Presiones antrópicas y eutrofización en la marisma de Doñana y sus cuencas vertientes
- Autores: Irene Paredes Losada
- Directores de la Tesis: Andy J. Green (dir. tes.), Manuela González Forero (dir. tes.), Francisco Ramírez Benítez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2020
- Idioma: español
- Número de páginas: 228
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Camacho (presid.), Pedro Abellán Ródenas (secret.), Rosa María Gómez Cerezo (voc.), Alberto Maceda Veiga (voc.), Paloma Alcorlo (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Recursos Naturales y Medioambiente por la Universidad de Sevilla
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Idus
- Resumen
- español
Los humedales figuran entre los ecosistemas más complejos y productivos del mundo, son hábitats cruciales para la biodiversidad y proporcionan una amplia variedad de servicios ecosistémicos fundamentales para el bienestar humano. Sin embargo, desde mediados del siglo XX, la intensificación de la agricultura y el aumento de las aguas residuales han provocado que muchos humedales estén severamente afectados por un aumento de la contaminación y pérdida de la calidad de las aguas. La eutrofización, definida como el enriquecimiento excesivo de nutrientes en los sistemas acuáticos, es una de las causas principales de la contaminación del agua a nivel mundial y que provoca efectos negativos como la anoxia, mortalidad de peces y malos olores. En la región mediterránea, donde la combinación de las presiones humanas y el cambio climático está provocando una reducción alarmante en la disponibilidad y calidad del agua dulce, los humedales son especialmente vulnerables a los procesos de eutrofización. Doñana, situada al suroeste de España, es un conjunto icónico de humedales temporales reconocido como una de las áreas con mayor biodiversidad en Europa y la región del Mediterráneo. Sin embargo, tanto el área central protegida como Parque Nacional, Patrimonio de la Humanidad y Reserva de la Biosfera por la UNESCO, como los arroyos de las cuencas vertientes, también situados dentro de los límites de la Reserva de la Biosfera, están altamente amenazados por presiones humanas sobre la cantidad y calidad del agua. El fuerte desarrollo de la agricultura y las aguas residuales municipales pobremente tratadas son las principales causas de la pérdida de cantidad y calidad de las aguas, y del consecuente incremento progresivo de la eutrofización en este humedal a lo largo de las últimas décadas. Sin embargo, la escasa disponibilidad de datos históricos sobre la calidad de las aguas superficiales y la baja resolución espacio-temporal Resumen 2 de los mismos dificultan la posibilidad de realizar un análisis detallado del proceso de eutrofización. Además, hasta la fecha se dispone de muy poca información sobre el origen específico de los nutrientes. En este contexto, la presente Tesis contribuye a aumentar el conocimiento sobre los patrones espacio-temporales en las concentraciones de nutrientes y a identificar el posible origen de los nutrientes para abordar las causas de la eutrofización, tanto en la marisma del Parque Nacional como en los arroyos de las cuencas vertientes, mediante el análisis de concentraciones de nutrientes (nitrógeno y fósforo), clorofila-a, composiciones isotópicas del nitrógeno, oxígeno e hidrógeno en plantas acuáticas emergentes (castañuela -Bolboschoenus maritimus y espadaña -Typha domingensis) (δ15N), nitratos disueltos (δ15N, δ18O) y agua (δ2 H), y otros parámetros físico-químicos e hidrológicos del agua (ej. conductividad, profundidad de la columna de agua). Para ello, se usaron datos recogidos durante múltiples muestreos de campo entre 2013 y 2016, principalmente durante el periodo húmedo (octubre-junio) cuando la disponibilidad de agua fue mayor. Los resultados de esta Tesis muestran que, a pesar de las múltiples figuras de protección que se han ido implementado en Doñana con el objetivo de garantizar la protección de este sistema único, las actividades humanas en las cuencas vertientes se han intensificado a lo largo de las últimas décadas incrementando la presión antrópica sobre los humedales. Como ejemplo, nuestros resultados sobre la cuantificación de la evolución de cultivos bajo plástico demuestra que el área cubierta por invernaderos en las cuencas de la Rocina, los Sotos y el Partido aumentó un 487% desde 1995 hasta 2016. Esto explicaría que las concentraciones de nutrientes observadas en los arroyos sean consistentemente superiores que en la marisma. Esto no indica que en la marisma no exista un problema de eutrofización, sino que su intensidad es menor aunque no menos preocupante. El arroyo del Partido es con diferencia el que mostró los valores más altos de concentraciones de nutrientes, donde un 63% de las todas las muestras (n=91) se clasificaron dentro de las peores clases de calidad del agua según las referencias usadas en la presente Tesis. Concretamente, el Resumen 3 93% de las concentraciones de fosfatos (PO4 ) y fósforo total (TP), el 71% del nitrógeno total (TN) y el 69% de nitritos (NO2 ) superaron los niveles umbrales a partir de los cuales las condiciones no son aptas para la vida piscícola. Los arroyos en las cuencas de la Rocina y los Sotos presentaron valores más bajos que en el Partido, aun así, alrededor de un tercio de las muestras recogidas (n= 78) tampoco permitirían la vida piscícola. Las muestras recogidas en la cuenca del Guadiamar indicaron mejorar calidad del agua que los demás arroyos. Los resultados isotópicos confirmaron además que el nitrógeno en los arroyos y las entradas a la marisma tiene un origen principalmente antrópico (fertilizantes y aguas residuales urbanas), mientras que en el interior la marisma parece tener un origen más natural, proveniente del propio ecosistema, aunque sería necesario un estudio más detallado para confirmarlo. Además, los resultados isotópicos de N y O sugieren que la desnitrificación parece ser un proceso predominante en los puntos de arroyos y lagunas muestreados. Esto indicaría por un lado, que existe un mecanismo importante de atenuación natural de la eutrofización en el sistema, y por otro lado, que la cantidad de nitratos derivados de la contaminación difusa y puntual en la cuenca podría estar subestimada. Desde un punto de vista de la gestión, la presente Tesis arroja luz al problema de la eutrofización en Doñana desde una perspectiva amplia, integrando en un mismo estudio información espacio-temporal de la marisma del Parque Nacional y los arroyos vertientes, y abordando por primera vez la caracterización de las distintas fuentes de contaminación por nutrientes mediante las aproximaciones isotópicas. Esto último es esencial a la hora de determinar las actuaciones prioritarias que ayuden a reducir el exceso de nutrientes que reciben los ecosistemas acuáticos. Las actuaciones más relevantes podrían variar en función de si se determina que las fuentes de nutrientes principales provienen, por ejemplo, de la agricultura o las aguas residuales. Es necesario que trabajos científicos como esta Tesis sean tenidos en cuenta a la hora de elaborar medidas adecuadas para frenar el problema de la eutrofización, y de la calidad de las aguas en general, en Doñana y su entorno.
- English
Wetlands are among the world’s most complex and productive ecosystems, are crucial habitats for biodiversity, and provide a wide range of ecosystem services essential to human well-being. However, since the middle of the 20th century, intensification of agriculture and increased urban wastewater inputs have severely impacted many wetlands by increased pollution and loss of water quality. Eutrophication, defined as the excessive enrichment of nutrients in aquatic systems, is one of the major causes of water pollution globally, resulting in negative effects such as anoxia, fish mortality and bad odours. In the Mediterranean region, where the combination of human pressures and climate change is causing an alarming reduction in the availability and quality of freshwaters, wetlands are particularly vulnerable to eutrophication processes. Doñana, located in southwest Spain, is an iconic temporary wetland complex recognized as one of the most biodiverse areas in Europe and the Mediterranean region. However, water quantity and quality in both the central area (protected as a National Park, and UNESCO World Heritage Site) and the watershed streams (located within the boundaries of the UNESCO Biosphere Reserve), are highly threatened by human pressures. The intense development of agriculture and poorly treated municipal wastewater are among the main causes behind the increase of eutrophication in this wetland over the last few decades. However, the limited availability of historical data on surface water quality and the low spatial-temporal resolution of these data make it difficult to carry out a detailed analysis of the eutrophication process. In addition, very little information is available until now on the specific origin of nutrients. The present Thesis advances our knowledge about the spatial-temporal patterns in nutrient concentrations and the possible origin of the nutrients in order to address the causes of eutrophication, Abstract 5 both in the National Park marshes and in the watershed streams. This work is based on analysing concentrations of nutrients (nitrogen and phosphorus), chlorophyll-a, isotopic compositions of nitrogen, oxygen and hydrogen in emerging aquatic plants (Bolboschoenus maritimus and Typha domingensis) (δ15N), dissolved nitrates (δ15N, δ18O) and water (δ2 H), and other physico-chemical and hydrological parameters of water (e.g. conductivity, water column depth). For this purpose, we collected field samples between 2013 and 2016, mainly during the wet period (October-June) when water availability was higher. The results of this Thesis show that, despite the multiple protective status assigned to Doñana with the aim of guaranteeing the protection of this unique system, human activities in the river basins have intensified over the last few decades, with a negative impact on water quality in the wetlands. For example, we find that the area covered by greenhouses in the Rocina, Sotos and Partido basins increased by 487% from 1995 to 2016. This helps to explain why nutrient concentrations we observed in the streams were consistently higher than in the marshes. The Partido stream has by far the highest values of nutrient concentrations, where 63% of all samples (n=91) were classified within the worst water quality classes. In particular, 93% of phosphate (PO4 ) and total phosphorus (TP) concentrations, 71% of total nitrogen (TN) and 69% of nitrites (NO2 ) exceeded the threshold levels above which conditions are unsuitable for fish life. The streams in the Rocina and Sotos basins showed lower concentrations than in the Partido, yet about one third of the samples collected (n= 78) were not compatible with fish life either. Samples collected in the Guadiamar basin indicated better water quality than the other streams. Eutrophication is also occurring in the marsh but remains less intense. The isotope results also confirmed that the nitrogen in the streams and their entrances to the marshes is mainly of anthropic origin (fertilizers and urban waste water), while in the interior the marsh seems to have a more natural origin, coming from the ecosystem itself, although a more Abstract 6 detailed study would be needed to confirm this. Furthermore, the isotopic results of N and O suggest that denitrification is a predominant process in the streams and lagoons sampled. This would indicate, on the one hand, that there is an important natural attenuation mechanism of eutrophication in the system, and on the other hand, that the amount of nitrates entering from diffuse and point source pollution in the basin may be underestimated by our nitrate data. From a management point of view, the present Thesis sheds light on the problem of eutrophication in Doñana from a broad perspective, integrating in the same study spatio-temporal information of the National Park marsh and the entry streams, and addressing for the first time the characterization of the different sources of nutrient pollution through stable isotope approaches. The latter is essential when determining the priority actions that will help to reduce the excess of nutrients that the aquatic ecosystems receive. The most urgent actions depending on whether the main sources of nutrients are identified as coming from e.g. agriculture or wastewater. Scientific research such as this Thesis needs to continue to help the development of appropriate measures to curb the problem of eutrophication in the iconic Doñana wetland complex.
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