Coastal sprawl and the ecological effects of artificial structures design and substratum type on macrobenthic assemblages

Abstract

Los ecosistemas costeros proporcionan servicios ecosistémicos esenciales que contribuyen a diversas necesidades humanas y a la estabilidad del medio ambiente. Sin embargo, estos ecosistemas se ven cada vez más amenazados por la acción humana, que ha modificado más del 25% de las superficies costeras en todo el mundo, afectando la distribución de especies, la estructura de las comunidades y el funcionamiento global del ecosistema. La presente tesis se enfoca en el análisis del desarrollo costero, investigando el impacto físico y ecológico de las estructuras de defensa costeras, con una atención especial en los materiales utilizados. Se ha realizado una estimación global de la abundancia de costas artificiales y se ha examinado el impacto del tipo de sustrato en la colonización, diversidad, morfología y estructura de las poblaciones y comunidades bentónicas. Esto abarca tanto las áreas intermareales y submareales en zonas expuestas, como las estructuras flotantes en puertos deportivos, conocidas por su impacto ecológico. En estas últimas, la comparación entre sustratos se realizó dando especial relevancia a las especies exóticas y el efecto del embolsamiento de aguas dentro del puerto deportivo (cuerpos de agua muy modificados). Concluimos que el impacto de las estructuras artificiales es muy importante, abarcando casi el 20% de las costas del mundo, y se concentran en áreas geográficamente sensibles, como lagunas, estuarios, bahías, islas y regiones con alta densidad de población. Estos ecosistemas enfrentan presiones humanas elevadas, lo que exige una priorización inmediata de su protección. Además, tanto el tipo de sustrato como su rugosidad intervienen en el desarrollo de las comunidades y poblaciones, afectando factores como la estructura y diversidad de la comunidad sésil, la morfología de poblaciones de lapas, y la abundancia de especies exóticas. Aunque estos efectos pueden tener una relevancia ecológica limitada, los resultados subrayan la importancia de considerar el tipo de sustrato en la gestión sostenible de los ecosistemas costeros artificiales. En general, es complicado predecir el impacto de un tipo de estructura concreta en el momento de su construcción, dificultando el establecimiento de medidas de eco-ingeniería a nivel global. Debido a ello, los resultados de esta tesis aportan información en este campo de estudio, lo que puede ser de utilidad para futuras investigaciones y la gestión de proyectos e iniciativas de restauración ecológica y eco-ingeniería.

Coastal ecosystems provide essential services that contribute to various human needs and environmental stability. However, these ecosystems are increasingly threatened by human activities, which have altered over 25% of global coastal surfaces, impacting species distribution, community structure, and overall ecosystem functioning. This thesis focuses on analysing coastal development by investigating the physical and ecological impact of coastal defence structures, with a particular emphasis on the materials used. This includes a global estimation of the abundance of artificial shorelines and examining the impact of substratum type on benthic colonization, diversity, morphology, as well as the composition and structure of benthic populations and communities. This investigation encompasses intertidal and subtidal areas in exposed zones, as well as floating structures within marinas, which are known for being non-indigenous species hotspots and having high ecological footprint. In the latter case, a special focus is placed on exotic species and the effects of enclosed water bodies within marinas, which are considerably altered. Our findings indicate that the impact of artificial structures is highly significant, covering nearly 20% of the world's coastlines, and is concentrated in geographically sensitive areas like lagoons, estuaries, bays, islands, and regions with high population densities. These ecosystems are facing substantial human-induced pressures, necessitating their immediate prioritization for protection. Additionally, both substratum type and roughness play pivotal roles in shaping communities and populations, influencing factors such as sessile community structure, limpet population morphology, and the prevalence of exotic species. Although the ecological importance of substratum type may be relatively limited in comparison to other physicochemical, geographical, and ecological variables, our results underscore the necessity of considering substratum type in the sustainable management of artificial coastal ecosystems. In general, predicting the impact of a specific structure at the time of its construction remains a complex challenge, which complicates the establishment of global eco-engineering measures. As a result, the outcomes of this thesis provide valuable insights in this field of study, potentially serving as a resource for future research and the management of projects and initiatives aimed at ecological restoration and eco-engineering.