A tidal creek water budget: Estimation of groundwater discharge and overland flow using hydrologic modeling in the Southern Everglades

Taylor Slough is one of the natural freshwater contributors to Florida Bay through a network of microtidal creeks crossing the Everglades Mangrove Ecotone Region (EMER). The EMER ecological function is critical since it mediates freshwater and nutrient inputs and controls the water quality in Eastern Florida Bay. Furthermore, this region is vulnerable to changing hydrodynamics and nutrient loadings as a result of upstream freshwater management practices proposed by the Comprehensive Everglades Restoration Program (CERP), currently the largest wetland restoration project in the USA. Despite the hydrological importance of Taylor Slough in the water budget of Florida Bay, there are no fine scale (∼1 km2) hydrodynamic models of this system that can be utilized as a tool to evaluate potential changes in water flow, salinity, and water quality. Taylor River is one of the major creeks draining Taylor Slough freshwater into Florida Bay. We performed a water budget analysis for the Taylor River area, based on long-term hydrologic data (1999–2007) and supplemented by hydrodynamic modeling using a MIKE FLOOD (DHI,http://dhigroup.com/) model to evaluate groundwater and overland water discharges. The seasonal hydrologic characteristics are very distinctive (average Taylor River wet vs. dry season outflow was 6 to 1 during 1999–2006) with a pronounced interannual variability of flow. The water budget shows a net dominance of through flow in the tidal mixing zone, while local precipitation and evapotranspiration play only a secondary role, at least in the wet season. During the dry season, the tidal flood reaches the upstream boundary of the study area during approximately 80 days per year on average. The groundwater field measurements indicate a mostly upwards-oriented leakage, which possibly equals the evapotranspiration term. The model results suggest a high importance of groundwater contribution to the water salinity in the EMER. The model performance is satisfactory during the dry season where surface flow in the area is confined to the Taylor River channel. The model also provided guidance on the importance of capturing the overland flow component, which enters the area as sheet flow during the rainy season. Overall, the modeling approach is suitable to reach better understanding of the water budget in the mangrove region. However, more detailed field data is needed to ascertain model predictions by further calibrating overland flow parameters.

Jay Sah crossing tidal creek to measure tree damage by Hurricane Wilma, Harney River

This material is based upon work supported by the National Science Foundation through the Florida Coastal Everglades Long-Term Ecological Research program under Cooperative Agreements #DBI-0620409 and #DEB-9910514. This image is made available for non-commercial or educational use only.

Aeration for plant root respiration in a tidal marsh

This paper investigates the tidal effects on aeration conditions for plant root respiration in a tidal marsh. We extend the work of Ursino et al. ( 2004) by using a two-phase model for air and water flows in the marsh. Simulations have been conducted to examine directly the link between the airflow dynamics and the aeration condition in the marsh soil. The results show that the effects of entrapped air on water movement in the vadose zone are significant in certain circumstances. Single-phase models based on Richards' equation, which neglect such effects, may not be adequate for quantifying the aeration condition in tidal marsh. The optimal aeration condition, represented by the maximum of the integral magnitude of tidally advected air mass ( TAAM) flux, is found to occur near the tidal creek for the four soil textures simulated. This may explain the observation that some salt marsh plant species grow better near tidal creeks than in the inner marsh areas. Our analyses, based on the two-phase model and predicted TAAM flux magnitude, provide further insight into the positive feedback'' mechanism proposed by Ursino et al. ( 2004). That is, pioneer plants may grow successfully near the creek where the root aeration condition is optimal. The roots of the pioneer plants can soften and loosen the rhizosphere soil, which increases the evapotranspiration rate, the soil porosity, and absolute permeability and weakens the capillary effects. These, in turn, improve further the root aeration conditions and may lead to colonization by plants less resistant to anaerobic conditions.

An eclectic morphostratigraphic model for the sedimentary response to Holocene sea-level rise in northwest Europe

The improved empirical understanding of silt facies in Holocene coastal sequences provided by such as diatom, foraminifera, ostracode and testate amoebae analysis, combined with insights from quantitative stratigraphic and hydraulic simulations, has led to an inclusive, integrated model for the palaeogeomorphology, stratigraphy, lithofacies and biofacies of northwest European Holocene coastal lowlands in relation to sea-level behaviour. The model covers two general circumstances and is empirically supported by a range of field studies in the Holocene deposits of a number of British estuaries, particularly, the Severn. Where deposition was continuous over periods of centuries to millennia, and sea level fluctuated about a rising trend, the succession consists of repeated cycles of silt and peat lithofacies and biofacies in which series of transgressive overlaps (submergence sequences) alternate with series of regressive overlaps (emergence sequences) in association with the waxing and waning of tidal creek networks. Environmental and sea-level change are closely coupled, and equilibrium and secular pattern is of the kind represented ideally by a closed limit cycle. In the second circumstance, characteristic of unstable wetland shores and generally affecting smaller areas, coastal erosion ensures that episodes of deposition in the high intertidal zone last no more than a few centuries. The typical response is a series of regressive overlaps (emergence sequence) in erosively based high mudflat and salt-marsh silts that record, commonly as annual banding, exceptionally high deposition rates and a state of strong disequilibrium. Environmental change, including creek development, and sea-level movement are uncoupled. Only if deposition proceeds for a sufficiently long period, so that marshes mature, are equilibrium and close coupling regained. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Bronze Age human ecodynamics in the Humber estuary

For much of lowland Britain during the Holocene one important factor in determining environmental change was sea level fluctuation. A net rise of circa 20 m, within an oscillating short term picture of transgression and regression, caused significant short to medium term challenges for people exploiting those resources. During transgression phases estuarine creek systems extended landwards, and during the final transgression phase, widespread sedimentation took place, allowing for the development of saltmarshes on tidal flats. In later prehistory the exploitation of lowlands and estuarine wetlands was predominantly for fishing, waterfowling and pastoral use, and this paper explores the human ecodynamics of the intertidal zone in the Humber estuary during the Bronze Age. Results of the Humber Wetlands Project's recent estuarine survey, will be used to argue that following a marine transgression circa 1500 cal BC, the foreshore was fully exploited in terms of food procurement. Furthermore the construction of hurdle trackways allowed access across expanding tidal creek systems to be maintained. This not only shows continued use of the most productive environments, and provides evidence for selective use of woodland, but also the continued exploitation of the intertidal zone may have played a role in the evolution of social and political structures in this area during the Bronze Age.

Early larval development in the laboratory of Alpheus estuariensis (Crustacea: Caridea) from the Amazon Region

O presente estudo descreve e ilustra em detalhes os quatro primeiros estágios de Alpheus estuariensis Christoffersen, 1984 a partir de larvas cultivadas em laboratório. Duas fêmeas ovígeras foram coletadas no canal de maré do estuário de Bragança, estado do Pará, nordeste do Brasil. Após a eclosão, as larvas foram colocadas em pequenos recipientes (com 10 larvas em cada). As fêmeas foram depositadas no Museu Paraense Emilio Goeldi (MPEG 0803) e as larvas de cada estágio larval no Museu zoológico da Universidade de São Paulo (MUSP18452). Foram dissecadas 10 larvas e exúvias com finas agulhas sob um microscópio ocular. Comparações morfológicas com outros estudos reportados sobre o desenvolvimento larval de espécies de Alpheus são brevemente discutidas.

A ictiofauna no monitoramento da qualidade ambiental em um distrito industrial do estuário amazônico

Vila do Conde está localizada no município de Barcarena, Pará, Brasil. Nesta região está concentrado um importante pólo industrial de mineração, constituindo um fator de risco para a qualidade da água. Diante do exposto, este trabalho teve o objetivo de avaliar a qualidade da água no ambiente estuarino localizado no entorno de Vila do Conde utilizando a ictiofauna como bioindicador e o fígado de duas espécies de peixes como biomarcador histopatológico. As coletas do material abiótico (água) e da ictiofauna ocorreram em três áreas considerando os diferentes níveis de impacto: Zona 1, localizado no entorno do terminal portuário e industrial de Vila do Conde, considerada como alto risco de contaminação; Zona 2, localizada na ilha do Capim, na divisa dos municípios de Barcarena e Abaetetuba, classificada com risco médio de impacto; Zona 3, localizada na ilha das Onças, município de Barcarena, classificada com risco minímo por está distante das fontes de contaminação. Para todas as áreas de estudo foram feitas amostragens tanto no ambiente de canal quanto no canal de maré ao longo de quatro coletas bimestrais -, transição chuvoso para o seco (Junho 2009), seco (Setembro 2009), transição seco para chuvoso (Janeiro 2010) e período chuvoso (Abril 2010), no período de um ano de coleta. Para a obtenção dos dados foram utilizados rede de emalhar e rede de tapagem. Como forma de abordar diferentes vertentes sobre a qualidade da água em Vila do Conde, este trabalho foi dividido em etapas. A primeira etapa consistiu do uso da ictiofauna como bioindicadora (capítulo 1). Na segunda etapa foram selecionadas duas espécies abundantes com hábitos alimentares distintos, Plagioscion squamosissimus e Lithodoras dorsalis, para avaliar a saúde do ambiente através da utilização do fígado como iomarcador histopatológico (capítulo 2). Por fim todas as famílias de descritores da comunidade estudadas nos capítulos 1 e 2 foram integralizadas através do uso de índices de integridade biológica (capítulo 3). A análise da ictiofauna como bioindicadora mostrou que, para os dois ambientes (canal e igarapé), considerando as várias famílias de descritores, foi evidente a composição diferenciada entre os locais. Das 77 espécies capturadas, apenas 23 foram encontradas na zona 1. Adicionalmente, também foi observada a diminuição de organismos de grande porte. Este decréscimo foi considerado como uma resposta ecológica inicial as alterações antrópicas. A análise dos biomarcadores, feito através do estudo histopatológico do fígado se mostrou eficiente e demonstrou que presença antrópica naquela região está afetando a saúde da P. squamosissimus e L. dorsalis. O MAV (Mean Assessment Values), HAI (Histological Alteration Index) e o MDS (multidimensional scaling) mostraram claramente as diferenças entre as áreas estudadas. Nas áreas em que existe o contato mais próximo com o porto e as indústrias, as alterações foram mais severas e algumas consideradas irreversíveis para as duas espécies. As principais lesões encontradas nas duas espécies foram: o aumento do centro melanomacrófagos, degeneração gordurosa, inflamação nos hepatócitos, hepatite, congestão nos vasos e necrose focal. As alterações hepáticas observadas neste estudo foram mais intensas em P. squamosissimus que é carnívora e se alimenta na área de estudo predominantemente de camarão. Através dos índices de integridade todas as informações sobre a comunidade descritas anteriormente foram agregadas e denominadas de métricas. Para os dois ambientes (canal e igarapé), a curva de biomassa/dominância ABC mostrou que as zonas 1 e 2 apresentaram alterações, sendo estas áreas classificadas como moderadamente impactadas. Os índices BHI (Estuarine biological health index), EFCI (Estuarine fish community índex), TFCI (Transitional fish classification índex) e EBI (Estuarine biotic integrity index) foram considerados excelentes indicadores de integridade nas áreas de estudos e foram eficientes em mostrar alterações graves da comunidade de peixes na zona 1. Quanto à zona 2, já foi possível observar algum tipo de alteração no ambiente, mostrando que a contaminação não está se restringindo apenas ao entorno de Vila do Conde. As metodologias aplicadas foram capazes de detectar as interferências antrópicas na área de estudo e podem para ser replicadas em outros ambientes estuarinos. Entretanto, estudos mais detalhados e por um maior período de tempo ainda são necessários em Vila do Conde, principalmente relacionadas à bioacumulação de metais pesados nas principais espécies consumidas.

Abordagem multicriterial e indicadores ecológicos e econômicos utilizados na identificação de áreas prioritárias para a conservação da ictiofauna no estuário amazônico, Brasil

Este estudo foi dividido em três etapas: (1) caracterização da distribuição espaço temporal da ictiofauna na área de transição do ambiente limnico e marinho (capítulo 1); (b) utilização de descritores de comunidade como forma de determinar a estrutura da comunidade e o uso do habitat pela ictiofauna (capítulo 2) e (3) utilização dos descritores da comunidade estudados nos capítulos 1 e 2, como critérios na elaboração de indicadores (integrados em ambiente SIG) para definir áreas prioritárias e cenários para a conservação da ictiofauna (capítulo 3). As coletas da ictiofauna ocorreram no canal principal e nos canais de maré entre os anos de 2004 a 2011 nos períodos seco (julho a dezembro) e o chuvoso (janeiro a junho), utilizando-se, como artes de pesca, a rede de emalhe, rede de arrasto e tapagem, em três importantes zonas do estuário Amazônico: as baías de Guajará e Marajó e foz do rio Guamá. Foram capturados um total de 41.516 exemplares que corresponderam a uma ictiofauna composta de 136 espécies, 38 famílias e 12 ordens. A eficiência da amostragem foi consideravelmente boa, pois aproximadamente 90% da ictiofauna foi coletada em cada área de estudo. A distribuição espaço temporal da ictiofauna na área de transição do ambiente limnico e mesohalino, mostrou que a riqueza de espécies aumenta no sentido do rio Guamá em direção à baía do Marajó, juntamente com o aumento da salinidade. Em relação aos grupos funcionais tróficos, piscívoros (PV) e zoobentívoros (ZB) foram os dominantes em todas as áreas. Os descritores da comunidade revelaram para o canal principal, os maiores valores de abundância relativa em biomassa e número para a baía do Marajó. Em relação ao canal de maré, a abundância em biomassa foi maior para a baía do Guajará. O canal principal é utilizado para criadouro e crescimento de juvenil, com 90% dos indivíduos em estágio gonadal imaturo. Os indicadores diversidade do ambiente (DA), uso do habitat (UH), abundância relativa (CPUE), saúde do ambiente (SA) e relação com a pesca (RP), apresentaram prioridades de conservação considerada média e alta, ao longo da área de estudo. Assim como os cenários ecológicos e econômicos que, respectivamente, mostraram uma prioridade considerada média-alta e alta-muito alta de conservação da ictiofauna na porção mais ao norte da baía de Marajó e para o período seco. As metodologias aplicadas determinaram a importância ecológica da área de estudo, enfatizando a heterogeneidade entre as mesma e que portanto, não podem ser consideradas como um único ambiente. Quanto a abordagem multicriteral adotada, não há precedentes para o estuário amazônico. Esta metodologia mostrou-se eficaz ao oferecer, através dos diferentes cenários, uma gama de opções que permite ao tomador de decisões explorar a problemática da melhor forma possível ou então utilizá-la como parte integrante de um processo de tomada de decisão.

Acute toxicity of sodium metabisulphite on mangrove crab Ucides cordatus (Decapoda, Ucididae)

O metabissulfito de sódio é um sal habitualmente usado no cultivo de camarão a fim de se evitar a melanose. Infelizmente o efeito toxicológico deste xenobiótico em caranguejos decápodes é desconhecido. O presente estudo objetiva investigar o LC₅₀ - 96 h do metabissulfito de sódio na espécie Ucides cordatus em manguezal. A coleta dos caranguejos foi realizada nas margens do canal de maré estuarino em Bragança/PA. Os caranguejos foram submetidos a um teste preliminar (screening) e posteriormente ao teste definitivo, e foram expostos a cinco concentrações diferentes e um grupo controle com cinco repetições, com dois caranguejos por recipiente (5 L) durante 96 horas. Houve correlação negativa no aumento da concentração de metabissulfito de sódio com o oxigênio dissolvido e pH. No final do experimento foram obtidos os seguintes níveis de índice de mortalidade em relação s concentrações de metabissulfito de sódio: 100% em 86,0 mg.L^-1, 74% em 62,0 mg.L^-1, 52% em 52,0 mg.L^-1, 44% em 38,0 mg.L^-1. O valor da LC₅₀ 96h para U. cordatus foi determinado em 42,58 mg.L^-1/Na₂S₂O₅. Os resultados indicam que o metabissulfito de sódio é tóxico para U. cordatus e este caranguejo pode ser usado para biomonitoramento do impacto ambiental.

A comunidade zooplanctônica em um canal de maré no estuário do rio Caeté, Bragança (Pará, Brasil)

Poucos são os estudos realizados sobre zooplâncton em estuários na região Bragantina do Estado do Pará. Este trabalho foi realizado em um canal de maré, denominado de Furo do Chato, próximo a localidade de Ajuruteua. Município de Bragança, no litoral do Estado do Pará, e teve por objetivo estudar a composição qualitativa e quantitativa do zooplâncton, bem como as variações sazonais em função das variáveis ambientais, Durante o período de agosto/96 a janeiro/97 foram feitas oito campanhas a cada três semanas, com obtenção de amostras a cada duas horas, durante 24 horas. O Furo do Chato é um canal de maré com forte influência costeira. Assim, a maior parte dos representantes do zooplâncton encontrados são de origem costeira. Além de componentes holoplanctônicos e meroplanctônicos, as amostras de zooplâncton no Furo do Chato apresentaram representantes da fauna bentônica. Dez filos foram identificados: Protozoa, Mollusca, Chordata, Annelida, Cnidaria, Arthropoda, Urochordata, Chaetognatha, Nematoda e Bryozoa. A classe Copepoda teve maior representatividade, tanto pela densidade, pela biomassa como Oela freqüência de ocorrência nas amostras. As categorias mais abundantes e frequentes (>40%) foram Pseudodiaptomus marshi, Acartia iilljeborgi, A. tonsa, Harpacticoida, Sagitta sp., Oiko pleura dioica, Cnidaria, lsopoda, zoeas de caranguejo, pós-larvas de camarão e alevinos de peixes. A abundâncias médias foram baixas (1,07 indiv./m³e 16,43 mg/m³). A comunidade do zooplâncton é mais abundante nos meses de transição do que no período seco A maiores abundâncias ocorreram em geral à noite e durante as marés de sizígia. Contudo, o ciclo diário de marés, a salinidade e as fases lunares não influenciaram a variabilidade do zooplâncton como um todo, mas apenas em algumas categorias isoladamente.

A synthesis of dominant ecological processes in intensive shrimp ponds and adjacent coastal environments in NE Australia

One of the key environmental concerns about shrimp farming is the discharge of waters with high levels of nutrients and suspended solids into adjacent waterways. In this paper we synthesize the results of our multidisciplinary research linking ecological processes in intensive shrimp ponds with their downstream impacts in tidal, mangrove-lined creeks. The incorporation of process measurements and bioindicators, in addition to water quality measurements, improved our understanding of the effect of shrimp farm discharges on the ecological health of the receiving water bodies. Changes in water quality parameters were an oversimplification of the ecological effects of water discharges, and use of key measures including primary production rates, phytoplankton responses to nutrients, community shifts in zooplankton and delta(15)N ratios in marine plants have the potential to provide more integrated and robust measures. Ultimately, reduction in nutrient discharges is most likely to ensure the future sustainability of the industry. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Patterns of nutrient exchange in a riverine mangrove forest in the Shark River Estuary, Florida, USA

This study aimed to evaluate tidal and seasonal variations in concentrations and fluxes of nitrogen (NH4 +, NO2+NO3, total nitrogen) and phosphorus (soluble reactive phosphorus, total phosphorus) in a riverine mangrove forest using the flume technique during the dry (May, December 2003) and rainy (October 2003) seasons in the Shark River Estuary, Florida. Tidal water temperatures during the sampling period were on average 29.4 (± 0.4) oC in May and October declining to 20 oC (± 4) in December. Salinity values remained constant in May (28 ± 0.12 PSU), whereas salinity in October and December ranged from 6‒21 PSU and 9‒25 PSU, respectively. Nitrate + nitrite (N+N) and NH4+ concentrations ranged from 0.0 to 3.5 μM and from 0 to 4.8 μM throughout the study period, respectively. Mean TN concentrations in October and December were 39 (±0.8) μM and 37 (±1.5) μM, respectively. SRP and N+N concentrations in the flume increased with higher frequency in flooding tides. TP concentrations ranged between 0.2‒2.9 μM with higher concentrations in the dry season than in the rainy season. Mean concentrations were <1. 5 μM during the sampling period in October (0.75 ± 0.02) and December (0.76 ± 0.01), and were relatively constant in both upstream and downstream locations of the flume. Water residence time in the flume (25 m2) was relatively short for any nutrient exchange to occur between the water column and the forest floor. However, the distinct seasonality in nutrient concentrations in the flume and adjacent tidal creek indicate that the Gulf of Mexico is the main source of SRP and N+N into the mangrove forest.

Flux of organic carbon in a riverine mangrove wetland in the Florida Coastal Everglades

Short-term (daily) and seasonal variations in concentration and flux of dissolved organic carbon (DOC) were examined over 15 tidal cycles in a riverine mangrove wetland along Shark River, Florida in 2003. Due to the influence of seasonal rainfall and wind patterns on Shark River’s hydrology, samplings were made to include wet, dry and transitional (Norte) seasons. We used a flume extending from a tidal creek to a basin forest to measure vertical (vegetated soil/water column) and horizontal (mangrove forest/tidal creek) flux of DOC. We found significant (p < 0.05) variations in surface water temperature, salinity, conductivity, pH and mean concentration of DOC with season. Water temperature and salinity followed seasonal patterns of air temperature and rainfall, while mean DOC concentration was highest during the dry season (May), followed by the wet (October) and ‘Norte’ (December) seasons. This pattern of DOC concentration may be due to a combination of litter production and inundation pattern of the wetland. In contrast to daily (between tides) variation in DOC flux between the mangrove forest and tidal creek, daily variations of mean water quality were not significant. However, within-tide variation of DOC flux, dissolved oxygen content and salinity was observed. This indicated that the length of inundation and water source (freshwater vs. saltwater) variation across tidal cycles influenced water quality and DOC flux in the water column. Net DOC export was measured in October and December, suggesting the mangrove forest was a source of DOC to the adjacent tidal creek during these periods. Net annual export of DOC from the fringe mangrove to both the tidal creek and basin mangrove forest was 56 g C m−2 year−1. The seasonal pattern in our flux results indicates that DOC flux from this mangrove forest may be governed by both freshwater discharge and tidal range.

Nicole Poret retrieving decomposition bags to measure mangrove fine root decomposition rates, Shark River Slough

This material is based upon work supported by the National Science Foundation through the Florida Coastal Everglades Long-Term Ecological Research program under Cooperative Agreements #DBI-0620409 and #DEB-9910514. This image is made available for non-commercial or educational use only.

Assessing the influence and distribution of shrimp pond effluent in a tidal mangrove creek in north-east Australia

Effluent from a land based shrimp farm was detected in a receiving creek as changes in physical, chemical and biological parameters. The extent and severity of these changes depended on farm operations. This assessment was conducted at three different stages of shrimp-pond maturity, including (1) when the ponds were empty, (2) full and (3) being harvested. Methods for assessing farm effluent in receiving waters included physical/chemical analyses of the water column, phytoplankton bioassays and nitrogen isotope signatures of marine flora. Comparisons were made with an adjacent creek that served as the farms intake creek and did not directly receive effluent. Physical/chemical parameters identified distinct changes in the receiving creek with respect to farm operations. Elevated water column NH4+ (18.5+/-8.0 muM) and chlorophyll a concentrations (5.5+/-1.9 mug/l) were measured when the farm was in operation, in contrast to when the farm was inactive (1.3+/-0.3 muM and 1.2+/-0.6 mug/l, respectively). At all times, physically chemical parameters at the mouth of the effluent creek, were equivalent to control values, indicating effluent was contained within the effluent-receiving creek. However, elevated delta(15)N signatures of mangroves (up to similar to8parts per thousand) and macroalgae (up to similar to5parts per thousand) indicated a broader influence of shrimp farm effluent, extending to the lower regions of the farms intake creek. Bioassays at upstream sites close to the location of farm effluent discharge indicated that phytoplankton at these sites did not respond to further nutrient additions, however downstream sites showed large growth responses. This suggested that further nutrient loading from the shrimp farm, resulting in greater nutrient dispersal, will increase the extent of phytoplankton blooms downstream from the site of effluent discharge. When shrimp ponds were empty water quality in the effluent and intake creeks was comparable. This indicated that observed elevated nutrient and phytoplankton concentrations were directly attributable to farm operations. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.