Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας, Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών, 2

Transcript

1 ΕΠΙΠΤΩΣΗ ΤΩΝ ΙΧΘΥΟΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ στη δημογραφια και τη βιογεωχημεια του ιζηματος σε λειμωνες POSIDONIA OCEANICA Αποστολάκη Ε.Θ., 2, Holmer M. 3, Marbà N. 4, Καρακάσης Ι. 2 Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας, Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών, eapost@her.hcmr.gr 2 Τμήμα Βιολογίας, Πανεπιστήμιο Κρήτης, karakassis@biology.uoc.gr 3 Biology Inst., University of Southern Denmark, holmer@biology.sdu.dk 4 Institut Mediterrani d Estudis Avançats (CSIC-UIB), ieanmb@uib.es Περίληψη Η επίδραση των ιχθυοκαλλιεργειών στην εποχική διακύμανση της δημογραφίας και των βιογεωχημικών παραμέτρων μελετήθηκε σε ένα λειμώνα του Μεσογειακού θαλάσσιου φανερόγαμου Posidonia oceanica στο Σούνιο Αττικής (Αιγαίο Πέλαγος). Η πυκνότητα και η βιομάζα των βλαστών μειώθηκε κάτω από τους κλωβούς σε σχέση με αυτές στο σταθμό μάρτυρα. Η καθίζηση και αυτή του αζώτου και του φωσφόρου ήταν περίπου 2, 3 και 4 φορές, αντίστοιχα, υψηλότερη κάτω από τους κλωβούς, καταλήγοντας σε εμπλουτισμένα ιζήματα σε Ν και Ρ κατά 9 και.4 φορές, αντίστοιχα. Η συγκέντρωση της αμμωνίας και των φωσφορικών στο μεσοδιαστηματικό νερό ήταν 2 και 3 φορές, αντίστοιχα, μεγαλύτερη κάτω από τους κλωβούς από ό,τι στο σταθμό μάρτυρα και συσχετίστηκε θετικά με τις εισροές και τις δεξαμενές Ν και Ρ στο ίζημα, αντίστοιχα. Η βιομάζα των βλαστών σχετίστηκε αρνητικά με τη συγκέντρωση των θρεπτικών στο μεσοδιαστηματικό νερό, ενώ η παραγωγή των φύλλων και η παραγωγή της κοινότητας του λειμώνα σχετίστηκε αρνητικά με την καθίζηση, υποδεικνύοντας εκτενή απώλεια των λειμώνων λόγω των εκροών του ιχθυοτροφείου. Λέξεις κλειδιά: άζωτο, άνθρακας, ευτροφισμός, καθαρή παραγωγή κοινότητας, φώσφορος. FISH FARMING IMPACT ON demography and sediment biogeochemistry in POSIDONIA OCEANICA meadows Apostolaki E.T.,2, Holmer M. 3, Marbà N. 4, Karakassis I. 2 Institute of Oceanography, Hellenic Centre for Marine Research, eapost@her.hcmr.gr 2 Biology Dptm., University of Crete, karakassis@biology.uoc.gr 3 Biology Inst., University of Southern Denmark, holmer@biology.sdu.dk 4 Institut Mediterrani d Estudis Avançats (CSIC-UIB), ieanmb@uib.es Abstract Fish farming impact on seasonal variation of seagrass demography and biogeochemical variables of the Mediterranean seagrass Posidonia oceanica were studied in the Sounion Attica (Aegean Sea, Greece). Shoot density and biomass declined under the cages compared to those at the control station. Total sedimentation was 2 times and nitrogen and phosphorus sedimentation rates were 3 and 4 times, respectively, higher under the cages than those at the control station, resulting in N and P enriched sediments by 9 and.4 times, respectively. Ammonium and phosphate in the pore water were 2 and 3 times higher, respectively, under the cages and were positively correlated with N and P, respectively, input and pool in the sediment. Seagrass standing crop was negatively correlated with pore water nutrients, while leaf and net community production was negatively correlated with sedimentation, suggesting vast seagrass decline due to fish farming wastes. Keywords: carbon, eutrophication, net community production, nitrogen, phosphorus.. Εισαγωγή Το κυρίαρχο είδος θαλάσσιου φανερόγαμου στη Μεσόγειο, Posidonia oceanica (L.) Delile, έχει δείξει σημάδια υποβάθμισης. Ένας από τους λόγους της απώλειας αυτής είναι οι εκροές από ιχθυοτροφεία, μέσω της μείωσης της διαθεσιμότητας του φωτός κάτω από τους κλωβούς, της αύξησης των εισροών οργανικού υλικού και θρεπτικών στο ίζημα, του ανταγωνισμού με τους αυξημένους φυτοπλαγκτονικούς και επιφυτικούς οργανισμούς, της αυξημένης βόσκησης και της εισβολής -9-

2 -2-9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 29 - Proceedings, Volume ΙΙ υδρόθειου στις ρίζες του φυτού. Στόχο της παρούσας εργασίας αποτελεί η διερεύνηση πιθανής συσχέτισης των εισροών και των δεξαμενών στο ίζημα και το μεσοδιαστηματικό νερό των θρεπτικών, που εκρέουν από ένα ιχθυοτροφείο, με τη βιομάζα, την παραγωγή φύλλων και την καθαρή παραγωγή της κοινότητας του θαλάσσιου φανερόγαμου P. oceanica. 2. Υλικά και Μέθοδοι Πραγματοποιήθηκαν διμηνιαίες δειγματοληψίες επί ένα έτος (Απρίλιο 26-27) σε ένα λειμώνα P. oceanica, ο οποίος εκτείνεται κάτω από ιχθυοτροφείο στο Σούνιο Αττικής. Επιλέχθηκαν δυο σταθμοί δειγματοληψίας ένας όσο το δυνατόν κοντύτερα στους κλωβούς (περίπου 2 m από την άκρη των κλωβών, στα 6 m βάθος) και ένας σταθμός μάρτυρας (περίπου km από την άκρη των κλωβών, στα 4.5 m βάθος). Σε κάθε σταθμό και δειγματοληψία με τη βοήθεια δυτών () υπολογίστηκε η πυκνότητα των βλαστών χρησιμοποιώντας 2 πλαίσια 4 cm x 4 cm, (2) συλλέχθηκαν βλαστοί με τη χρήση πυρηνοληπτών για τη μέτρηση της βιομάζας και της παραγωγής των φύλλων, δείγματα ιζήματος με τη χρήση πυρηνοληπτών για τη μέτρηση της συγκέντρωσης του επιφανειακού (-2 cm) αζώτου και φωσφόρου, δείγματα μεσοδιαστηματικού νερού με τη χρήση συριγγών, οι οποίες έφεραν ένα διάτρητο σωληνάκι ικανό να συλλέγει δείγμα μέσα στο ίζημα σε βάθος έως cm, (3) ποντίστηκαν βενθικές ιζηματοπαγίδες για 48 ώρες για τον προσδιορισμό του οργανικού άνθρακα, αζώτου και φωσφόρου και (4) μετρήθηκε η ημερήσια μεταβολή της συγκέντρωσης του διαλυτού οξυγόνου χρησιμοποιώντας in situ βενθικούς θαλάμους, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό της καθαρής παραγωγής της κοινότητας.οι διαφορές ως προς την πυκνότητα και τη βιομάζα των βλαστών και την καθίζηση, τη συγκέντρωση στο ίζημα και τη συγκέντρωση στο μεσοδιαστηματικό νερό του αζώτου και του φωσφόρου μεταξύ των σταθμών ελέγχθηκαν χρησιμοποιώντας 2-way Analysis of Variance (ANOVA). Γραμμική παλινδρόμηση χρησιμοποιήθηκε για να δείξει πιθανή συσχέτιση μεταξύ της καθίζησης, της συγκέντρωσης στο ίζημα και της συγκέντρωσης στο μεσοδιαστηματικό νερό του αζώτου και του φωσφόρου και μεταξύ της καθίζησης και της παραγωγής φύλλων ή/και της καθαρής παραγωγής της κοινότητας P. oceanica. 3. Αποτελέσματα Η πυκνότητα των βλαστών και η βιομάζα των φύλλων (Πιν. ) ήταν σημαντικά μικρότερες (ANOVA, p <.5) κάτω από τους κλωβούς από τις αντίστοιχες τιμές στο σταθμό μάρτυρα καθόλη τη διάρκεια της μελέτης. Πίνακας : Πυκνότητα και βιομάζα των φύλλων σε κάθε δειγματοληψία. Δίνονται επίσης ο μέσος όρος και η τυπική απόκλιση για κάθε παράμετρο. Πυκνότητα βλαστών (shoots m -2 ) Βιομάζα φύλλων (g m -2 ) Κλωβοί Μάρτυρας Κλωβοί Μάρτυρας Ιούνιος Αύγουστος Οκτώβριος Δεκέμβριος Φεβρουάριος Απρίλιος Μέσος όρος Τυπική απόκλιση Η καθίζηση (422 mg m -2 d - και 249 mg m -2 d - κατά μέσο όρο στο σταθμό κάτω από τους κλωβούς και το σταθμό μάρτυρα, αντίστοιχα), αυτή του αζώτου (9.98 και 6.84 mg m -2 d - στους

3 κλωβούς και το σταθμό μάρτυρα, αντίστοιχα) και αυτή του φωσφόρου (.96 και.52 mg m -2 d - στους κλωβούς και το σταθμό μάρτυρα, αντίστοιχα) παρουσίασε στατιστικά σημαντική αύξηση κάτω από τους κλωβούς καθόλη τη διάρκεια της παρούσας μελέτης (ANOVA, p <.5). Η συγκέντρωση του αζώτου (.22% και.2% στους κλωβούς και το σταθμό μάρτυρα, αντίστοιχα) και του φωσφόρου (.3% και.2% στους κλωβούς και το σταθμό μάρτυρα, αντίστοιχα) στο ίζημα παρουσίασε επίσης στατιστικά σημαντική αύξηση (ANOVA, p <.5) κάτω από τους κλωβούς καθόλη τη διάρκεια της μελέτης. Η συγκέντρωση των θρεπτικών στο μεσοδιαστηματικό νερό αυξήθηκε σημαντικά κάτω από τους κλωβούς από ό,τι στο σταθμό μάρτυρα (ANOVA, p <.5). Η αμμωνία ήταν κατά μέσο όρο 5.9 και 2.5 ενώ τα φωσφορικά ήταν 3.5 και.3 κάτω από τους κλωβούς και στο σταθμό μάρτυρα, αντίστοιχα. Η συγκέντρωση της αμμωνίας και των φωσφορικών στο μεσοδιαστηματικό νερό σχετίστηκε θετικά με την καθίζηση και τη συγκέντρωση στο ίζημα του αζώτου και του φωσφόρου, αντίστοιχα (Πιν. 2). Η καθίζηση του αζώτου και του φωσφόρου σχετίστηκε επίσης θετικά με τη συγκέντρωση του αντίστοιχου στοιχείου στο ίζημα (Πιν. 2). Πίνακας 2: Συντελεστές και τιμές p της γραμμικής παλινδρόμησης μεταξύ της καθίζησης των στοιχείων (άζωτο και φώσφορος) και της συγκέντρωσής τους στο ίζημα και το μεσοδιαστηματικό νερό. Slope Intercept R 2 p - value Άζωτο Καθίζηση Ν - Ν ιζήματος Καθίζηση N - ΝΗ 4 μεσ. νερού N ιζήματος - ΝΗ 4 μεσ. νερού Φώσφορος Καθίζηση Ρ - Ρ ιζήματος Καθίζηση Ρ - ΡΟ 4 μεσ. νερού Ρ ιζήματος - ΡΟ 4 μεσ. νερού Η συγκέντρωση τόσο της αμμωνίας όσο και των φωσφορικών σχετίστηκε αρνητικά με τη βιομάζα των φύλλων P. oceanica (Εικ. ). Παραγωγή φύλλων (mg m -2 d - ) Καθαρή παραγωγή κοινότητας (mmol C m -2 d - ) y = -.x R 2 =.3452 p =.3 y = -.44x R 2 =.8 p = Καθίζηση (mg m -2 d - ) Εικ. : Γραμμική παλινδρόμηση μεταξύ της βιομάζας των φύλλων και της συγκέντρωσης των θρεπτικών στο μεσοδιαστηματικό νερό. Δίνεται επίσης η τιμή p για κάθε παλινδρόμηση. -2-

4 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 29 - Proceedings, Volume ΙΙ Η παραγωγή των φύλλων και η καθαρή παραγωγή της κοινότητας της P. oceanica μειώθηκαν σημαντικά με την αύξηση της καθίζησης (Εικ. 2). Βιομάζα (g m -2 ) y = -.6x R 2 =.46 p = NH 4 (μm) y = x R 2 =.387 p = PO 4 (μm) Εικ. 2: Γραμμική παλινδρόμηση μεταξύ της παραγωγής φύλλων και της καθαρής παραγωγής της κοινότητας P. oceanica και της καθίζησης. Δίνεται επίσης η τιμή p για κάθε παλινδρόμηση. 4. Συζήτηση Η καθίζηση του αζώτου και του φωσφόρου ήταν υψηλότερες κάτω από τους κλωβούς, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση των στοιχείων αυτών κάτω από τους κλωβούς σε σχέση με το σταθμό μάρτυρα. Η θετική συσχέτιση των θρεπτικών του μεσοδιαστηματικού νερού με την εισροή και την δεξαμενή των αντίστοιχων στοιχείων στο ίζημα επαληθεύει την άποψη ότι τα θρεπτικά στο μεσοδιαστηματικό νερό σχετίζονται με τις δεξαμενές του οργανικού υλικού στο ίζημα και υποδηλώνουν αυξημένη ανοργανοποίηση, η οποία συχνά μετριέται κάτω από τους κλωβούς. Παρά την αυξημένη συγκέντρωση θρεπτικών στο μεσοδιαστηματικό νερό κάτω από τους κλωβούς καθόλη τη διάρκεια της μελέτης, η οποία συνήθως συνεπάγεται αύξηση στη βιομάζα των βλαστών, η βιομάζα μειώθηκε κατά 64% κάτω από τους κλωβούς, πιθανώς λόγω της αύξησης του οργανικού υλικού και του υδρόθειου στο ίζημα. Η καθίζηση σχετίστηκε αρνητικά με την παραγωγή φύλλων των βλαστών P. oceanica, παραγωγή η οποία μειώθηκε κατά 66% κάτω από τους κλωβούς κατά τη διάρκεια της μελέτης. Η καθαρή παραγωγή της κοινότητας σχετίστηκε αρνητικά με την καθίζηση, υποδηλώνοντας ότι η επίδραση των ιχθυοκαλλιεργειών είναι εξαιρετικά επιβαρυντική τόσο σε επίπεδο είδους όσο και σε επίπεδο ολόκληρης της κοινότητας, καθιστώντας τους υποβαθμισμένους λειμώνες ανεπαρκείς στην τροφική σύνδεση της βενθικής και πελαγικής παράκτιας και ανοιχτής θάλασσας, αλλά και ομοίως ανεπαρκείς στην συνεισφορά τους στον παγκόσμιο κύκλο άνθρακα και θρεπτικών. Η απώλεια ενός λειμώνα δεν προκαλεί μόνο την απώλεια των αγαθών και των υπηρεσιών που αυτό προσφέρει, αλλά επίσης αλλοιώνει το ρόλο κλειδί που αυτοί έχουν ως δεξαμενές στον παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα και των θρεπτικών. 5. Ευχαριστίες Η διατριβή αποτέλεσε μέρος του έργου ΙΒΙΣ (3ΕΔ6), το οποίο συγχρηματοδοτήθηκε από την Ευρωπαϊκή Ένωση Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο (75% της Δημόσιας Δαπάνης), το Υπουργείο Ανάπτυξης Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας (25% της Δημόσιας Δαπάνης) και την ΚΑΣΤΕΛΛΟΡΙΖΟ Ιχθυοκαλλιέργειες Α.Ε., στο πλαίσιο του Μέτρου 8.3 του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα Γ Κοινοτικό Πλαίσιο Στήριξης. Ευχαριστούμε θερμά τους Τ. Τσαγκαράκη, Ι. Γλαμπεδάκη, Β. Πεφάνη-Βασσιλάτο, Ν. Κουρούμπαλη, Β. Στασινό, Σ. Κυπαρίσση και Γ. Μαρή για τη βοήθειά τους κατά τη διάρκεια των δειγματοληψιών και την Ε. Δαφνομήλη και τη S. Zivanovic για τη βοήθειά τους στις χημικές αναλύσεις. -22-

5 6. Βιβλιογραφικές Αναφορές Apostolaki, E. T., 28. Carbon and nutrient dynamics in pristine and impacted Posidonia oceanica meadows. PhD thesis, University of Crete. Apostolaki, E. T., Tsagaraki, T., Tsapakis, M. & Karakassis, I., 27. Fish farming impact on sediments and macrofauna associated with seagrass meadows in the Mediterranean. Estuarine, Coastal and Shelf Science 75: Delgado, O., Grau, A., Pou, S., Riera, F., Massuti, C., Zabala, M. & Ballesteros, E., 997. Seagrass regression caused by fish cultures in Fornells Bay (Menorca, Western Mediterranean). Oceanologica Acta 2: Diaz-Almela, E., Marba, N., Alvarez, E., Santiago, R., Holmer, M., Grau, A., Danovaro, R., Argyrou, M., Karakassis, I. & Duarte, C. M., 28. Benthic input rates predict seagrass (Posidonia oceanica) fish farm-induced decline. Marine Pollution Bulletin 56: Duarte, C. M., 22. The future of seagrass meadows. Environmental Conservation 29: Fourqurean, J. W., Ziemen, J. C. & Powell, G. V. N., 992. Relationships between porewater nutrients and seagrasses in a subtropical carbonate environment. Mar Biol 4: Frederiksen, M., Holmer, M., Diaz-almela, E., Marba, N. & Duarte, C. M., 27. Sulfide invasion in the seagrass Posidonia oceanica at Mediterranean fish farms: assessment using stable sulfur isotopes. Marine Ecology Progress Series 345: Hemminga, M. A. & Duarte, C. M., 2. Seagrass Ecology. Cambridge University Press, Cambridge, U.K.: 298 pp. Holmer, M. & Kristensen, E., 992. Impact of marine fish cage farming on metabolism and sulfate reduction of underlying sediments. Marine Ecology Progress Series 8: 9-2. Holmer, M. & Frederiksen, M., 27. Stimulation of sulfate reduction rates in Mediterranean fish farm sediments inhabited by the seagrass Posidonia oceanica. Biogeochemistry 85: Holmer, M., Perez, M. & Duarte, C. M., 23. Benthic primary producers - a neglected environmental problem in Mediterranean maricultures? Marine Pollution Bulletin 46: Holmer, M., Argyrou, M., Dalsgaard, T., Danovaro, R., Diaz-almela, E., Duarte, C. M., Frederiksen, M., Grau, A., Karakassis, I., Marba, N., Mirto, S., Perez, M., Pusceddu, A. & Tsapakis, M., 28. Effects of fish farm waste on Posidonia oceanica meadows: synthesis and provision of monitoring and management tools. Marine Pollution Bulletin 56: Kilminster, K. L., Walker, D. I., Thompson, P. A. & Raven, J. A., 28. Changes in growth, internode-distance and nutrient concentrations of the seagrass Halophila ovalis with exposure to sediment sulphide. Marine Ecology Progress Series 36: Marba, N., Duarte, C. M., Diaz-Almela, E., Terrados, J., Alvarez, E., Martinez, R., Santiago, R., Gacia, E. & Grau, A. M., 25. Direct evidence of imbalanced seagrass (Posidonia oceanica) shoot population dynamics in the Spanish Mediterranean. Estuaries 28: Perez, M., Garcia, T., Invers, O. & Ruiz, J. M., 28. Physiological responses of the seagrass Posidonia oceanica as indicators of fish farm impact. Marine Pollution Bulletin 56: Pergent-Martini, C., Boudouresque, C.-F., Pasqualini, V. & Pergent, G., 26. Impact of fish farming facilities on Posidonia oceanica meadows: a review. Marine Ecology 27: Ruiz, J. M., Perez, M. & Romero, J., 2. Effects of fish farm loadings on seagrass (Posidonia oceanica) Distribution, growth and photosynthesis. Marine Pollution Bulletin 42: