Evaluación del ecosistema manglar: Extensión, distribución, fragmentación, almacenaje y predicción en las costas de Ecuador

Abstract

Ecuador, un país ubicado en la costa noroeste de América del Sur, alberga una asombrosa diversidad de ecosistemas. Sin embargo, posee un bosque único considerado de mucha importancia dentro del territorio ecuatoriano: los manglares, bosques costeros que poseen su hábitat en áreas inundadas por mareas, y donde las aguas saladas se mezclan con las dulces provenientes de las desembocaduras de sus principales ríos. En Ecuador, los manglares se consideran bosques salados y humedales costeros, apareciendo desde la zona norte, en la provincia de Esmeraldas, Manabí, Santa Elena, Guayas, El Oro y culminando al oeste con el archipiélago de Galápagos, ostentando una riqueza única en diversidad por sus especies dominantes, el mangle rojo (Rhizophora mangle L.), el mangle negro (Avicennia germinans L.), y el mangle blanco (Laguncularia racemosa (L.) C.F. Gaertn), siendo vitales para la estabilidad de los ecosistemas costeros, así como también ofrecen hábitats seguros para numerosas especies de aves, peces, crustáceos y otros organismos marinos. Durante las últimas décadas, en el país los manglares han enfrentado diversos desafíos que han amenazado su integridad y supervivencia, como ha sido la expansión de la acuicultura, agricultura, urbanización no planificada, tala indiscriminada y contaminación, que han puesto en peligro la salud de estos ecosistemas vitales En la presente tesis doctoral se exploró la evolución de los manglares en Ecuador desde 1996 al 2020, enfocándose directamente en la deforestación, fragmentación, conectividad, y distribución potencial actual y futura de las principales especies que tienen mayor presencia como son el mangle rojo, negro y el blanco, recurriendo a la obtención de información espacial procedente de Global Mangrove Watch. En el tratamiento de la información se utilizaron sistemas de información geográfica, y se efectuaron análisis estadísticos basado en ciencia de datos. En el primer capítulo se estudió la fragmentación y los cambios en la conectividad del paisaje en los manglares ecuatorianos durante un período de tiempo determinado, con el fin de obtener tendencias, patrones e impactos sobre este ecosistema. Es importante saber que la fragmentación de los manglares ocurre cuando se interrumpe la continuidad del bosque debido a actividades antropogénicas, generando pérdida de biodiversidad, alteración del ciclo hidrológico, mayor vulnerabilidad a eventos extremos que conllevan la pérdida de los servicios ecosistémicos existentes. Para su análisis de hizo un estudio multitemporal (1996 al 2020), en unidades espaciales de 10 km2 y calculando seis métricas de fragmentación. Se aplicó Getis-Ord Gi* que sirvió para poder identificar y analizar los puntos calientes de conservación. Los resultados revelaron una fragmentación generalizada de los manglares en Ecuador, con diferencias geográficas entre la región insular (Galápagos), y las demás provincias ubicadas desde el norte al sur del perfil ecuatoriano, cabe mencionar que las pérdidas mínimas de manglares se identificaron en las islas Galápagos. El segundo capítulo de la tesis consistió en analizar la distribución potencial de mangle rojo (Rhizophora mangle L.), mangle negro (Avicennia germinans L.) y mangle blanco (Laguncularia racemosa (L.) C.F. Gaertn) a lo largo de la costa de Ecuador en un contexto de cambio global, definiendo el nicho ecológico idóneo para cada especie y para su reproducción, así como analizando los indicadores climáticos más importantes, como la temperatura y la precipitación. Para efectuar el estudio, se obtuvieron puntos de ocurrencias de cada especie, los cuales fueron descargados de la plataforma GBIF (Global Biodiversity Information Facility), y modelos ráster climatológicos de Worldclim. Se aplicó el paquete Biomod2 R y el modelo Random Forest, prediciendo escenarios climáticos apropiados para las especies en estudios actuales y futuras. La especie Rhizophora mangle L., presentó la distribución más alta, mientras que la especie Avicennia germinans L., fue la de menor hábitat potencial, aunque mostró un aumento mayor dentro del área de distribución potencial en escenarios futuros. En el tercer capítulo se trató de evaluar la capacidad potencial de almacenamiento de carbono del mangle rojo (Rhizophora mangle L.), el mangle negro (Avicennia germinans L.) y el mangle blanco (Laguncularia. racemosa (L.) C.F. Gaertn) a lo largo de la costa ecuatorial y proyectar los posibles impactos futuros del cambio global. Es importante resaltar los beneficios que poseen los manglares para secuestrar y almacenar grandes cantidades de carbono en el suelo y en la biomasa vegetal. Los resultados obtenidos indican que las tres principales especies de manglares que se desarrollan en el perfil costero del Ecuador poseen capacidades muy importantes para el almacenamiento de carbono, siendo las especies de manglares negros y rojos las que presentan una mayor capacidad de secuestro, mientras que el manglar blanco presentó un valor menor. Es importante tener en cuenta que el cambio climático tendrá un impacto considerable en la distribución y en la capacidad de almacenamiento del carbono para el año 2070, siendo las más afectadas dos especies de manglares (rojo y negro). Es fundamental conservar y restaurar estos valiosos ecosistemas para mitigar el cambio climático y garantizar la resiliencia de las zonas costeras ecuatorianas.

Ecuador, a country located on the northwest coast of South America, is home to an amazing diversity of ecosystems. However, it has a unique forest considered of great importance within the Ecuadorian territory: the mangroves, considered coastal forests that have their habitat in areas flooded by tides, and where saltwater mixes with fresh water from the mouths of its main rivers. In Ecuador, mangroves are considered salt forests and coastal wetlands, appearing from the northern zone that begins with the province of Esmeraldas, then Manabi, Santa Elena, Guayas, El Oro and culminating in the west with the Galapagos archipelago, boasting a unique richness in diversity for its iconic species such as the red mangrove (Rhizophora mangle L.), the black mangrove (Avicennia germinans L.), and the white mangrove (Laguncularia. racemosa (L.) C.F. Gaertn), being vital for the stability of coastal ecosystems, as well as providing safe habitats for numerous species of birds, fish, crustaceans and other marine organisms. During the last decades, mangroves in Ecuador have faced several challenges that have threatened their integrity and survival, such as the expansion of aquaculture, agriculture, unplanned urbanization, indiscriminate logging, and pollution, which have endangered the health of these vital ecosystems. In this doctoral thesis we explored the evolution of mangroves in Ecuador from 1996 to 2020, focusing directly on deforestation, fragmentation, connectivity, current and future potential distribution of the main species that have greater presence such as red, black, and white mangrove, using spatial information obtained through vector models with geometry of points and polygons from the online platform of Global Mangrove Watch. Geographic information systems were used to process the information, and statistical analyses based on data science were carried out. The first chapter examined forest fragmentation and changes in landscape connectivity in Ecuadorian mangroves, where they have a significant impact on this valuable ecosystem, given the importance of being in intertidal zones and playing a crucial role in coastal protection. It is important to know that mangrove fragmentation occurs when the continuity of the forest is interrupted due to anthropogenic activities, generating loss of biodiversity, alteration of the hydrological cycle, greater vulnerability to extreme events that lead to the loss of existing ecosystem services. A multi-temporal study was used for the analysis (1996 to 2020), applying hexagons with measurements of 10 km2 and calculating six fragmentation metrics. In terms of statistics, Getis-Ord Gi* was applied to identify and analyze hot spots in both high and low areas for their conservation status, with connectivity a generic species was applied with a dispersion of 5 km throughout the study area. The results revealed a generalized fragmentation of mangroves in Ecuador, with geographic differences between the island region (Galapagos), and the other provinces located from the north to the south of the Ecuadorian profile; it is worth mentioning that the minimum mangrove losses were identified in the Galapagos Islands. The second chapter of the thesis consisted of evaluating the potential distribution of mangrove species such as Rhizophora mangle L., Avicennia germinans L., and Laguncularia racemosa (L.) C.F. Gaertn, it is important to reiterate that each species has its ideal ecological niche to live and reproduce, which is influenced by various important climatic indicators such as temperature and Precipitation. To carry out the study, points of occurrence were obtained for each species, which were downloaded from the GBIF (Global Biodiversity Information Facility), platform, the climatological raster models from the Worldclim platform. The Biomod2 R package and the Random Forest model were applied to predict appropriate climatic scenarios for the species in current and future studies. The Rhizophora mangle L., species presented the highest distribution, while the Avicennia germinans L., species had the lowest distribution values, although it showed the best increase within the potential distribution area at future projections. The third chapter sought to evaluate the capacity of mangroves (Rhizophora mangle L.; Avicennia germinans L.; Laguncularia racemosa (L.) C.F. Gaertn), to store carbon and their projections for future global change impacts. It is important to highlight the benefits of mangroves in sequestering and storing carbon in the soil and plant biomass. The results obtained indicate that the three main mangrove species that develop in the coastal profile of Ecuador have especially important capacities for carbon storage, being the black and red mangrove species with the highest storage, while the white mangrove presented a lower value. It is important to keep in mind that climate change will have a considerable impact on the distribution and storage capacity of carbon by the year 2070, with two mangrove species (red and black) being the most affected. It is essential to conserve and restore these valuable ecosystems to mitigate climate change and ensure the resilience of Ecuador's coastal zones.