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Modeling bioerosion rates by Diadema antillarum populations to improve coral reef restoration in the Caribbean
Luquis Ramos, Irais M.
Luquis Ramos, Irais M.
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Abstract
The sea urchin Diadema antillarum is a keystone herbivore that was once abundant throughout the Caribbean until a major mortality event in the 1980s, contributing significantly to the shift of Caribbean coral reefs toward algal-dominated states. Since then, D. antillarum populations have shown a slow recovery, with current densities far below pre mass mortality densities. Restoration of D. antillarum has been used to reduce macroalgal cover and facilitate coral recruitment, but previous studies have not rigorously considered the effect of restored D. antillarum populations on coral reef bioerosion. As a result, the net effect of D. antillarum on restoring the function of reef-building remains equivocal as any reef-building benefits of coral facilitation could be offset by bioerosion. Here, we created an Excel simulation tool that considers the growth rate, mortality rates, and natural recruitment of D. antillarum populations to estimate their current and future bioerosion rates under different restoration scenarios. We explored the bioerosion of the steady state 0.91 individuals m-2 population (0.87 kg CaCO3 m-2 yr-1) compared to 5 individual m-2 (max bioerosion = 4.53 kg CaCO3 m-2 yr-1), adding 1 individual m-2 to the steady state population in year one (max bioerosion = 1.77 kg CaCO3 m-2 yr-1), and doubling the annual recruitment rate (max bioerosion = 1.73 kg CaCO3 m-2 yr-1) to explore how various restoration strategies could influence D. antillarum bioerosion. This tool can be adapted to model site-specific D. antillarum sea urchin populations and bioerosion with and without restoration to develop restoration plans using D. antillarum and other herbivores to restore the ecological function of reef-building.
El erizo de mar Diadema antillarum es un herbÃvoro clave que alguna vez fue abundante en todo el Caribe hasta el gran evento de mortalidad masiva que ocurrió en la década de 1980. Desde entonces, las poblaciones de D. antillarum han tenido una recuperación lenta, contribuyendo significativamente al cambio de los arrecifes de coral en el Caribe hacia un estado dominado por macroalgas. Consecuentemente, la restauración del herbÃvoro D. antillarum ha sido utilizada para facilitar el reclutamiento de corales mediante la reducción de macroalgas y mejorando la supervivencia en la restauración de corales. Sin embargo, estudios previos no han tomado en consideración el efecto que podrÃan tener la restauración de D. antillarum en la bioerosión de los arrecifes de coral. Como resultado, el efecto neto que podrÃa tener D. antillarum en la reconstrucción de los arrecifes de corales queda incierto ante las posibilidades de bioerosión. Este estudio, creo una herramienta en Excel que toma en consideración su crecimiento, mortalidad y el reclutamiento natural de las poblaciones de D. antillarum para asà estimar sus efectos en la bioerosión tanto actuales como en un futuro, bajo diferentes escenarios de restauración. Aquà exploramos la bioerosión de una población en estado natural de 0.91individuos m-2 (0.87 kg CaCO3 m-2 a-1), en comparación con una población de 5 individuos m-2 (bioerosión máxima = 4.53 kg CaCO3 m-2 a-1), añadiendo 1 individuo m-2 a la población natural en el primer año (bioerosión máxima = 1.77 kg CaCO3 m-2 a-1), y duplicando la tasa de reclutamiento anual (bioerosión máxima = 1.73 kg CaCO3 m-2 a-1) para analizar cómo distintas estrategias de restauración podrÃa influir en la bioerosión causada por D. antillarum. Esta herramienta puede adaptarse para modelar poblaciones especÃficas de D. antillarum y su bioerosión con y sin restauración, con el fin de desarrollar planes de restauración que utilicen al erizo de mar D. antillarum y otros herbÃvoros a restaurar la funcione ecológica de reconstrucción de arrecife.
El erizo de mar Diadema antillarum es un herbÃvoro clave que alguna vez fue abundante en todo el Caribe hasta el gran evento de mortalidad masiva que ocurrió en la década de 1980. Desde entonces, las poblaciones de D. antillarum han tenido una recuperación lenta, contribuyendo significativamente al cambio de los arrecifes de coral en el Caribe hacia un estado dominado por macroalgas. Consecuentemente, la restauración del herbÃvoro D. antillarum ha sido utilizada para facilitar el reclutamiento de corales mediante la reducción de macroalgas y mejorando la supervivencia en la restauración de corales. Sin embargo, estudios previos no han tomado en consideración el efecto que podrÃan tener la restauración de D. antillarum en la bioerosión de los arrecifes de coral. Como resultado, el efecto neto que podrÃa tener D. antillarum en la reconstrucción de los arrecifes de corales queda incierto ante las posibilidades de bioerosión. Este estudio, creo una herramienta en Excel que toma en consideración su crecimiento, mortalidad y el reclutamiento natural de las poblaciones de D. antillarum para asà estimar sus efectos en la bioerosión tanto actuales como en un futuro, bajo diferentes escenarios de restauración. Aquà exploramos la bioerosión de una población en estado natural de 0.91individuos m-2 (0.87 kg CaCO3 m-2 a-1), en comparación con una población de 5 individuos m-2 (bioerosión máxima = 4.53 kg CaCO3 m-2 a-1), añadiendo 1 individuo m-2 a la población natural en el primer año (bioerosión máxima = 1.77 kg CaCO3 m-2 a-1), y duplicando la tasa de reclutamiento anual (bioerosión máxima = 1.73 kg CaCO3 m-2 a-1) para analizar cómo distintas estrategias de restauración podrÃa influir en la bioerosión causada por D. antillarum. Esta herramienta puede adaptarse para modelar poblaciones especÃficas de D. antillarum y su bioerosión con y sin restauración, con el fin de desarrollar planes de restauración que utilicen al erizo de mar D. antillarum y otros herbÃvoros a restaurar la funcione ecológica de reconstrucción de arrecife.
Description
Date
2025-05-13
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Diadema antillarum, sea urchin, algal-dominated states, Coral Reef Bioerosion, Coral Reef Restoration