestro de carbono y nutrientes. [12] [3]

Las praderas de pastos marinos a veces reciben el nombre de praderas del mar . Son ecosistemas diversos y productivos que albergan y albergan especies de todos los filos , como peces juveniles y adultos , macroalgas y microalgas epífitas y de vida libre , moluscos , gusanos de cerdas y nematodos . Originalmente se consideró que pocas especies se alimentaban directamente de las hojas de pastos marinos (en parte debido a su bajo contenido nutricional), pero revisiones científicas y métodos de trabajo mejorados han demostrado que la herbivoría de pastos marinos es un eslabón importante en la cadena alimentaria, que alimenta a cientos de especies, incluidas las tortugas verdes. , dugongos , manatíes , peces, gansos , cisnes , erizos de mar y cangrejos . Algunas especies de peces que visitan o se alimentan de pastos marinos crían a sus crías en manglares o arrecifes de coral adyacentes . [9]

Los pastos marinos se diferencian de las algas. Mientras que las algas marinas utilizan sujetadores para fijarlas al fondo marino y transportar nutrientes internamente por difusión , las praderas marinas son plantas con flores con un rizoma y un sistema de raíces que las conectan con el fondo marino y un sistema vascular para el transporte interno. [3] [13]

Las praderas marinas son ecosistemas ricos en biodiversidad que se encuentran en todo el mundo, tanto en mares tropicales como templados. [14] Contienen redes alimentarias complejas que proporcionan subsidios tróficos a especies y hábitats mucho más allá del alcance de su distribución. [15] Dada la amplia variedad de fuentes de alimento proporcionadas por este hábitat productivo, no sorprende que las praderas marinas alberguen una gama igualmente amplia de herbívoros y depredadores. Sin embargo, a pesar de su importancia para el mantenimiento de la biodiversidad y muchos otros servicios ecosistémicos, [16] la distribución global de los pastos marinos es una fracción de lo que estuvo históricamente presente. [17] [18] Estimaciones recientes de donde existen registros indican que al menos el 20% de los pastos marinos del mundo se han perdido. [18] Las praderas marinas también proporcionan otros servicios en la zona costera, como prevenir la erosión costera, almacenar y atrapar carbono  [19] y filtrar la columna de agua. [20] [21]

Las verdaderas consecuencias a nivel de ecosistemas de tal deterioro y los beneficios que se pueden obtener a través de la restauración del hábitat no se conocen bien. Dados los costos relativamente altos por unidad de área de la restauración del hábitat marino, [22] defender dicho trabajo requiere un examen exhaustivo de los beneficios de los servicios ecosistémicos de la creación de dicho nuevo hábitat. [21]

Distribución global

Distribución global de las praderas marinas [10]

Las praderas de pastos marinos se encuentran en los mares poco profundos de las plataformas continentales de todos los continentes excepto la Antártida. Las plataformas continentales son áreas de tierra submarinas que rodean cada continente, creando áreas de aguas relativamente poco profundas conocidas como mares de plataforma. [10] Los pastos viven en áreas con sedimentos blandos que son intermareales (descubiertos diariamente por el agua de mar, a medida que la marea sube y baja) o submareales (siempre bajo el agua). Prefieren lugares protegidos, como bahías poco profundas, lagunas y estuarios (áreas protegidas donde los ríos desembocan en el mar), donde las olas son limitadas y los niveles de luz y nutrientes son altos.

Las praderas marinas pueden sobrevivir hasta profundidades máximas de unos 60 metros. Sin embargo, esto depende de la disponibilidad de luz, porque, al igual que las plantas terrestres, las praderas marinas necesitan luz solar para que se produzca la fotosíntesis . Las mareas, la acción de las olas, la claridad del agua y la baja salinidad (bajas cantidades de sal en el agua) controlan dónde pueden vivir las praderas marinas en su borde poco profundo más cercano a la costa; [23] todas estas cosas deben ser correctas para que las praderas marinas sobrevivan y crezcan. [10]

El área de pastos marinos actualmente documentada es de 177.000 km2 ( 68.000 millas cuadradas), pero se cree que subestima el área total ya que muchas áreas con grandes prados de pastos marinos no han sido documentadas en profundidad. [11] Las estimaciones más comunes son de 300.000 a 600.000 km 2 , con hasta 4.320.000 km 2 de hábitat adecuado para pastos marinos en todo el mundo. [24]

Servicios de ecosistema

Epífitas que crecen en las láminas de las hojas del pasto tortuga [25]
Mejillón abanico en una pradera de posidonia mediterránea

Las praderas marinas proporcionan a las zonas costeras importantes bienes y servicios ecosistémicos . Mejoran la calidad del agua al estabilizar los metales pesados ​​y otros contaminantes tóxicos, además de limpiar el agua del exceso de nutrientes, [26] [2] [1] y reducir los niveles de acidez en las aguas costeras. [27] [28] Además, debido a que las praderas marinas son plantas submarinas, producen cantidades significativas de oxígeno que oxigenan la columna de agua. Sus sistemas de raíces también ayudan a oxigenar el sedimento, proporcionando ambientes hospitalarios para los organismos que habitan en los sedimentos . [29] Además, la conservación de las praderas marinas contribuye a 16 de los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU . [30]

Muchas epífitas pueden crecer en las láminas de las hojas de las praderas marinas, y las algas , diatomeas y películas bacterianas pueden cubrir la superficie. Las tortugas, los peces loro herbívoros , el pez cirujano y los erizos de mar comen la hierba, mientras que las películas de la superficie de las hojas son fuente de alimento para muchos pequeños invertebrados . [25]

Carbono azul

Las praderas también representan más del 10% del almacenamiento total de carbono del océano. Por hectárea, contienen el doble de dióxido de carbono que las selvas tropicales y pueden secuestrar alrededor de 27 millones de toneladas de CO 2 al año. [31] Esta capacidad de almacenar carbono es importante ya que los niveles de carbono atmosférico continúan aumentando.

El carbono azul se refiere al dióxido de carbono eliminado de la atmósfera por los ecosistemas marinos costeros del mundo , principalmente manglares , marismas , pastos marinos y potencialmente macroalgas , a través del crecimiento de las plantas y la acumulación y entierro de materia orgánica en el sedimento. [32] [33]

Aunque las praderas marinas ocupan sólo el 0,1% del área del fondo del océano, representan entre el 10% y el 18% del total del carbono sepultado en el océano. [34] Actualmente se estima que las praderas de pastos marinos a nivel mundial almacenan hasta 19,9 Pg (petagramos o gigatones, equivalentes a mil millones de toneladas) de carbono orgánico. [34] El carbono se acumula principalmente en los sedimentos marinos , que son anóxicos y, por lo tanto, preservan continuamente el carbono orgánico en escalas de tiempo de décadas y milenios. Las altas tasas de acumulación, el bajo nivel de oxígeno, la baja conductividad de los sedimentos y las tasas de descomposición microbiana más lentas fomentan el entierro y la acumulación de carbono en estos sedimentos costeros. [11] En comparación con los hábitats terrestres que pierden reservas de carbono en forma de CO 2 durante la descomposición o por perturbaciones como incendios o deforestación, los sumideros de carbono marinos pueden retener C durante períodos de tiempo mucho más largos. Las tasas de secuestro de carbono en las praderas de pastos marinos varían según la especie, las características del sedimento y la profundidad de los hábitats, pero en promedio la tasa de entierro de carbono es de aproximadamente 140 g C m −2 año −1 . [26] [35]

Protección costera

Los pastos marinos también son ingenieros de ecosistemas , lo que significa que alteran el ecosistema que los rodea, ajustando su entorno de manera tanto física como química. [2] [1] Las largas hojas de las praderas marinas ralentizan el movimiento del agua, lo que reduce la energía de las olas y ofrece mayor protección contra la erosión costera y las marejadas ciclónicas . Muchas especies de pastos marinos producen una extensa red subterránea de raíces y rizomas que estabilizan los sedimentos y reducen la erosión costera. [36] Las praderas marinas no sólo se ven afectadas por el agua en movimiento; también afectan las corrientes, las olas y el entorno de turbulencia. [37]

Los pastos marinos ayudan a atrapar las partículas de sedimentos transportadas por las corrientes marinas. [3]

Los pastos marinos ayudan a atrapar las partículas de sedimentos transportadas por las corrientes marinas. Las hojas, que se extienden hacia la superficie del mar, frenan las corrientes de agua. La corriente más lenta no es capaz de transportar las partículas de sedimento, por lo que las partículas caen y se convierten en parte del fondo marino, acumulándose eventualmente. Cuando no hay praderas marinas, la corriente marina no tiene obstáculos y arrastra las partículas de sedimento, levantándolas y erosionando el fondo marino. [3]

Simulación de la atenuación de las olas mediante una vegetación costera casi flexible similar a las praderas marinas  [38]

Las praderas marinas previenen la erosión del fondo marino hasta el punto de que su presencia puede elevar el fondo marino. Contribuyen a la protección de las costas atrapando los restos de rocas transportados por el mar. Las praderas marinas reducen la erosión de la costa y protegen casas y ciudades tanto de la fuerza del mar como del aumento del nivel del mar provocado por el calentamiento global. Lo hacen suavizando la fuerza de las olas con sus hojas y ayudando a que los sedimentos transportados en el agua de mar se acumulen en el fondo marino. Las hojas de pastos marinos actúan como deflectores en aguas turbulentas que ralentizan el movimiento del agua y estimulan la sedimentación de partículas. Las praderas de posidonia son una de las barreras más eficaces contra la erosión, porque atrapan sedimentos entre sus hojas. [3]

Los arqueólogos han aprendido de las praderas marinas cómo proteger los sitios arqueológicos submarinos, como un sitio en Dinamarca donde se descubrieron docenas de antiguos naufragios romanos y vikingos. Los arqueólogos utilizan cubiertas similares a pastos marinos como trampas de sedimentos para acumular sedimentos que entierren los barcos. El entierro crea condiciones de bajo oxígeno y evita que la madera se pudra. [39] [3]

Enlaces a aves marinas

Vínculos hipotéticos en los mares costeros del Atlántico nororiental
(1) consumo directo de pastos marinos                    (2,3) fauna asociada a pastos marinos
(4,5) vínculos indirectos del consumo de poblaciones que se benefician de los pastos marinos  [21]

Las aves son una parte de los ecosistemas marinos que a menudo se pasa por alto; no solo son cruciales para la salud de los ecosistemas marinos, sino que sus poblaciones también se ven sustentadas por la productividad y la biodiversidad de los ecosistemas marinos y costeros. [40] [41] [42] Los vínculos de las aves con tipos de hábitat específicos, como las praderas de pastos marinos, en gran medida no se consideran, excepto en el contexto del consumo herbívoro directo por parte de las aves silvestres. [43] Esto a pesar del hecho de que tanto los procesos ascendentes como los descendentes se han considerado vías para el mantenimiento de la población de algunas aves costeras. [44] [21]

Gansos de brant del Pacífico alimentándose en Zostera marina

Dada la disminución a largo plazo de la población de muchas aves costeras y marinas, la respuesta conocida de muchas poblaciones de aves marinas a las fluctuaciones en sus presas y la necesidad de acciones restaurativas compensatorias para mejorar sus poblaciones, es necesario comprender el papel de las principales especies de aves marinas. hábitats marinos como las praderas marinas para sustentar a las aves costeras y marinas. [21]

Hábitats de cría para la pesca

Las praderas marinas proporcionan hábitats de cría para muchas especies de peces de importancia comercial. Se estima que aproximadamente la mitad de las pesquerías mundiales se inician porque se sustentan en hábitats de pastos marinos. Si se pierden los hábitats de las praderas marinas, también se pierden las pesquerías. Según un artículo de 2019 de Unsworth et al , [45] el importante papel que desempeñan las praderas marinas en el apoyo a la productividad pesquera y la seguridad alimentaria en todo el mundo no se refleja adecuadamente en las decisiones tomadas por las autoridades con responsabilidad legal para su gestión. Argumentan que: (1) Las praderas de pastos marinos proporcionan un valioso hábitat de cría para más de una quinta parte de las 25 pesquerías más grandes del mundo, incluida la abadesa , la especie más desembarcada en el planeta. (2) En las pesquerías complejas de pequeña escala de todo el mundo (pobremente representadas en las estadísticas pesqueras), hay evidencia de que muchas de las que se encuentran cerca de las praderas marinas se sustentan en gran medida en estos hábitats. (3) La actividad pesquera intermareal en las praderas marinas es un fenómeno global que a menudo apoya directamente los medios de vida humanos. Según el estudio, las praderas marinas deben reconocerse y gestionarse para mantener y maximizar su papel en la producción pesquera mundial. [45] En 2022, Jones et al  [46] demostraron que las pesquerías en pequeña escala asociadas a pastos marinos pueden proporcionar una red de seguridad para los pobres y se utilizan con más frecuencia que las pesquerías asociadas a arrecifes en todo el Indo-Pacífico. Casi la mitad de las personas entrevistadas en el estudio preferían pescar en pastos marinos, ya que su función como hábitat de cría podría dar lugar a capturas de peces grandes y fiables. [46]

Recogiendo una pradera de pastos marinos  [47]

En los océanos, la espiga se puede definir como pescar con equipo básico, incluidas las manos desnudas, en aguas poco profundas a una profundidad no mayor a la que uno puede soportar. [48] ​​La pesca de invertebrados (andantes) es común en las praderas de pastos marinos intermareales a nivel mundial, lo que contribuye al suministro de alimentos de cientos de millones de personas, pero la comprensión de estas pesquerías y sus impulsores ecológicos es extremadamente limitada. Un estudio de 2019 realizado por Nessa et al. analizó estas pesquerías utilizando un enfoque social y ecológico combinado. Las capturas estuvieron dominadas por bivalvos , erizos de mar y gasterópodos . La captura por unidad de esfuerzo (CPUE) en todos los sitios varió de 0,05 a 3 kg por espigador por hora, siendo la mayoría de los pescadores mujeres y niños. Los desembarcos fueron de gran importancia para el suministro de alimentos y los medios de vida locales en todos los sitios. El conocimiento ecológico local sugiere que las praderas marinas están disminuyendo en consonancia con otras tendencias regionales. El aumento de la densidad de pastos marinos se correlacionó significativa y positivamente con la CPUE de la recolección de invertebrados, lo que resalta la importancia de conservar estos hábitats amenazados. [47]

Galería de hábitats de especies.

Otros servicios

Históricamente, las praderas marinas se recolectaban como fertilizante para suelos arenosos. Este fue un uso importante en la Laguna de Aveiro , Portugal , donde las plantas recolectadas se conocían como moliço . A principios del siglo XX, en Francia y, en menor medida, en las Islas del Canal , las hierbas marinas secas se utilizaban como relleno de colchones ( paillasse ); estos colchones eran muy demandados por las fuerzas francesas durante la Primera Guerra Mundial . También se utilizó para vendajes y otros fines.

En febrero de 2017, los investigadores descubrieron que las praderas marinas pueden eliminar varios patógenos del agua de mar. En islas pequeñas sin instalaciones de tratamiento de aguas residuales en el centro de Indonesia, los niveles de bacterias marinas patógenas , como Enterococcus , que afectan a humanos, peces e invertebrados se redujeron en un 50 por ciento cuando había praderas de pastos marinos, en comparación con sitios emparejados sin pastos marinos, [49] aunque esto podría ser perjudicial para su supervivencia. [50]

Ecología del movimiento

Cinco tipos de capacidad de movimiento de las praderas marinas.
Tres influenciados por vectores abióticos, uno por vectores bióticos
y el último por crecimiento clonal  [51]

Comprender la ecología del movimiento de los pastos marinos proporciona una manera de evaluar la capacidad de las poblaciones para recuperarse de los impactos asociados con las presiones existentes y futuras. Estos incluyen la (re)colonización de paisajes alterados o fragmentados y los movimientos asociados con el cambio climático. [51]

El ambiente marino actúa como un vector de dispersión abiótico y sus propiedades físicas influyen significativamente en el movimiento, presentando desafíos y oportunidades que difieren de los ambientes terrestres. Las velocidades de flujo típicas en el océano son de alrededor de 0,1 ms −1 , generalmente uno o dos órdenes de magnitud más débiles que los flujos atmosféricos típicos (1 a 10 ms −1 ), que pueden limitar la dispersión. [52] Sin embargo, como la densidad del agua de mar es aproximadamente 1000 veces mayor que la del aire, el impulso de una masa de agua en movimiento a la misma velocidad es tres órdenes de magnitud mayor que en el aire. Por lo tanto, las fuerzas de arrastre que actúan sobre los individuos (proporcionales a la densidad) también son tres órdenes de magnitud mayores, lo que permite movilizar propágulos de tamaño relativamente mayor. Pero lo más importante es que las fuerzas de flotación (proporcionales a la diferencia de densidad entre el agua de mar y el propágulo) reducen significativamente el peso efectivo de los propágulos sumergidos. [53] Dentro de las praderas marinas, los propágulos pueden asentarse débilmente (flotabilidad negativa), permanecer efectivamente suspendidos en el interior de la columna de agua (flotabilidad neutra) o flotar en la superficie (flotabilidad positiva). [54] [51]

Con flotabilidad positiva (por ejemplo, fruta flotante), las corrientes de la superficie del océano mueven libremente los propágulos y las distancias de dispersión solo están limitadas por el tiempo de viabilidad de la fruta, [55] [56], lo que lleva a eventos de dispersión únicos excepcionalmente largos (más de 100 km). [57] lo cual es raro para el movimiento abiótico pasivo de frutos y semillas terrestres. [58] [51]

Existe una variedad de vectores de dispersión biótica de los pastos marinos, ya que se alimentan o viven en su hábitat. Entre ellos se incluyen dugongos, manatíes, tortugas, aves acuáticas, peces e invertebrados. [59] [60] [61] [62] Cada vector biótico tiene su propio estado interno, capacidad de movimiento, capacidad de navegación y factores externos que influyen en su movimiento. Estos interactúan con la ecología del movimiento de la planta para determinar la ruta de movimiento final de la planta. [63] [64] [51]

Por ejemplo, si un ave acuática se alimenta de pasto marino que contiene frutos con semillas que son viables después de la defecación, entonces el ave tiene el potencial de transportar las semillas de una zona de alimentación a otra. Por lo tanto, la trayectoria de movimiento del pájaro determina la trayectoria de movimiento potencial de la semilla. Rasgos particulares del animal, como su tiempo de paso digestivo, influyen directamente en el recorrido de movimiento de la planta. [51]

Biogeoquímica

Por qué las praderas marinas están ampliamente distribuidas en aguas tropicales oligotróficas
Tiene que ver con cómo las praderas marinas tropicales movilizan fósforo y hierro. Las praderas marinas tropicales tienen limitaciones de nutrientes debido a la fuerte capacidad de fijación de fósforo de los sedimentos ricos en carbonatos, pero forman praderas multiespecies densamente vegetadas en aguas tropicales oligotróficas . Las praderas marinas tropicales son capaces de movilizar los nutrientes esenciales hierro y fósforo en su rizosfera a través de múltiples vías biogeoquímicas. Pueden movilizar fósforo y hierro dentro de su rizosfera mediante la acidificación local inducida por las plantas, lo que lleva a la disolución de carbonatos y la liberación de fosfato, y mediante la estimulación local de la producción microbiana de sulfuro. Estos mecanismos tienen un vínculo directo con la pérdida radial de oxígeno derivada de los pastos marinos y la secreción de carbono orgánico disuelto desde el tejido subterráneo hacia la rizosfera. Esta demostración de la movilización de fósforo y hierro rizosférico derivada de los pastos marinos explica por qué los pastos marinos están ampliamente distribuidos en aguas tropicales oligotróficas. [sesenta y cinco]

Los principales nutrientes que determinan el crecimiento de los pastos marinos son el carbono (C), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y la luz para la fotosíntesis. El nitrógeno y el fósforo se pueden adquirir del agua de los poros de los sedimentos o de la columna de agua, y los pastos marinos pueden absorber N tanto en forma de amonio (NH 4+ ) como de nitrato (NO 3- ). [66]

Varios estudios de todo el mundo han encontrado que existe una amplia gama en las concentraciones de C, N y P en los pastos marinos dependiendo de sus especies y factores ambientales. Por ejemplo, las plantas recolectadas en ambientes ricos en nutrientes tenían proporciones C:N y C:P más bajas que las plantas recolectadas en ambientes bajos en nutrientes. La estequiometría de los pastos marinos no sigue el índice de Redfield comúnmente utilizado como indicador de la disponibilidad de nutrientes para el crecimiento del fitoplancton. De hecho, varios estudios de todo el mundo han encontrado que la proporción de C:N:P en los pastos marinos puede variar significativamente dependiendo de su especie, disponibilidad de nutrientes u otros factores ambientales. Dependiendo de las condiciones ambientales, los pastos marinos pueden estar limitados por P o por N. [67]

Un estudio inicial de estequiometría de pastos marinos sugirió que la proporción equilibrada de Redfield entre N y P para los pastos marinos es de aproximadamente 30:1. [68] Sin embargo, las concentraciones de N y P no están estrictamente correlacionadas, lo que sugiere que los pastos marinos pueden adaptar su absorción de nutrientes en función de lo que está disponible en el medio ambiente. Por ejemplo, las praderas marinas fertilizadas con excrementos de aves han mostrado una mayor proporción de fosfato que las praderas no fertilizadas. Alternativamente, los pastos marinos en ambientes con tasas de carga más altas y diagénesis de materia orgánica suministran más P, lo que lleva a una limitación de N. La disponibilidad de P en Thalassia testudinum es el nutriente limitante. La distribución de nutrientes en Thalassia testudinum varía de 29,4 a 43,3% C, 0,88-3,96% N y 0,048-0,243% P. Esto equivale a una proporción media de 24,6 C:N, 937,4 C:P y 40,2 N:P. Esta información también se puede utilizar para caracterizar la disponibilidad de nutrientes de una bahía u otro cuerpo de agua (que es difícil de medir directamente) mediante el muestreo de las praderas marinas que viven allí. [69]

La disponibilidad de luz es otro factor que puede afectar la estequiometría de nutrientes de los pastos marinos. La limitación de nutrientes sólo puede ocurrir cuando la energía fotosintética hace que los pastos crezcan más rápido que la entrada de nuevos nutrientes. Por ejemplo, los entornos con poca luz tienden a tener una relación C:N más baja. [69] Alternativamente, los ambientes con alto contenido de N pueden tener un efecto negativo indirecto en el crecimiento de pastos marinos al promover el crecimiento de algas que reducen la cantidad total de luz disponible. [70]

La variabilidad de nutrientes en los pastos marinos puede tener implicaciones potenciales para la gestión de aguas residuales en ambientes costeros. Grandes cantidades de descarga de nitrógeno antropogénico podrían causar eutrofización en ambientes previamente limitados en N, lo que llevaría a condiciones hipóxicas en las praderas de pastos marinos y afectaría la capacidad de carga de ese ecosistema. [69]

Un estudio de la deposición anual de C, N y P de las praderas de posidonia oceanica en el noreste de España encontró que la pradera secuestraba 198 g C m −2 año −1 , 13,4 g N m −2 año −1 y 2,01 g P m −2 años −1 en el sedimento. La remineralización posterior del carbono de los sedimentos debido a la respiración devolvió aproximadamente el 8% del carbono secuestrado, o 15,6 g C m −2 año −1 . [71]

Amenazas

Las praderas marinas están en declive a nivel mundial, con una pérdida de unos 30.000 km 2 (12.000 millas cuadradas) durante las últimas décadas. La pérdida de pastos marinos se ha acelerado en las últimas décadas, del 0,9% anual antes de 1940 al 7% anual en 1990. [72]

Las perturbaciones naturales, como el pastoreo , las tormentas , la erosión del hielo y la desecación , son una parte inherente de la dinámica de los ecosistemas de pastos marinos . Las praderas marinas muestran un alto grado de plasticidad fenotípica , adaptándose rápidamente a las condiciones ambientales cambiantes. Las actividades humanas, por el contrario, han causado importantes perturbaciones y son responsables de la mayoría de las pérdidas.

Las praderas marinas pueden resultar dañadas por la destrucción mecánica directa del hábitat mediante métodos de pesca que dependen de pesadas redes que se arrastran por el fondo del mar, poniendo en grave riesgo este importante ecosistema. [3] Cuando los humanos conducen embarcaciones a motor sobre áreas de pastos marinos poco profundos, la pala de la hélice también puede dañar los pastos marinos.

Los hábitats de las praderas marinas están amenazados por la eutrofización costera , que es causada por un aporte excesivo de nutrientes ( nitrógeno , fósforo ). Ese aporte excesivo es directamente tóxico para las praderas marinas, pero lo más importante es que estimula el crecimiento de macro y microalgas epífitas y flotantes . Conocidas como especies molestas, las macroalgas crecen en formas filamentosas y en forma de láminas y forman gruesas esteras sueltas sobre las praderas marinas, presentándose como epífitas en las hojas de las praderas marinas. La eutrofización conduce a la formación de floraciones de algas , lo que provoca la atenuación de la luz en la columna de agua, lo que eventualmente conduce a condiciones anóxicas para las praderas marinas y los organismos que viven dentro o alrededor de las plantas. Además del bloqueo directo de la luz a la planta, las macroalgas bentónicas tienen un bajo contenido de carbono/nitrógeno, lo que hace que su descomposición estimule la actividad bacteriana, lo que lleva a la resuspensión de los sedimentos, un aumento de la turbidez del agua y una mayor atenuación de la luz. [73] [74] Cuando los pastos marinos no reciben suficiente luz solar , se reduce la fotosíntesis que nutre los pastos marinos y los resultados de producción primaria , y luego las hojas en descomposición de los pastos marinos y las algas alimentan aún más la proliferación de algas, lo que resulta en un circuito de retroalimentación positiva . Esto puede provocar la disminución y erradicación de las praderas marinas ante el predominio de algas.

La evidencia acumulada también sugiere que la sobrepesca de los principales depredadores (grandes peces depredadores) podría aumentar indirectamente el crecimiento de algas al reducir el control del pastoreo realizado por mesograzadores , como crustáceos y gasterópodos , a través de una cascada trófica .

El aumento de la temperatura del agua de mar, [11] el aumento de la sedimentación y el desarrollo costero también han tenido un impacto significativo en la disminución de las praderas marinas. [26]

Los métodos más utilizados para proteger y restaurar las praderas de pastos marinos incluyen la reducción de nutrientes y la contaminación , las áreas marinas protegidas y la restauración mediante trasplante de pastos marinos . No se considera que las praderas marinas sean resistentes a los impactos de futuros cambios ambientales. [75]

Desoxigenación del océano

A nivel mundial, las praderas marinas han ido disminuyendo rápidamente. La hipoxia que conduce a la eutrofización causada por la desoxigenación de los océanos es uno de los principales factores subyacentes de estas mortandades. La eutrofización provoca un mayor enriquecimiento de nutrientes que puede resultar en la productividad de los pastos marinos, pero con un enriquecimiento continuo de nutrientes en las praderas de pastos marinos, puede causar un crecimiento excesivo de microalgas , epífitas y fitoplancton, lo que resulta en condiciones hipóxicas. [76]

Las praderas marinas son a la vez una fuente y un sumidero de oxígeno en la columna de agua y los sedimentos circundantes. Por la noche, la presión de oxígeno de la parte interna de las praderas marinas está relacionada linealmente con la concentración de oxígeno en la columna de agua, por lo que las concentraciones bajas de oxígeno en la columna de agua a menudo resultan en tejidos hipóxicos de las praderas marinas, que eventualmente pueden matar las praderas marinas. Normalmente, los sedimentos de pastos marinos deben suministrar oxígeno al tejido subterráneo mediante la fotosíntesis o mediante la difusión de oxígeno desde la columna de agua a través de las hojas hasta los rizomas y las raíces. Sin embargo, con el cambio en los equilibrios de oxígeno de las praderas marinas, a menudo puede resultar en tejidos hipóxicos de las praderas marinas. Los pastos marinos expuestos a esta columna de agua hipóxica muestran un aumento de la respiración, tasas reducidas de fotosíntesis, hojas más pequeñas y un número reducido de hojas por brote. Esto provoca un suministro insuficiente de oxígeno a los tejidos subterráneos para la respiración aeróbica, por lo que las praderas marinas deben depender de la respiración anaeróbica menos eficiente . La extinción de pastos marinos crea un circuito de retroalimentación positiva en el que los eventos de mortalidad causan más muertes a medida que se crean mayores demandas de oxígeno cuando el material vegetal muerto se descompone. [76]

Debido a que la hipoxia aumenta la invasión de sulfuros en los pastos marinos, esto afecta negativamente a los pastos marinos a través de la fotosíntesis, el metabolismo y el crecimiento. Generalmente, las praderas marinas pueden combatir los sulfuros suministrando suficiente oxígeno a las raíces. Sin embargo, la desoxigenación hace que las praderas marinas no puedan suministrar este oxígeno, lo que las mata. [76] La desoxigenación reduce la diversidad de organismos que habitan en los lechos de pastos marinos al eliminar especies que no pueden tolerar las condiciones de bajo oxígeno. Indirectamente, la pérdida y degradación de las praderas marinas amenaza a numerosas especies que dependen de ellas para refugiarse o alimentarse. La pérdida de pastos marinos también afecta las características físicas y la resiliencia de los ecosistemas de pastos marinos. Los lechos de pastos marinos proporcionan zonas de cría y hábitat para muchos peces y mariscos recolectados con fines comerciales, recreativos y de subsistencia. En muchas regiones tropicales, la población local depende de la pesca asociada a las praderas marinas como fuente de alimento e ingresos. [76]

Prados en disminución

El almacenamiento de carbono es un servicio ecosistémico esencial a medida que avanzamos hacia un período de niveles elevados de carbono atmosférico. Sin embargo, algunos modelos de cambio climático sugieren que algunas praderas marinas se extinguirán: se espera que la Posidonia oceanica se extinga, o casi, para 2050. [77]

El sitio declarado Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO alrededor de las islas Baleares de Mallorca y Formentera incluye alrededor de 55.000 hectáreas (140.000 acres) de Posidonia oceánica , que tiene importancia mundial debido a la cantidad de dióxido de carbono que absorbe. Sin embargo, las praderas se ven amenazadas por el aumento de las temperaturas, que ralentiza su crecimiento, así como por los daños causados ​​por los anclajes . [78]

Restauracion

Usando propágulos

Historia de vida de los principales taxones formadores de hábitat en las praderas marinas.

Los propágulos de pastos marinos son materiales que ayudan a propagar los pastos marinos. Las praderas marinas polinizan por hidrofilia , es decir, dispersándose en el agua. Los propágulos producidos sexual y asexualmente son importantes para esta dispersión . [79]

Las especies de los géneros Amphibolis y Thalassodendron producen plántulas vivíparas . [80] La mayoría de los demás producen semillas, aunque sus características varían ampliamente; [81] algunas especies producen semillas o frutos que flotan positivamente y tienen potencial para dispersión a larga distancia (p. ej., Enhalus , Posidonia y Thalassia ). Otros producen semillas que flotan negativamente y tienen un potencial de dispersión limitado (por ejemplo, Zostera y Halophila ). [56] [81] aunque la dispersión a larga distancia todavía puede ocurrir mediante el transporte de fragmentos desprendidos que llevan espatas (hojas modificadas que encierran el racimo de flores); por ejemplo, Zostera spp. [82] Casi todas las especies también son capaces de reproducción asexual a través del alargamiento  del rizoma [83] o la producción de fragmentos asexuales (p. ej., fragmentos de rizoma, plántulas pseudovivíparas ). [84] [85] Los propágulos derivados sexualmente de algunas especies carecen de la capacidad de permanecer inactivos (por ejemplo, Amphibolis y Posidonia), mientras que otros pueden permanecer inactivos durante largos períodos. [86] [87] Estas diferencias en la biología y ecología de los propágulos influyen fuertemente en los patrones de reclutamiento y dispersión, y en la forma en que se pueden utilizar eficazmente en la restauración. [79]

La restauración de pastos marinos ha implicado principalmente el uso de material asexual (p. ej., esquejes, fragmentos de rizoma o núcleos) recolectado de praderas donantes. Relativamente pocos esfuerzos de restauración de pastos marinos han utilizado propágulos de origen sexual. [88] [89] El uso poco frecuente de propágulos de origen sexual se debe probablemente en parte a la variabilidad temporal y espacial de la disponibilidad de semillas, [90] así como a la percepción de que las tasas de supervivencia de semillas y plántulas son bajas. [91] [92] Aunque las tasas de supervivencia suelen ser bajas, revisiones recientes de investigaciones basadas en semillas destacan que esto probablemente se debe al conocimiento limitado sobre la disponibilidad y recolección de semillas de calidad, las habilidades en el manejo y entrega de semillas y la idoneidad de los sitios de restauración. [88] [89] [83] [79]

Los métodos para recolectar y preparar propágulos varían según sus características y típicamente aprovechan sus mecanismos naturales de dispersión. Por ejemplo, para taxones vivíparos como Amphibolis, las plántulas recientemente desprendidas se pueden recolectar colocando material fibroso y pesado, como bolsas de arpillera rellenas de arena, a las que se adhieren las estructuras de agarre de las plántulas a medida que pasan. De esta forma se pueden capturar miles de plántulas en menos de un metro cuadrado. [93] Por lo general, los sacos de arena se colocan en lugares donde se requiere restauración y no se recogen ni se vuelven a desplegar en otros lugares. [79]

Para las especies que tienen semillas contenidas dentro de espatas (p. ej., Zostera spp.), éstas se pueden recolectar utilizando buzos o cosechadoras mecánicas. [94] En la Bahía de Chesapeake se han recolectado varios millones de semillas de Zostera marina cada año durante la temporada reproductiva máxima utilizando una cosechadora mecánica. [94] Las semillas se extraen de las espatas después de la cosecha, pero los métodos de extracción y entrega varían. Por ejemplo, algunos métodos implican mantener las espatas dentro de grandes tanques de almacenamiento donde eventualmente se abren y liberan las semillas (que flotan negativamente), que luego se recolectan del fondo del tanque. [94] Luego, las semillas se colocan en un canal para determinar su calidad en función de la velocidad de sedimentación, después de lo cual se esparcen a mano desde embarcaciones sobre los hábitats receptores. [94] Alternativamente, utilizando boyas ancladas en el lugar, las espatas de Z. marina se pueden suspender sobre los sitios de restauración en bolsas de malla; las espatas liberan y entregan las semillas al fondo marino. [95] [79]

Para las especies que liberan semillas de frutos que flotan ( Posidonia spp., Halophila spp.), los frutos se pueden desprender de la planta madre agitándolos; luego flotan hacia la superficie donde son recogidos en redes. [96] [97] Luego, las semillas se extraen de la fruta mediante aireación vigorosa y movimiento de agua desde bombas a temperaturas estables (25 °C) dentro de los tanques. Las semillas que flotan negativamente se recogen del fondo del tanque y se esparcen manualmente sobre los hábitats receptores. Se han probado otros métodos con éxito limitado, incluida la plantación directa de semillas a mano, la inyección de semillas mediante maquinaria o la plantación y despliegue dentro de sacos de arena de arpillera. [79]

La restauración utilizando propágulos de pastos marinos ha demostrado hasta ahora resultados bajos y variables, con más del 90% de los propágulos que no logran sobrevivir. [98] [99] [93] Para que los propágulos se incorporen con éxito en los programas de restauración de pastos marinos, será necesario reducir el desperdicio de propágulos (que incluye la mortalidad, pero también la falta de germinación o dispersión fuera del sitio de restauración), para facilitar mayores tasas de germinación y supervivencia. Una barrera importante para el uso eficaz de semillas en la restauración de pastos marinos es el conocimiento sobre la calidad de las semillas. La calidad de la semilla incluye aspectos tales como viabilidad, tamaño (que puede conferir reservas de energía disponibles para el crecimiento y establecimiento inicial), daño a la cubierta de la semilla o a la plántula, infección bacteriana, diversidad genética y ecotipo (que puede influir en la capacidad de la semilla para responder a la restauración). ambiente). [79] Sin embargo, la diversidad de propágulos y especies utilizadas en la restauración está aumentando y la comprensión de la biología y ecología de las semillas de pastos marinos está avanzando. [93] [97] [100] Para mejorar las posibilidades de establecimiento de propágulos, se necesita una mejor comprensión de los pasos que preceden a la entrega de semillas a los sitios de restauración, incluida la calidad de las semillas, [87] así como de las barreras ambientales y sociales que influyen en la supervivencia y crecimiento. [79]

Otros esfuerzos

En varios lugares, las comunidades están intentando restaurar lechos de pastos marinos que se perdieron debido a la acción humana, incluidos los estados estadounidenses de Virginia, [101] Florida [102] y Hawaii, [103] así como el Reino Unido. [104] Se ha demostrado que tales reintroducciones mejoran los servicios ecosistémicos. [105]

El Dr. Fred Short de la Universidad de New Hampshire desarrolló una metodología de trasplante especializada conocida como "Transplanting Eelgrass Remotely with Frames" (TERF). Este método implica el uso de grupos de plantas que se atan temporalmente con papel crepé degradable a un marco pesado de malla de alambre. Save The Bay ya ha probado el método. [106]

En 2001, Steve Granger, de la Escuela de Oceanografía de la Universidad de Rhode Island, utilizó un trineo tirado por un barco que puede depositar semillas debajo de la superficie del sedimento. Junto con su colega Mike Traber (quien desarrolló una matriz de gelatina Knox para encerrar las semillas), realizaron una siembra de prueba en la Bahía de Narragansett. Pudieron plantar un área de 400 m 2 (480 yardas cuadradas) en menos de dos horas. [106]

A partir de 2019, el Centro de Investigación de Ecosistemas Marinos Costeros de la Universidad Central de Queensland ha estado cultivando pastos marinos durante seis años y ha estado produciendo semillas de pastos marinos. Han estado realizando pruebas en técnicas de germinación y siembra. [107]

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