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El área declarada santuario de la naturaleza se encuentra emplazada en las comunas de Coelemu y Trehuaco, provincia de Itata, Región de Ñuble, y posee una superficie aproximada de 926,7 hectáreas. Está conformada por el cuerpo de agua que forma el humedal desembocadura del río Itata, de tipo estuarino, más una porción de río hasta aproximadamente 8 kilómetros aguas arriba, y los ambientes aledaños a las riberas del humedal y río Itata, más los hábitats que forman la franja de playa de arena y campo dunar asociado a la desembocadura.
El área comprende un ecosistema integrado por: una zona estuarina de alta productividad biológica y alta biodiversidad; vegetación ribereña adaptada a condiciones de anegamiento; barra y playa de fondo arenoso; matorral dunario; e islas o barras de arenas temporales o permanentes en el río Itata.
El humedal costero del río Itata constituye hábitat para más de 80 especies de aves que residen o utilizan temporalmente este humedal a lo largo del año, tanto como sitio de anidación o de descanso y alimentación de aves migratorias en alta concentración, siendo un área en extremo valiosa para la conservación del gran número de aves acuáticas residentes que habitan en el lugar durante todo el año.
Los anfibios potencialmente presentes se encuentran en categoría de Vulnerable de acuerdo a los procesos de clasificación del Reglamento de Clasificación de Especies ("RCE"): Eupsophus roseus (Sapo rosado), Calyptocephalella gayi (Rana chilena) y Pleurodema thaul (Sapito de cuatro ojos).
Las clasificadas en categoría de amenaza corresponden principalmente a aquellas que utilizan el humedal del río Itata como zonas de alimentación y descanso en migraciones neárticas y neotropicales.
Respecto a los peces, en el río Itata se describen siete especies endémicas y en total se estima que habita el 26% de todos los peces nativos citados para el país.
El santuario de la naturaleza Humedal Desembocadura del río Itata tendrá como objetos de conservación los siguientes: ecosistema estuarino; río Itata; avifauna residente y migratoria y anfibios y peces nativos.
