Morphometric seagrass thresholds for hydrodynamics and sediment capture

Abstract

Seagrass meadows are globally extensive nearshore ecosystems known as coastal engineers that provide key ecological services in coastal areas such as attenuating wave and turbulence and promoting sediment deposition. However, seagrass meadows have been threatened by natural and anthropogenic pressures, which result in physical damage to the meadow, resulting in plant loss and habitat fragmentation. Seagrass fragmentation may compromise the ecosystem services provided by the meadows, due to the transition from continuous canopies to a network of vegetated patches. Although the overall sediment input from external sources has decreased, extreme events have increased due to the climate change. Therefore, this thesis aims to understand how the morphometric parameters (plant density, patch length, plant stiffness, plant height and epiphyte colonization) influence the hydrodynamics and sediment distribution within seagrass meadows. Also, it is aimed at establishing morphometric thresholds for both hydrodynamics and sediment capture for fragmented seagrass meadows to maintain the same ecosystem services than continuous meadows do.

This PhD thesis has established thresholds on hydrodynamics and sediment capture to guarantee the ecosystem services provided by seagrass meadows. Seagrasses generate turbulent kinetic energy within the canopy and therefore attenuating the mean wave velocity of the flow, providing sheltering and refuge for all the fauna inhabiting in there. The seagrass morphometric parameters have been determined to guarantee a good quality of the ecosystem, such as provide the reduction of the suspended sediment, which will allow greater penetration of light into the canopies improving the water quality. Also, healthy canopies will enhance the sediment deposition to the seabed and the capture on the seagrass leaves, which provide a positive feedback for the canopy. Also, greater nutrient deposition to the seabed by the increase in the sediment deposition. Finally, denser seagrass meadows, larger patches or higher epiphyted canopies may capture higher amount of sediment on the leaves but the capture by each plant will be reduced. These processes together with the production of the turbulent kinetic energy will enhance the gas and light exchange, which will generate a positive feedback for the meadow development

Els prats de fanerògames marines són extensos ecosistemes costaners distribuïts globalment coneguts com a enginyers costaners. Aquests proporcionen serveis ecosistèmics claus en zones costaneres com estabilització de l’atenuació de les ones i la turbulència, així com promoure la deposició de sediment. Malgrat això, els prats de fanerògames marines es troben amenaçats per pressions naturals i antropogèniques, les quals resulten en danys físics sobre el prat provocant pèrdua de plantes i fragmentació de l’hàbitat. La fragmentació en fanerògames marines pot comprometre els serveis ecosistèmics que proporcionen, a causa de la transició de prats continus cap a una xarxa de clapes de plantes. Tot i que l’aport de sediment extern ha disminuït, el canvi climàtic ha provocat l’increment d’episodis extrems. En conseqüència, aquesta tesi té com a objectiu entendre com els paràmetres morfomètrics (densitat de plantes, llargada de la clapa de vegetació, rigidesa de la planta, alçada de la planta i la colonització d’epífits) influencien a la hidrodinàmica i la distribució de sediment en els prats de fanerògames marines. També té com a objectiu establir llindars morfomètrics per la hidrodinàmica i la distribució de sediment per tal de que els prats de fanerògames marines mantinguin els serveis ecosistèmics.

Aquesta tesi doctoral ha establert llindars hidrodinàmics i de captura de sediment per garantir els serveis ecosistèmics que aporten els prats de fanerògames marines. Les fanerògames marines generen energia cinètica turbulenta dins la vegetació i en conseqüència atenuen la velocitat de la ona del corrent, proveint refugi per la fauna que habita dins aquests prats. S’han determinat els paràmetres morfomomètrics de les fanerògames marines per tal de garantir una bona qualitat de l’ecosistema, tal com la reducció del sediment en suspensió, la qual cosa permetrà que la llum penetri més dins els prats millorant la qualitat de l’aigua. A més a més, uns prats saludables milloraran tant la deposició de sediment al fons marí com la captura d’aquest sobre les fulles de les plantes, la qual cosa provocarà un feedback positiu per la vegetació. A més d’una major deposició de nutrients al fons marí a causa de la deposició de sediment. Finalment, prats de fanerògames marines més densos, zones vegetades més grans o més epifitades poden capturar majors quantitats de sediment sobre les fulles però tenint en compte tant sols la quantitat per fulla, aquesta serà menor. El conjunt d’aquests processos juntament amb la producció d’energia cinètica turbulenta millorarà l’intercanvi de gasos i llum, el qual generarà un feedback positiu per el desenvolupament del prat