Cuantificación de la erosión en los canales mareales de las maarismas del Odiel (Huelva, SO de España)

CUANTIFICACIÓN DE LA EROSIÓN EN LOS CANALES MAREALES DE LAS MARISMAS DEL ODIEL (HUELVA, SO ESPAÑA) J. M. CASTILLO, C. J. LUQUE & M. E. FIGUEROA Departamento de Biología Vegetal y Ecología. Facultad de Biología. Universidad de Sevilla. Apdo. 1.095. 41080 Sevilla. e-mail: [email protected] y [email protected] Resumen. Este estudio se llevó a cabo en las Marismas del Odiel (Huelva, SO España). En él se cuantifican la acreción y erosión de sedimentos en taludes desarrollados en canales intermareales y en las planicies intermareales subayacentes. Se registró una erosión generalizada de los taludes, la cual se vería potenciada por actuaciones antrópicas como el tráfico naval y la alteración de la hidrodinámica del estuario por la construcción de diques. Las pérdidas de marismas en la Reserva Integral de Isla de Enmedio se estimaron en 3000 m2/ año, lo que supone una movilización de 1850 m3de sedimentos. Esta fuerte erosión podría tener una gran influencia en la conservación de este espacio natural protegido, además de acelerar la colmatación de los canales del estuario. La vegetación, entre la que destacaron las praderas de Zostera noltii, disminuyó la erosión, potenciando la acreción. La dinámica vertical de sedimentos en las planicies intermareales mostró un patrón estacional con una relación clara entre la erosión y la distribución de las lluvias. Se discuten medidas de control de la erosión y rehabilitación de las zonas afectadas. Palabras claves: erosión, acreción, restauración, Zostera noltii, Huelva. Summary. This study was carried out in Odiel Saltmarshes (Huelva, SWSpain). Erosion and accretion in slopes and intertidal mud flats were measured. Our results point out a general retrogression of slopes. Its intensity would depend on anthropic actions as boats traffic and alteration of estuary circulation by dykes construction. In the Integral Reserve of Enmedio Island, horizontal losses by erosion in slopes reached 3000 m2/year, which would imply the mobilization of 1850 m3of sediments. This strong erosion could cause important changes in this protected area and to selt-up of the navigable channels of the estuary. Vegetation, as prairie of eelgrass Zostera noltii, decreased erosion and increased acretion rates. Sediment vertical dynamic in intertidal mud flats showed a seasonal pattern with a direct relation between erosion and rainfall distribution. Erosion control and rehabilitation in eroded areas are discussed. Key - w or ds: er osion, accretion, r estor ation, Zoster a noltii, Huelva. 1. Introducción Las marismas mareales son ecosistemas de una gran importancia tanto ecológica como económica. Tienen, a través de sus altas tasas de producción primaria, un importante papel en la cadena trófica de los Cuaternario y Geomorfología, 13 (3-4), pág. 7-16 ISSN: 0214-1744 sistemas estuarinos y mares adyacentes, controlan la calidad ambiental, y juegan un papel importante en el control de las avenidas fluviales, participando crucialmente en la dinámica sedimentaria de los estuarios (DeLaune y Gambrell, 1996; Tiner, 1984; Woodhouse y Knutson, 1982). En los últimos años han sido numerosos los estudios que han determinado grandes pérdidas de marismas mareales alrededor del mundo (DeLaune et al., 1983; Gagliano et al., 1981; Gosselink y Bauman, 1980; Kearney y Stevenson, 1991; Phillips, 1986; Chung, 1982; Ranwell, 1967). Para la toma de medidas de control de la erosión en estos ecosistemas se hace esencial la identificación de las causas y mecanismos que provocan estas pérdidas. La subsidencia continental, una acreción vertical insuficiente, debida a causas naturales o antrópicas, o la subida del nivel del mar han sido identificadas como algunas de las causas de pérdidas de marismas (DeLaune et al., 1983; Stevenson et al., 1985). El mecanismo principal causante de estas pérdidas ha sido la erosión (Kearney and Stevenson, 1991; Nyman et al., 1994; Phillips, 1986), aunque algunas se han atribuido a degeneración de la vegetación (Pezeshki et al., 1991; Turner, 1990). Dentro de estos procesos erosivos, se han descrito importantes pérdidas de marismas mareales producidas mediante socavamiento de taludes («undermining») (Nyman et al., 1994; Stevenson et al., 1985). Este proceso tiene como resultado la formación de taludes con una alta pendiente en la interfase marisma con vegetación - canales de drenaje (Broome et al., 1992). En los últimos años se ha observado una fuerte erosion, mediante caídas de grandes bloques de sustrato en taludes desarrollados en canales mareales, en el Paraje Natural de las Marismas del Odiel (Huelva). Esta erosión está poniendo en peligro áreas de gran valor ecológico de este Paraje Natural, como la Reserva Integral de la Isla de Enmedio. Los objetivos de este estudio son: caracterizar y cuantificar las pérdidas de marismas por erosión horizontal de taludes, así como la dinámica de sedimentos en las planicies mareales subyacentes a lo largo del perímetro de la Reserva Integral de la Isla de Enmedio. 2. Área de Estudio Las Marismas del Odiel (37º15’- 37º37’N, 6º57’- 6º58’W, SO España) son las marismas mareales más interesantes y mejor conservadas del sur de la Península Ibérica (Figura 1). Su estratégica situación, en la encrucijada euro-africana y atlántico-mediterránea le confiere caracteres de excepcional valor ecológico. Están protegidas bajo la figura de Paraje Natural, además de ser «Reserva de la Biosfera». Asimismo, forman parte de un entorno con una importante zona industrial, minera (Luque et al., 1998) y recreativa. Están situadas en una zona de clima mediterráneo modificado por influencia atlántica, con una sequía estival muy acusada y lluvias concentradas en los meses de otoño e invierno principalmente, con una precipitación anual media de 505.6 mm. En el año de estudio (Julio 1996Julio 1997), el 67% de las precipitaciones se concentraron en los meses de Diciembre y Enero (Tabla 1). Estas marismas poseen un régimen mareal semidiurno, con un rango mareal (media equinoccial) de 2.97 m (0.40 – 3.37 m sobre el cero hidrográfico español). El estuario conjunto de los ríos Tinto y Odiel es una formación holocénica situada en una incisión fluvial de 25 kilómetros situada sobre sedimentos areno-limosos del Neógeno. Los sedimentos más antiguos de este estuario han sido datados en 6.715 ± 115 años BP. Los primeros cinco metros de dos perfiles sedimentológicos en zonas de marisma alta, con restos vegetales y arcillas, corresponden al cambio de una planicie intermareal (marisma baja) a una marisma supramareal (marisma alta), que ocurrió aproximadamente 960 ± 100 años BP. Para los últimos 2000 años BPse ha estimado una tasa de acreción cercana a los 5 mm por año lo que indicaría, según Lario (1996), un rápido relleno del estuario durante los dos últimos milenios. Este estudio se ha realizado en la Reserva Integral de la Isla de Enmedio, espacio natural de extraordinario valor biológico. Su superficie cubre unas 463 Ha y se localiza en el complejo central de islas de las Marismas del Odiel. 3. Materiales y métodos Para llevar a cabo los objetivos de este estudio fue necesario el uso de un método que detectara el balance erosión/sedimentación tanto horizontal como vertical. Asimismo, nos tenía que permitir un rápido segui8Castillo, Luque & Figueroa miento, considerablemente extenso, de la dinámica sedimentaria del estuario. Con este objetivo se instaló una red de 84 testigos (barras de hierro de 1.7 m) a lo largo de todo el perímetro de la Reserva Integral de la Isla de Enmedio distribuidos en 21 puntos de muestreos (Figura 2), con un número de testigos variables en cada uno de ellos. Algunos de estos testigos se instalaron sobre el talud, lo que nos permitía medir la erosión horizontal en éste, y otros, del mismo tipo, se dispusieron perpendicularmente a la línea de marea sobre la planicie intermareal, para registrar la dinámica vertical de sedimentos (Figura 2). En los puntos de muestreo se midió la altura del talud con pendiente de 90º. Los muestreos fueron bimensuales y se realizaron desde Julio de 1996 a Julio de 1997. Cuaternario y Geomorfología 9 Figura 1. Localización geográfica de las Marismas del Odiel y la Reserva Integral de la Isla de Enmedio Location of Odiel Saltmarshes and Integral Reserve of Enmedio Island Año Mes Precipitación Días con lluvia Altura Río Odiel 1996 Julio 4,6 1 0,309 ± 0,002 Agosto 0,0 0 0,300 ± 0,000 Septiembre 44,0 5 0,328 ± 0,005 Octubre 41,8 3 0,338 ± 0,004 Noviembre 88,2 5 0,360 ± 0,009 Diciembre 374,7 19 1,193 ± 0,150 1997 Enero 158,5 11 1,089 ± 0,083 Febrero 0,0 0 0,458 ± 0,008 Marzo 0,0 0 0,387 ± 0,002 Abril 76,8 11 0,385 ± 0,007 Mayo 6,8 8 0,344 ± 0,003 Junio 3,2 4 0,352 ± 0,013 Tabla 1. Precipitación (l/m2), núm. de días de lluvia y altura media del Río Odiel (m) desde Julio de 1996 a Julio de 1997 Rainfall (l/m2), number of rainy days and mean heigh of Odiel river (m) from July 1996 to July 1997 Para el análisis de los datos, los testigos se agruparon según su proximidad geográfica, siguiendo el trazado de cuatro ejes con diferentes orientaciones. Estos ejes delimitaban la zona de estudio en cuatro áreas, correspondientes a los cuatro canales principales que rodean a la Isla de Enmedio (Figura 3). 10 Castillo, Luque & Figueroa Figura 2. Mapa de la Isla de Enmedio. Puntos de muestreo (•) Map of Enmedio Island. Sampled points (•) Figura 3. Esquema de la interfase marisma con vegetación - canal de drenaje. Testigos sobre el talud y en la planicie intermareal. Tasas de erosión/acreción vertical (V-v) y erosión horizontal de los taludes (H-h) Scheme of vegetated marsh – drainage channel interfase. Markers on bank and intertidal flat. Vertical erosion/acretion rates (V-v) and banks horizontal erosion (H-h) Para analizar si las diferencias de las tasas erosión anual entre los diferentes canales eran significativas, y mayores a las que se observaron dentro de cada canal, se utilizó el análisis de varianza de una sola vía (test ANOVA), con la varianza entre testigos de un mismo canal como el término de error. Las diferencias mínimas significativas entre medias se calcularon solo cuando el test de Fisher fue significativo con un nivel de significación de 95% (Steel and Torrie, 1960). Los datos fueron testados para homogeneidad de varianzas con el Test de Levene, con un nivel de significación del 95%. La erosión a lo largo del año, dentro de cada canal, se analizó mediante un test t-student para muestras pareadas. Con este test comparamos las diferencias en la tasa de erosión/sedimentación entre muestreos consecutivos dentro de cada canal, con un nivel de significación del 95 % (Programa de ordenador para análisis estadísticos: «Estatistica versión 5.1 StatSoft Inc.»). Las desviaciones respecto a la media se expresaron como error estándar medio. 4. Resultados Alo largo de todo el perímetro de la Isla de Enmedio se observaron taludes verticales, usualmente socavados en su zona inferior, fenómenos de remoción en masa y desprendimientos de bloques de sustrato, en la interfase marismas con vegetación-canales de drenaje. La erosión horizontal de los taludes comenzó, típicamente, con el desgaste de la zona inferior del talud, justo por debajo del sustrato ocupado por las raíces vivas de la vegetación que crecía sobre los taludes. Este socavamiento fue seguido por desprendimientos de bloques de sustrato de la zona superior del talud, que arrastraron a la vegetación que crecía sobre ellos. La erosión horizontal de los taludes y la erosión vertical en las planicies mareales subyacentes del canal 4 fueron mayores que en el resto de los canales (ANOVA: F = 17.11, p < 0.01; ANOVA: F = 7.70, p < 0.01, respectivamente) (Tabla 2). Alo largo de todo el perímetro de la Isla de Enmedio, fueron muy pocos los testigos que mostraron un balance neto de erosión/acreción vertical positivo tras el año de estudio. Concretamente, éstos fueron los situados sobre restos de moluscos (Crassostrea angulata,Cardium edule, etc.) y vegetación fanerógama sumergida (Zostera noltii) (Figura 4). Por contra, la mayoría de los puntos de muestreo registraron un balance neto de erosión, con valores comprendidos entre -1 y -5 cm/año. Tan solo en el canal 4 la mayoría de los testigos registraron valores netos de erosión mayores a -5 cm, siendo muy abundantes las pérdidas mayores a -10 cm. La erosión horizontal media de los taludes en todo el perímetro de la isla (10584 m) fue de -29 cm/año, lo que supuso, sobre una altura de talud media de 60 cm, la pérdida aproximada de 3000 m2de marismas emergidas con vegetación, y la movilización de alrededor de 1850 m3de sedimentos. Los procesos de erosión/sedimentación vertical en las planicies intermareales de los canales 1, 2 y 3 mostraron un claro patrón estacional a lo largo del perímetro de la Isla. Así, en los meses de otoño e invierno en los que las lluvias fueron más abundantes y torrenciales, y el caudal del Río Odiel fue mayor, predominó la erosión. Por el contrario, en los meses de verano y en el período de sequía de Febrero y Marzo Cuaternario y Geomorfología 11 Canales Orientación Nº Erosión/ Acreción Erosión horizontal Perímetro Altura principal de testigos vertical media media taludes talud Canal 1 SE 23 +0.2 ± 0.4 -25.3 ± 5.5 8374 51.3 ± 3.5 Canal 2 NE 11 -2.7 ± 1.3 -23.9 ± 5.6 5643 58.3 ± 4.3 Canal 3 NW 17 -2.4 ± 0.6 -25.2 ± 4.4 6351 64.3 ± 2.8 Canal 4 SW 23 -5.9 ± 1.8 -71.6 ± 7.7 1981 93.0 ± 2.9 Tabla 2. Orientación, número de testigos, erosión (-) o acreción (+) vertical media (cm/año), erosión (-) horizontal media (cm/año), perímetro de taludes (m) y altura del talud (cm) en los canales que delimitan a la Isla de Enmedio Orientation, number of markers, mean anual vertical erosion (-) or acreation (+) (cm/year) and mean horizontal erosion (-) (cm/year), perimeter of banks (m) and banks heigh (cm) of Enmedio Island channels predominó la sedimentación. Las planicies intermareales del canal 4 presentaron una erosión fuerte y continua durante todo el año (Figura 5). 5. Discusión y conclusiones El mecanismo de erosión horizontal observado en los taludes es similar al descrito por otros autores en estuarios de Estados Unidos (Nyman et al., 1994; Stevenson et al., 1985). Las altas tasas de erosión vertical detectadas en tres de los cuatro canales que delimitan la Isla de Enmedio (hasta -5.9 ± 1.8 cm/año en el canal 4) están en el rango a las registradas en algunas marismas asiáticas (Chung, 1982). Por otro lado, la acreción registrada en el canal 1 (alrededor de los 0.2 cm/año) es similar a las medidas por otros autores en marismas usando diferentes métodos de medidas, como isótopos radiactivos (Callaway et al., 1996; Callaway, 1997), análisis polínico (Kearney et al., 1994) u horizontes de marcaje (Cahoon, 1992). Las fuertes tasas de erosión, tanto vertical como horizontal detectadas en el canal 4 en comparación con los demás canales de la Isla de Enmedio pueden deberse al tráfico de barcos, ya que es el único canal de los estudiados navegable por embarcaciones de medio y gran calado, las cuales generan olas de alto poder erosivo. Además, Ojeda et al. (1995) describen como este canal posee una hidrodinámica especial en el estuario, al comunicar la ría de Huelva con la de Punta Umbría, a raíz de las construcción de los espigones de Juan Carlos I y de Punta Umbría. Esto también podría contribuir al aumento en las tasas de erosión de este canal. Aunque la erosión gradual de los taludes es un proceso natural producido por el flujo y reflujo de las mareas y las corrientes fluviales (Chapman, 1974; Rubio, 1985; Steers, 1977), el tráfico naval y la circulación de fuertes corrientes por este canal la aumentaría de manera importante. Así, Herke and Rogers (1993) categorizaron las pérdidas de hábitat en estuarios como naturales e inducidas por el hombre, y concluyeron que, normalmente, los efectos antrópicos potencian y aceleran las pérdidas naturales. Con nuestro estudio se ha podido comprobar que el material erosionado en los taludes no se depositó directamente en las planicies intermareales subyacentes, ya que los testigos en estas zonas mostraron, como ha sido descrito, una erosión neta generalizada. Así, los sedimentos erosionados de los taludes, junto con los aportados por los ríos, podrían contribuir a la colmatación de los diferentes canales de la marisma y de las rías de Huelva y Punta Umbría. Entonces, estos sedimentos deben ser dragados para facilitar el acceso de embarcaciones de gran calado al Puerto de Huelva. Posteriormente los materiales dragados generan una doble 12 Castillo, Luque & Figueroa Figura 4. Erosión/acreción vertical (cm) en dos testigos situados en una pradera de Zostera noltii y en suelo desnudo, durante el año de estudio Vertical erosion/acretion (cm) in two markers located in a Zostera noltii prairie and in open mud during the study problemática: la resuspensión y removilización de sedimentos con altas concentraciones de metales pesados (Luque, 1996) y la construcción de grandes depósitos estancos para almacenar estos lodos contaminados. Además, la fuerte erosión puesta en evidencia en este estudio puede generar una gran pérdida de superficie de un espacio considerado Reserva Integral, poniendo en peligro importantes lugares de anidamiento de numerosas colonias de aves protegidas como la espátula (Platalea leucorodia). Del mismo modo, esta erosión contribuye a la pérdida de marisma media y alta de carácter maduro que tardaron cientos de años en formarse, y sobre la que se asienta una vegetación halófila singular. La protección frente a la erosión y la potenciación de la sedimentación favorecidas por la vegetación (Castellanos et al., 1998), puestas de manifiesto en este estudio en las praderas de la fanerógama marina Zostera noltii en las llanuras intermareales, ha sido descrito en otros sistemas estuarinos (Moeller et al., 1996; Van Dijk et al., 1996). El patrón estacional de erosión observado en los taludes y en las llanuras subyacentes estaría determinado por la marcada estacionalidad del clima mediterráneo, en el que se encuentra este estuario. En el año Cuaternario y Geomorfología 13 Figura 5. Precipitación (l/m2) y erosión/acreción vertical (cm) en los canales de la Isla de Enmedio durante el año de estudio Rainfall (l/m2) and vertical erosion/acretion (cm) in Enmedio Island channels during the study de estudio la precipitación fue de 799 mm, produciéndose alrededor del 70% en 30 días de Diciembre y Enero. Estas fuertes lluvias se tradujeron en un aumento considerable del caudal del Río Odiel, lo que se tradujo en un aumento de la erosión. Como en nuestro estudio, Barros (1996) describió en un estuario de la costa atlántica de Portugal que las mareas fueron las principales fuerzas dominantes en la hidrodinámica estuarina, si bien las tendencias estacionales fueron moduladas por las descargas fluviales. Algunos autores han descrito procesos de sedimentación y erosión en marismas y zonas costeras relacionados con fenómenos climáticos (Cahoon et al., 1996; Sajeev et al., 1996; Zedler, 1983). Así, en años secos predominarían la sedimentación mientras que en años húmedos lo harían la erosión. Estos resultados están de acuerdo con las teorías geomorfológicas de los procesos fluviales a gran escala, de manera que en los periodos cuaternarios fríos y húmedos dominaría la erosión a lo largo de los cauces fluviales, mientras que en los periodos cálidos y secos dominaría la sedimentación (Hernández, 1928). En la actualidad, en un escenario de cambio climático, con un aumento en la irregularidad y torrencialidad de las precipitaciones, la erosión en sistemas estuarinos bajo clima mediterráneo podría verse incrementada de manera significativa. En vista de los problemas enunciados se hace urgente la toma de medidas de control de la erosión y de regeneración de las zonas degradas, al menos de las más afectadas, para frenar los procesos de erosión que están provocando deterioros importantes en este ecosistema costero. Entre las medidas de control cabe destacar el control de la velocidad de navegación de los barcos a través de los canales del estuario, así como el estudio previo y exhaustivo de los posibles efectos ambientales provocados por las grandes obras de ingeniería. Las medidas de regeneración de las zonas degradas por la erosión que se podrían tomar son la siembra en las planicies intermareales desnudas de especies de marismas que favorecen la acreción de sedimentos e impiden la erosión, como Spartina maritima (Castellanos et al. 1998), Spartina densiflora o Zostera noltii, así como la construcción de rompeolas de madera, de bajo coste ambiental y económico, en la base de los taludes de erosión, que impidan el impacto directo del oleaje. Agradecimientos Este estudio se ha realizado gracias a un convenio de investigación que para este fin financian la Autoridad Portuaria de Huelva y la Dirección General de Protección Ambiental de la Junta de Andalucía. Asimismo, agradecemos a la DGICYT la concesión del proyecto PB-1455 (1994) que contribuye también a la ejecución de esta investigación, y a la Dirección del Paraje Natural «Marismas del Odiel» por su colaboración. Gracias a la Confederación Hidrográfica del Guadiana por facilitar los datos climatológicos e hidrológicos. Referencias bibliográficas Barros, A.P. (1996): An evaluation of model parameterizations of sediment pathways: a case study for the Tejo estuary. Continental Shelf Research, 16 (13): 1725-1749. Broome, S.W., Rogers S.M. Jr. & Seneca, E.D. (1992): Shoreline erosion control using marsh vegetation and low-cost structures. Carla B. Burgess Ed. pp. 1-16. Cahoon, D.R. (1994): Recent accretion in two managed marsh impoundments in coastal Louisiana. Ecological Applications 4 (1): 166-176. Cahoon, D.R., Lynch, J.C. & Powell, A.N. (1996): Marsh vertical acreation in a Southern California Estuary, U.S.A. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 43: 19-32. 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