Development and testing of a spatial tool for the assessment anthropogenic threats in coastal and marine habitats in Puerto Rico

Abstract

Marine and coastal ecosystems are subject to a wide variety of stressors derived from anthropogenic activities. Because of the complexity of these threats and the difficulty in monitoring them in a synoptic manner, scientists and managers must generally rely on proxy approaches to model stressors in the assessment of habitat condition and threat levels. Most previously developed coastal and marine threat indices acknowledge that the use of socioeconomic variables would assist in defining threatened marine habitats. This study investigated the incorporation of anthropogenic stressors into a GIS databased and applied them to develop a spatially explicit index of stress for the coastal and marine environments in Puerto Rico. Spatial quantitative data were used to construct and map indices of several key threats, including an overall threat index, In this application, socio-economic data were combined with watershed characteristics and coastal forcing that impact stress level and distribution. Twelve variables were reduced to develop high-resolution (250x250 m) indices for four threats: i) turbidity, ii) eutrophication, iii) pollution and iv) overfishing. All variables were standardized on a scale of 0 = 1 and then reclassified on a scale of 1 to 5. Classification was conducted within ArcView using the natural breaks function. The spatial index was defined by using a hexagon grid, (2 km2 or 898.6 m on a side), Means threats were merged within a grid cell, which resulted in 10,828 marine planning units for the region. Individual threat indices were combined to produce the overall index. Several problems were encountered in assessing anthropogenic stress using socio-economic vulnerability indicators due to the inherent difficulties involved in ranking socio-economic data on an interval scale. Temporal aspects also caused difficulties as socio-economic variables vary over time as coastal populations and land use change. Validation of results was assessed by comparing area-specific scores to field studies; these correlated well with expected outcomes. Cumulative threats generally were higher along the west and south provinces in comparison to the east and north provinces, suggesting that management of reserve areas must occur at a larger spatial scale, as many of the anthropogenic stressors may occur on the scale of the coast. Results of the combined threat index were classified and interpreted using a triage approach relative the management of marine protected areas.

Los ecosistemas marinos y costeros están sujetos a una amplia variedad de factores de estrés derivados de las actividades antropogénicas. Debido a la complejidad de estas amenazas y la dificultad en el control de una manera sinóptica, los científicos y los manejadores generalmente se basan en una representación que se acerca a los factores estresantes para modelar y evaluación de la condición del hábitat y de los niveles de amenaza. Los índices de amenazas costeras y marinos más desarrollados anteriormente reconocen que la utilización de variables socioeconómicas ayudaría a definir los hábitats marinos amenazados. Este estudio investigó la incorporación de los factores de estrés antropogénico utilizando una base de datos en Sistema de Información Geográfica (GIS) y aplicados a desarrollar un índice espacial explícita de estrés para los entornos costeros y marinos en Puerto Rico. Datos cuantitativos espaciales se utilizaron para construir y asignar índices de varias amenazas clave, incluyendo un índice general de amenazas, en esta aplicación, los datos socio- económicos se combinaron con las características de las cuencas hidrográficas y los forzamientos costeros para medir nivel de estrés o impacto y su distribución espacial. Se utilizaron doce variables donde se desarrollaron mapas de alta resolución ( 250x250 m ) para cuatro amenazas: i ) la turbidez, ii ) la eutrofización, iii) la contaminación y iv) la sobrepesca. Todas las variables fueron normalizados en una escala de 0 = 1 y se reclasificaron en una escala de 1 a 5. La clasificación se realizó en ArcView utilizando la función de “natural breaks”. El índice espacial se define por medio de una rejilla hexagonal, (2 km2 o 898,6 m de lado), las amenazas se fusionaron en una celda o cuadrícula, que se tradujo en 10.828 unidades de planificación marina de la región. Luego los Índices de amenazas individuales se combinaron para producir el índice general. Se encontraron varios problemas en la evaluación de las presiones antropogénicas utilizando indicadores de vulnerabilidad socio- económicas debido a las dificultades inherentes a la clasificación de datos socioeconómicos en una escala de intervalo. Aspectos temporales también causaron dificultades como datos de poblacionales y el cambio de uso del suelo. La validación de los resultados se evaluó mediante la comparación de resultados específicos del área de estudios de campo, los cuales correlacionaron bien con los resultados esperados. Amenazas acumulativas general fueron superiores a lo largo del oeste y la provincia del sur, en comparación con las provincias del este y norte de Puerto Rico, lo que sugiere que la gestión de las áreas de reserva debe realizarse a una escala espacial más grande, ya que muchos de los factores de estrés antropogénico puede ocurrir a una escala mayor al del litoral costero. Los resultados del índice de amenaza combinada fueron clasificados e interpretados utilizando un enfoque de “triage” al manejo de las áreas marinas protegidas.