Balance or imbalance? The interplay of hydrology and nutrient dynamics in Mediterranean coastal lagoons

Abstract

Coastal wetlands and lagoons are some of the most fluctuating and productive ecosystems in the world. As transition zones between marine and continental environments, they provide numerous ecosystem services, including the purification of water and carbon sequestration. Mediterranean coastal wetlands have a great diversity of aquatic environments, and their water permanence gradient depends on sediment type and the balance between surface and groundwater inputs. With a flooding-confinement hydrological pattern, sea storms and strong flooding increase allochthonous inputs of nutrients and organic matter and water levels, followed by periods of confinement and disconnection from the sea and without external surface input. However, recent studies have shown that groundwater can significantly contribute to the overall hydrology of these ecosystems. With increasing anthropogenic activity, significant contributions of nutrients could be entering these subterranean waters and entering coastal lagoons in a gradual, continuous manner.

Under natural conditions, the high intensity disturbances (or pulse type), such as sea storms, would affect the ecosystem intensely, and tend to result in decreasing availability of resources produced after such disturbances, resulting in the ecosystem becoming more resilient to these changes. However, low intensity disturbances of a more gradual nature (continuous type), such as nutrients entering lagoons through subterranean water flow, could affect the nutrient dynamics of these ecosystems, resulting in high productivity and availability of resources over time. It is therefore hypothesized that the community structure is not well adapted to these gradual inputs, since they do not occur naturally. The restored La Pletera salt marshes and lagoons in the Baix Ter wetlands represent Mediterranean ecosystems with a flooding-confinement hydrological pattern and significant contributions of groundwater ensures their permanency year-round. These lagoons are also under pressure from surrounding anthropological activity. Accordingly, the main goal of this thesis was to quantify the different contributions that make up the water balance of the different restored and natural lagoons in the La Pletera (both intense surface inputs and gradual subterranean inputs), and then determine the effects of gradual and intense pulse nutrient entry into the lagoons, and what influence it has on planktonic community structure and ecological functioning

Els aiguamolls i les llacunes costaneres són uns dels ecosistemes més fluctuants i productius del món. Com a zones de transició entre entorns marins i continentals, proporcionen nombrosos serveis ecosistèmics, inclosa la purificació de l'aigua i el segrest de carboni. Les zones humides costaneres mediterrànies presenten una gran diversitat d'ambients aquàtics, el gradient de temporalitat de les quals, depèn del tipus substrat i de l'equilibri entre les aportacions d'aigua superficial i subterrània. Aquestes zones humides es veuen afectades per un patró hidrològic d'inundació-confinament, on: les tempestes marines i les fortes inundacions augmenten les aportacions al·lòctones de nutrients i matèria orgànica i dels nivells d'aigua; i en els períodes de confinament, en què queden desconnectades del mar i sense aportacions superficials externes, se’n produeix la seva disminució. Tanmateix, estudis recents han demostrat que les aigües subterrànies poden contribuir significativament a la hidrologia global d'aquests ecosistemes. En aquest sentit, degut a l'augment de l'activitat antropogènica, aportacions significatives de nutrients podrien estar entrant en aquestes aigües subterrànies, així com a les llacunes costaneres, d'una manera gradual i contínua.

En condicions naturals, les pertorbacions d'alta intensitat (o de tipus pulsàtil), com les tempestes marines, afectarien intensament l'ecosistema i tendirien a provocar una disminució posterior de la disponibilitat dels recursos produïts, donant lloc a que l'ecosistema es pugui tornar més resilient a aquests canvis. D’altra banda, les pertorbacions de baixa intensitat i de caràcter més gradual (de tipus continu), com els nutrients que entren a les llacunes a través del flux d'aigua subterrània, podrien afectar la dinàmica dels nutrients d'aquests ecosistemes, donant lloc a una alta productivitat i disponibilitat de recursos a llarg termini. Per tant, es planteja la hipòtesi que l'estructura de la comunitat no està ben adaptada a aquests inputs graduals, ja que no es produeixen de manera natural. La zona humida i les llacunes de la Pletera, al Baix Ter, representen ecosistemes mediterranis amb un patró hidrològic d'inundació-confinament i importants aportacions d'aigua subterrània que n'asseguren la permanència durant tot l'any. Aquestes llacunes també estan sota la pressió de l'activitat antropològica circumdant. En conseqüència, l'objectiu principal d'aquesta tesi és el de: 1) quantificar les diferents aportacions que conformen el balanç hídric de les diferents llacunes restaurades i naturals de la Pletera (tant entrades superficials intenses com entrades graduals subterrànies); i 2) determinar els efectes de les pertorbacions graduals i pulsàtils, en l'estructura de la comunitat planctònica i el funcionament ecològic