Moroccan Seagrass Ecosystems: Multi-proxy Analysis and Conservation Implications

Abstract

Seagrasses are valuable ecosystem service providers playing a major role in the structure and functioning of costal and marine environments. They support fisheries production, aquatic biodiversity refuge, climate change mitigation, erosion limitation, water oxygenation, and nutrient and pollutants load moderation. Yet, their accelerating loss rates due to direct and indirect human activities suggest a global crisis compromising the bundle of their vital benefits. There is strong incentive within the conservation movement to flatten the curve of seagrass decline and protect this keystone component of coastal environments throughout the world. Primary challenges for seagrass conservation consist in informing on their status and increase recognition of their importance. Although understanding of the functioning of seagrass ecosystems, their services and the way they respond to stressors has improved over the last years, they are unknown and underappreciated in Morocco with an overlooked status within the conservation plans. The present thesis global objective was, (i) to investigate the potential use of Zostera noltei Hornemann and Cymodocea nodosa (Ucria) Ascherson in the Moroccan costal monitoring programs of trace element contamination, and (ii) to provide the first in-depth characterization of C. nodosa at Al Hoceima National Park and Zostera marina Linnaeus at Jbel Moussa with an insight into proactive measures for seagrass management and conservation. The assessment of Z. noltei seagrass leaves accumulation capacity of 23 trace elements along the Atlantic latitudinal climatic gradient (Moulay Bousselham lagoon, Sidi Moussa lagoon, Oualidia lagoon, Khnifiss lagoon and Dakhla bay) revealed that Z. noltei leaves are a useful bioindicator of Cd, Mo, Sb, Ag, Zn, U, Al, Fe, Mn, Ba and Hg contamination in sediments. From Marchica lagoon, the only lagoon on the Mediterranean coast, C. nodosa leaves and roots performed equally as good bioindicators of Cu and Cd in sediment whereas leaves are considered as the best bioindicator for Zn contamination and roots for Pb load. The structural development and the population dynamics of C. nodosa in Al Hoceima National Park detected a net regression of the meadows that were at the last rang values of growth parameters recorded elsewhere. At Jbel Moussa, the status of the deepest Z. marina meadows in the Mediterranean (lower limit at -17 m in depth with patches extending up to -20 m), shifted over only four years, from the good physiological, morphological and biochemical state to a dramatically total destruction by the combined effect of warming, trawling, and invasion by Rugulopteryx okamurae (E.Y. Dawson) I.K. Hwang, W.J. Lee and H.S. Kim. This habitat change induced a significant extinction of soft bottom amphipods communities up to 70% of the total variation. The present work provide a proof of evidence of seagrass meadows fundamental role in supporting the costal environment health, and strengthen their widespread degradation and loss. It represents an essential synthesis to create awareness among the national managers, policymakers and the public about the importance of seagrasses to include them in the conservation agenda and management plans before that they disappear without even to be reported in our coast.

Les herbiers à phanérogames marine procurent de précieux services écosystémiques et jouent un rôle clé dans la structuration et le fonctionnement des environnements côtiers et marins. Ils soutiennent la production halieutique ainsi que l'atténuation du changement climatique, mais aussi fournissent des refuges pour la biodiversité aquatique, limitent l'érosion, participent dans l'oxygénation des eaux et aussi la modération de la charge en nutriments et en polluants. Néanmoins, leur taux de disparition accéléré, dû aux activités humaines directes et indirectes, suggère une crise globale compromettant l'ensemble de leurs bénéfices vitaux. Des efforts de conservation vigoureux sont déployés dans le monde entier afin d’infléchir la courbe du déclin et protéger cette composante cruciale de l’environnement côtier et marin. Les principaux défis pour la conservation de ces écosystèmes consistent à informer sur leur statut et à sensibiliser sur leur importance. Bien que la compréhension de leur fonctionnement, leurs services écologiques et leurs réponses aux perturbateurs soit améliorée au cours des dernières années, ils demeurent méconnus et sous-estimés au Maroc avec un statut négligé dans les plans de conservation. L'objectif global de la présente thèse était (i) d'étudier l'utilisation potentielle de Zostera noltei Hornemann et Cymodocea nodosa (Ucria) Ascherson dans les programmes de surveillance marocains de la contamination par les éléments traces, et (ii) de fournir la première caractérisation approfondie de C. nodosa au Parc National d'Al Hoceima et de Zostera marina Linnaeus à Jbel Moussa, avec un aperçu sur les mesures proactives pour leur gestion et conservation. L'évaluation de la capacité d'accumulation de 23 éléments traces par les feuilles de Z. noltei au niveau de cinq écosystèmes semi-fermés le long du gradient climatique latitudinal de l'Atlantique marocain (lagune de Moulay Bousselham, lagune de Sidi Moussa, lagune de Oualidia, lagune de Khnifiss et baie de Dakhla) a révélé que les feuilles de Z. noltei sont un bioindicateur efficace de la contamination des sédiments par Cd, Mo, Sb, Ag, Zn, U, Al, Fe, Mn, Ba et Hg. Dans la lagune de Marchica, la seule lagune de la côte méditerranéenne du Maroc, les feuilles et les racines de C. nodosa ont montré une performance similaire en tant que bioindicateurs du Cu et du Cd dans les sédiments, tandis que les feuilles sont considérées comme le meilleur bioindicateur de la contamination par le Zn et les racines pour la charge en Pb. L'étude du développement structurel et de la dynamique des populations de C. nodosa dans le Parc National d'Al Hoceima a révélé une nette régression de ces herbiers, avec des valeurs de croissance très faibles en comparaison avec d’autres régions. A Jbel Moussa, le statut des herbiers de Z. marina, les plus profonds de la Méditerranée (limite inférieure à -17 m de profondeur avec des taches s'étendant jusqu'à -20 m), a changé en seulement quatre ans, passant d'un bon état physiologique, morphologique et biochimique à une destruction totale et dramatique sous l'effet combiné du réchauffement, du chalutage et de l'invasion par Rugulopteryx okamurae (E.Y. Dawson) I.K. Hwang, W.J. Lee and H.S. Kim. Ce changement d'habitat a entraîné une extinction significative des communautés d'amphipodes allant jusqu'à 70% de la variation totale. Le présent travail confirme le rôle fondamental des herbiers marins dans le maintien du bon état de santé de l'environnement côtier et témoigne de leur vaste dégradation et disparition. Il représente une synthèse de base pour sensibiliser les gestionnaires, les décideurs politiques et le grand public à l'importance des herbiers marins afin de les intégrer dans les plans de gestion et conservation avant qu'ils ne disparaissent sans même être signalés sur nos côtes.

Las praderas de fanerógamas marinas proporcionan una gran cantidad de servicios ecosistémicos y juegan un papel clave en la estructura y funcionamiento de los ecosistemas costeros. Promueven la producción de recursos pesqueros, sirven de refugio para la biodiversidad, mitigan el cambio climático, limitan la erosión costera, contribuyen a la oxigenación del agua y a reducir los niveles de nutrientes y contaminantes. La elevada tasa de pérdida que han sufrido, directa o indirectamente causadas por actividades humanas, es indicadora de una crisis global que compromete los beneficios esenciales que ofrecen este tipo de ecosistemas. Hay una determinación dentro del movimiento conservacionista para revertir la tendencia de pérdida y proteger estos elementos clave de los ambientes costeros a lo largo del mundo. Los desafíos principales para la conservación de las praderas marinas son informar sobre su estatus de conservación y potenciar el reconocimiento de su importancia. Aunque el conocimiento del funcionamiento de estos ecosistemas, los servicios que proporcionan y la forma cómo responden a determinados estresores ha aumentado en los últimos años, aún son desconocidos y poco valorados en Marruecos, soslayando su estatus e importancia en los planes de conservación y gestión. El objetivo principal de esta tesis ha sido, (i) investigar el uso potencial de Zostera noltei Hornemann y Cymodocea nodosa (Ucria) Ascherson en los programas de monitorización costera de diversos contaminantes en Marruecos, y (ii) proporcionar la primera caracterización detallada de C. nodosa en el Parque Nacional de Alhucemas y de Zostera marina Linnaeus en la zona de Jbel Moussa, con atención a medidas proactivas para la gestión y conservación de las praderas. El análisis de la capacidad de acumulación de 23 elementos traza en las hojas de Z. noltei a lo largo de un gradiente latitudinal (laguna de Moulay Bousselham, laguna Sidi Moussa, laguna Oualidia, laguna Khnifiss y bahía de Dakhla) indicaron que las hojas de Z. noltei son bioindicadores útiles de contaminación por Cd, Mo, Sb, Ag, Zn, U, Al, Fe, Mn, Ba y Hg en sedimentos. En la laguna de Marchica, la única laguna costera de la costa mediterránea marroquí, las hojas y raíces de C. nodosa también mostraron ser buenos bioindicadores de Cu y Cd en sedimento, mientras que las hojas se consideraron mejores bioindicadores de la contaminación por Zn, y las raíces de contaminación por Pb. El desarrollo estructural y la dinámica poblacional de C. nodosa en el Parque Nacional de Alhucemas indicaron una regresión neta de las praderas estudiadas, que mostraron un crecimiento dentro del rango más bajo registrado a nivel mundial. En Jbel Moussa, el estatus de la pradera más profunda de Z. marina registrada en el Mediterráneo (límite inferior a 17 m con parches extendiéndose hasta los 20 m), varió en tan solo cuatro años desde un buen estado fisiológico, morfológico y bioquímico hasta una destrucción total debido al posible efecto combinado del calentamiento global, la pesca de arrastre y la invasión por el alga Rugulopteryx okamurae (E.Y. Dawson) I.K. Hwang, W.J. Lee y H.S. Kim. Este cambio en el hábitat provocó una extinción significativa de las comunidades de anfípodos del sedimento (hasta un 70% de variación total). El presente trabajo proporciona una evidencia del papel que juegan las praderas de fanerógamas en mantener la salud de los ecosistemas costeros y del impacto de su pérdida y degradación. Representa también una síntesis relevante para generar conciencia entre los gestores nacionales, los políticos y el público sobre la importancia de las praderas, con el objetivo de incluirlas en la agenda de conservación y en los planes de gestión antes que desaparezcan, en algunos casos sin haber sido siquiera estudiadas o detectadas.