3 years ago

Testing for thresholds of ecosystem collapse in seagrass meadows

Bayden D. Russell, Kingsley J. Griffin, Sean D. Connell, Milena Fernandes, Jonathan Y.S. Leung, Laura J. Falkenberg, Zoë A. Doubleday, Andrew D. Irving, Samuel Owen, Owen W. Burnell
Although the public desire for healthy environments is clear-cut, the science and management of ecosystem health has not been as simple. Ecological systems can be dynamic and can shift abruptly from one ecosystem state to another. Such unpredictable shifts result when ecological thresholds are crossed; that is, small cumulative increases in an environmental stressor drive a much greater change than could be predicted from linear effects, suggesting an unforeseen tipping point is crossed. In coastal waters, broad-scale seagrass loss often occurs as a sudden event associated with human-driven nutrient enrichment (eutrophication). We tested whether the response of seagrass ecosystems to coastal nutrient enrichment is subject to a threshold effect. We exposed seagrass plots to different levels of nutrient enrichment (dissolved inorganic nitrogen) for 10 months and measured net production. Seagrass response exhibited a threshold pattern when nutrient enrichment exceeded moderate levels: there was an abrupt and large shift from positive to negative net leaf production (from approximately 0.04 leaf production to 0.02 leaf loss per day). Epiphyte load also increased as nutrient enrichment increased, which may have driven the shift in leaf production. Inadvertently crossing such thresholds, as can occur through ineffective management of land-derived inputs such as wastewater and stormwater runoff along urbanized coasts, may account for the widely observed sudden loss of seagrass meadows. Identification of tipping points may improve not only adaptive-management monitoring that seeks to avoid threshold effects, but also restoration approaches in systems that have crossed them. La Búsqueda de Umbrales del Colapso Ambiental en las Praderas de Pastos Marinos Resumen Aunque el deseo público por un ambiente saludable es más que claro, la ciencia y el manejo de la salud de los ecosistemas no han sido sencillos. Los sistemas ecológicos pueden ser dinámicos y pueden cambiar súbitamente de un estado ambiental a otro. Dichos cambios impredecibles suceden cuando se cruzan los umbrales ecológicos; esto es, pequeños incrementos acumulativos de un estresante ambiental conllevan a un cambio mucho mayor del que podría pronosticarse a partir de efectos lineales, sugiriendo que se ha cruzado un momento crítico imprevisto. En las aguas costeras, la pérdida de pastos marinos a gran escala ocurre comúnmente como un evento repentino asociado con el enriquecimiento de nutrientes causado por humanos (eutrofización). Probamos si la respuesta de los ecosistemas de pastos marinos al enriquecimiento costero de nutrientes está sujeta al efecto umbral. Expusimos lotes de pastos marinos a diferentes niveles de enriquecimiento de nutrientes (nitrógeno inorgánico disuelto) durante diez meses y medimos la producción neta. La respuesta de los pastos marinos exhibió un patrón de umbral cuando el enriquecimiento de nutrientes excedió niveles moderados: hubo un cambio mayor y súbito de positivo a negativo de producción neta de hojas (de aproximadamente 0.04 de producción de hojas a 0.02 de pérdida de hojas por día). La carga de epífitas también incrementó conforme incrementó el enriquecimiento de nutrientes, lo que pudo haber conducido el cambio en la producción de hojas. Cruzar dichos umbrales de manera inadvertida, como puede ocurrir por medio del manejo inefectivo de contribuciones derivadas del suelo como las aguas negras y la escorrentía de lluvia a lo largo de las costas urbanizadas, puede representar la pérdida de praderas de pastos marinos observada ampliamente. La identificación de los momentos críticos puede mejorar no sólo el monitoreo del manejo adaptativo que busca evitar los efectos umbral, sino también las estrategias de restauración en sistemas que ya han cruzado estos umbrales.

Publisher URL: http://onlinelibrary.wiley.com/resolve/doi

DOI: 10.1111/cobi.12951

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