9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος ΙΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΩΝ ΙΧΘΥΟΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ ΣΕ ΕΝΑΝ ΑΒΑΘΗ ΚΛΕΙΣΤΟ ΚΟΛΠΟ ΣΤΗ ΔΥΤΙΚΗ ΕΛΛΑΔΑ (ΑΣΤΑΚΟΣ) Σιγάλα Κ., Παπαγεωργίου Ν., Καρακάσης Ι. Εργαστήριο Θαλάσσιας Οικολογίας, Τμήμα Βιολογίας, Πανεπιστήμιο Κρήτης, 71409 Ηράκλειο, karakassis@biology.uoc.gr Περίληψη Οι επιπτώσεις των ιχθυοκαλλιεργειών στο βενθικό οικοσύστημα μελετήθηκαν σε ιχθυοτροφείο στον κόλπο του Αστακού. Επιλέχθηκε μια σειρά από σταθμούς σε καθορισμένες αποστάσεις από τους κλωβούς (0, 5, 10, 25 και 50m), καθώς και ένας σταθμός ελέγχου, από τους οποίους ελήφθησαν δείγματα για τον προσδιορισμό γεωχημικών και μακροπανιδικών παραμέτρων. Το οξειδοαναγωγικό δυναμικό κοντά στους κλωβούς είχε αρνητικές τιμές, υποδεικνύοντας αναγωγικές συνθήκες, ενώ τα περιεχόμενα στο ίζημα σουλφίδια ήταν αυξημένα κάτω από και κοντά στους κλωβούς. Όσον αφορά τη μακροπανιδική σύνθεση των σταθμών, μέχρι και τα πέντε μέτρα απόσταση από τους κλωβούς το ίζημα παρουσίασε πολύ μικρή αφθονία, με παρουσία μόνο επιπανιδικών οργανισμών, ενώ η αφθονία και η ποικιλότητα των ειδών αυξάνονταν με την απόσταση από τους κλωβούς. Σύμφωνα με τα αποτελέσματά μας, το ίζημα και η μακροβενθική κοινότητα επηρεάζονται από το ιχθυοτροφείο έως και τα 25 μέτρα απόσταση. Λέξεις κλειδιά: βένθος, γεωχημικές παράμετροι, μακροπανίδα, Ιόνιο Πέλαγος. Effects of aquaculture in a shallow closed gulf in west greece (astakos) Sigala K., Papageorgiou N., Karakassis I. Marine Ecology Lab, Biology Dptm., University of Crete, 71409 Heraklion, Greece, karakassis@biology.uoc.gr Abstract The impact of cage culture of marine fish on the benthic environment was investigated at a commercial fish farm in Astakos Gulf (Aetoloakarnania, Greece). A transect of stations in the vicinity of the cages and a control station were sampled for macrofauna and geochemical variables, during July. Redox potential in the sediment reached negative values under and near the cages. Sulfide content in the sediment increased under the cages. Very small abundances were encountered under the cages and up to 5m from the cages, while abundance and diversity increased with the distance from the cages. The macrofaunal community was affected up to 25m from the edge of the cages. Keywords: benthos, geochemical variables, macrofauna, Ionian Sea. 1. Εισαγωγή H εντυπωσιακή ανάπτυξη των ιχθυοκαλλιεργειών τα τελευταία χρόνια, έχει προκαλέσει προβληματισμό όσον αφορά την επίδρασή τους στο περιβάλλον. Τα ιχθυοτροφεία απελευθερώνουν διαλελυμένα και σωματιδιακά απόβλητα, τα οποία επηρεάζουν την ποιότητα του νερού και θεωρούνται ως μια πιθανή αιτία ευτροφισμού στα παράκτια οικοσυστήματα (Holby & Hall, 1991), ενώ η απόθεση περιττωμάτων και αχρησιμοποίητης τροφής στο ίζημα, προκαλεί αλλαγές στο βενθικό οικοσύστημα (Karakassis et al., 1998, 1999, 2000). Αυτές οι επιπτώσεις, όσον αφορά στη μακροπανίδα, ακολουθούν το μοντέλο της μακροβενθικής διαδοχής κατά μια διαβάθμιση οργανικού εμπλουτισμού, των Pearson και Rosenberg (1978). Η ένταση του φαινομένου του οργανικού εμπλουτισμού εξαρτάται από τις πρακτικές εκτροφής καθώς και από τα φυσικά, χημικά και βιολογικά χαρακτηριστικά της περιοχής (Black, 2001). Όσον αφορά τη Μεσόγειο, οι μελέτες των επιπτώσεων των ιχθυοκαλλιεργειών στα θαλάσσια ιζήματα είναι λίγες και πρόσφατες, σε σχέση με αυτές που έχουν πραγματοποιηθεί σε βορειότερες περιοχές της Ευρώπης (Karakassis et al., 1998, 1999, 2000, 2002). -1107-
9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume ΙΙ Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν ο προσδιορισμός των επιπτώσεων ενός ιχθυοτροφείου στις ακτές του Ιονίου πελάγους, στο ίζημα και στη μακροζωοβενθική βιοκοινωνία, καθώς και ο προσδιορισμός της χωρικής κλίμακας αυτών των επιπτώσεων. Για το λόγο αυτό προσδιορίστηκαν οι τιμές γεωχημικών παραμέτρων, καθώς και η σύσταση των μακροβενθικών κοινοτήτων. Το ενδιαφέρον της μελέτης αυτής σε σχέση με άλλες ανάλογες έγκειται στο γεγονός ότι η περιοχή εγκατάστασης είναι ιδιαίτερα προστατευμένη και επομένως αναμένεται να προκύψουν οι εντονότερες δυνατές επιπτώσεις. 2. Υλικά και Μέθοδοι Η περιοχή της δειγματοληψίας βρίσκεται στο Ιόνιο Πέλαγος, κοντά στην πόλη του Αστακού, στον κόλπο Πλατυγιάλι (Εικ. 1). Πρόκειται για ένα κλειστό και ρηχό κόλπο με λασπώδες ίζημα, του οποίου το βάθος κοντά στους κλωβούς κυμαίνεται στα 12-15m. Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε τον Ιούλιο του 2007 και ελήφθησαν 5 επαναληπτικά δείγματα από 5 σταθμούς σε απόσταση 0, 5, 10, 25 και 50 μέτρων, καθώς και από έναν απομακρυσμένο σταθμό που χρησιμοποιήθηκε ως σταθμός ελέγχου. Για τη λήψη των δειγμάτων της ενδοπανίδας χρησιμοποιήθηκαν πλαστικοί κυλινδρικοί δειγματολήπτες (corers) με επιφάνεια 0.007m 2. Με βάση την ποσοτική και ποιοτική σύνθεση υπολογίστηκαν οι εξής οικολογικές παράμετροι και δείκτες: η αφθονία και η νωπή βιομάζα κάθε σταθμού ανά m 2, ο δείκτης Shannon-Wiener και ο δείκτης BFI, ενώ πραγματοποιήθηκε και ανάλυση διευθέτησης MDS. Το δυναμικό οξειδοαναγωγής (Eh) μετρήθηκε στην επιφάνεια των δειγμάτων του ιζήματος, μόλις αυτά ελήφθησαν στην περιοχή δειγματοληψίας, με ηλεκτρόδιο WTW Pt/redox. Η συγκέντρωση των σουλφιδίων (S -, HS -, H 2 S) μετρήθηκε και αυτή αμέσως μετά την εξαγωγή των δειγμάτων από το νερό με ηλεκτρόδιο Orion silver/sulfide (Brooks, 2001). Επίσης, πραγματοποιήθηκε κοκκομετρική ανάλυση ιζήματος, μέσω μηχανικού διαχωρισμού με κόσκινα για το κλάσμα της άμμου και μέσω ανάλυσης πιπέτας για το κλάσμα ιλύωςαργίλλου (Buchanan, 1971). Εικ. 1: Η τοποθεσία της μονάδας καθώς και ο σταθμός ελέγχου (Cntrl). -1108-
9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος ΙΙ 3. Αποτελέσματα Η κοκκομετρική ανάλυση ανέδειξε την διαφορετική σύσταση του ιζήματος του σταθμού ελέγχου από τους υπόλοιπους σταθμούς. Το ίζημα στους πέντε πρώτους σταθμούς αποτελείται κυρίως από ιλύ και άργιλο, ενώ ο σταθμός ελέγχου χαρακτηρίζεται από αμμώδες ίζημα Το οξειδοαναγωγικό δυναμικό παρουσίασε αρνητικές τιμές μέχρι και τα 10m απόσταση από τους κλωβούς (Εικ. 2). Επιπλέον, η συγκέντρωση των σουλφιδίων μειώνεται με την απόσταση από τους κλωβούς (Εικ. 3). Εικ. 2: Μεταβολή οξειδοαναγωγικού δυναμικού με την απόσταση από τους κλωβούς. Εικ. 3: Μεταβολή των σουφιδίων με την απόσταση από τους κλωβούς. Όσον αφορά τη μακροπανίδα, βρέθηκαν συνολικά 84 μακροπανιδικά είδη, το 69% των οποίων ανήκουν στην ταξινομική ομάδα των πολυχαίτων, το 20% στην ομάδα των καρκινοειδών, το 8% στα μαλάκια και το υπόλοιπο 3% σε λοιπά τάξα όπως σιπούνκουλα, νημερτίνοι και αραχνίδια. Στον σταθμό των 0m κυριαρχούν τα επιπανιδικά καρκινοειδή, ενώ υπάρχει και ο πολύχαιτος Capitella capitata. Στον σταθμό που απέχει 5 μέτρα από τους κλωβούς κυριαρχούν πάλι τα επιπανιδικά καρκινοειδή, ενώ βρέθηκε σε μεγάλο ποσοστό και το δίθυρο Mysella bidentatα. Στον σταθμό των 10 μέτρων, κυριαρχούσαν τόσο πολύχαιτοι (Cirratulidae και Paraonidae), όσο και καρκινοειδή, ενώ στον σταθμό των 25 μέτρων κυριαρχούν οι πολύχαιτοι (Cirratulidae, Paraonidae και Capitellidae). Και στον σταθμό των 50 μέτρων κυριαρχούν οι πολύχαιτοι, κυρίως των οικογενειών Lubrineridae, Capitellidae, Spionidae, Cirratulidae, Paraonidae και Cossuridae. Στον σταθμό ελέγχου το πρότυπο κυριαρχίας δεν είναι τόσο έντονο και σε αυτό τον σταθμό όμως, κυρίαρχη ομάδα είναι οι πολύχαιτοι. Στους πρώτους τρεις σταθμούς ο αριθμός των ατόμων και συγχρόνως και ο αριθμός των ειδών -1109-
9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume ΙΙ είναι πολύ μικροί. Όπως παρατηρούμε στον Πίνακα 1 και στο γράφημα της Εικόνας 4, η αφθονία γενικά, αυξάνεται με την απόσταση από τους κλωβούς. Πίνακας 1: Μακροπανιδικές μεταβλητές ανά δειγματοληπτικό σταθμό. Δείκτης 0m 5m 10m 25m 50m Control S 6 7 19 23 47 51 Πυκνότητα (ind/ m 2 ) 1400 743 1600 3714 9001 4486 Βιομάζα (gr/m 2 ) 116.98 52.29 3.85 8.23 79.81 4.34 Shannon 1.72 1.98 3.62 3.42 3.94 5.03 Εικ. 4: Μέση αφθονία της μακροπανίδας ανά την απόσταση από τους κλωβούς. Τα αποτελέσματα της μεθόδου διευθέτησης MDS έδειξαν ότι ισχύουν συναφή χωρικά πρότυπα αλλαγής στη σύνθεση των ειδών της μακροπανίδας. Στην MDS ανάλυση ως προς την αφθονία των ειδών (Εικ. 5), φαίνεται ευκρινώς ο διαχωρισμός του σταθμού των 50m και του σταθμού ελέγχου από τους υπολοίπους. Κατά την ανάλυση MDS ως προς τη βιομάζα των σταθμών, η ομαδοποίηση των σταθμών ήταν περισσότερο ευδιάκριτη. Κατά την αποτύπωση των περιβαλλοντικών παραμέτρων στα διαγράμματα διευθέτησης MDS, διαπιστώσαμε ότι οι τιμές των σουλφιδίων και του οξειδοαναγωγικού δυναμικού εξηγούν καλύτερα την ομαδοποίηση των σταθμών ως προς τη σύνθεση των μακροζωοβενθικών κοινοτήτων τους. Ο δείκτης BFI μειώνεται με την απόσταση από τους κλωβούς και μάλιστα η μείωση είναι εντονότερη ανάμεσα στα 0 και 5 μέτρα απόσταση από τους κλωβούς. 4. Συζήτηση Κατά την παρούσα μελέτη έγινε προσπάθεια να διευκρινιστούν μερικά από τα χαρακτηριστικά της αλληλεπίδρασης των υδατοκαλλιεργειών και του ιζήματος καθώς και της βιοκοινότητας που αναπτύσσεται σε αυτό. Όσον αφορά την χημεία του ιζήματος παρατηρήθηκαν αλλαγές κοντά στους κλωβούς καλλιέργειας, όπως οι αρνητικές τιμές του οξειδοαναγωγικού δυναμικού (αναγωγικές συνθήκες) μέχρι και τα 10m απόσταση από τα κλουβιά, που πιθανόν οφείλονται στην αυξημένη καθίζηση οργανικού υλικού από το ιχθυοτροφείο. Επιπλέον, το ίζημα στην περιοχή είναι λεπτόκοκκο και κακά ταξινομημένο, γεγονός που επιβαρύνει την κατάσταση. Έτσι, αιτιολογούνται οι αρνητικές τιμές του οξειδοαναγωγικού δυναμικού που με τη σειρά του αιτιολογεί την πολύ χαμηλή αφθονία και ποικιλότητα. Μείωση του οξειδοαναγωγικού δυναμικού σε λασπώδη ιζήματα κοντά σε ιχθυοτροφεία έχουν αναφερθεί και σε άλλες περιοχές (Karakassis et al., 2000; Lampadariou et al., 2008). -1110-
9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος ΙΙ Εικ. 5: Γραφική απεικόνιση διευθέτησης MDS σύμφωνα με την αφθονία των μακροπανιδικών ειδών των σταθμών (οι αριθμοί δηλώνουν την απόσταση (m) από τους κλωβούς). Ωστόσο, ο σταθμός ελέγχου είναι λογικό να διαθέτει υψηλότερες τιμές οξειδοαναγωγικού δυναμικού, αφού εκτός της μειωμένης προσθήκης οργανικού υλικού, το ίζημά του χαρακτηρίζεται από κόκκους μεγαλύτερης διαμέτρου. Το γεγονός ότι η μεγαλύτερη τιμή οξειδοαναγωγικού δυναμικού παρατηρήθηκε σε απόσταση 25m από τους κλωβούς μπορεί να οφείλεται στις τοπικές υδρογραφικές συνθήκες, ενώ έχει παρατηρηθεί και σε άλλες μελέτες (Lampadariou et al., 2008). Η αύξηση των σουλφιδίων κοντά στο ιχθυοτροφείο προκύπτει από υψηλούς ρυθμούς καθίζησης οργανικού υλικού, του οποίου η αποικοδόμηση από τα αερόβια βακτήρια αυξάνει την κατανάλωση του οξυγόνου. Έτσι, η μείωση των σουλφιδίων με την απόσταση από τους κλωβούς είναι αναμενόμενη και συμπληρωματική της αύξησης του οξειδοαναγωγικού δυναμικού. Όσον αφορά την μακροπανιδική σύνθεση των σταθμών, στον σταθμό κάτω από τους κλωβούς βρέθηκαν μόνο 6 είδη. Τα πέντε από αυτά είναι επιπανιδικά, ενώ ο μόνος ενδοπανιδικός οργανισμός που βρέθηκε ήταν το Capitella capitata, το οποίο είναι ιδιαίτερα ανθεκτικό, ευκαιριακό και παρατηρείται σε μεγάλες αφθονίες σε διαταραγμένες περιοχές. (Pearson & Rosenberg, 1978; Simboura & Nicolaidou, 2001). Αυτή η κατάσταση της μακροζωοβενθικής βιοκοινωνίας αιτιολογείται βάσει του χαμηλού οξειδοαναγωγικού δυναμικού, συγχρόνως με τα υψηλά ποσοστά σουλφιδίων, που υποδεικνύουν ανοξικές συνθήκες στο ίζημα. Ανοξία στο ίζημα και μικρές αφθονίες μακροπανίδας ως απόκριση σε οργανικό εμπλουτισμό από ιχθυοκαλλιέργειες έχει αναφερθεί και σε άλλες περιπτώσεις (Rosenthal & Rangeley, 1988; Kupka-Hansen et al., 1991; Holmer & Kristensen, 1992). Διαπιστώνουμε λοιπόν ευκρινή μείωση της βιοποικιλότητας κοντά στους κλωβούς, η οποία όμως ανακάμπτει σε μικρή σχετικά απόσταση από αυτούς, γεγονός το οποίο έχει παρατηρηθεί και σε άλλες περιπτώσεις υδατοκαλλιεργειών (Karakassis et al., 2000). Γενικά, η απόκριση της μακροπανιδικής βιοκοινωνίας ακολουθεί το μοντέλο των Pearson και Rosenberg, που περιγράφηκε στην εισαγωγή. Ταυτόχρονα και οι αλλαγές των γεωχημικών χαρακτηριστικών του ιζήματος περιορίζονται κοντά στα κλουβιά. Έτσι, σύμφωνα με τις ενδείξεις της παρούσας μελέτης, η βενθική βιοκοινωνία προσεγγίζει την τυπική εικόνα των αδιατάρακτων συνθηκών σε απόσταση περίπου 50m. -1111-
9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume ΙΙ 6. Βιβλιογραφικές Αναφορές Black, K.D, 2001. Environmental impacts of aquaculture. Sheffield Academic Press Ltd, UK. Pennsylvania State University Press, University Park. Brooks, K. M., 2001. An evaluation of the relationship between salmon farm biomass, organic inputs to sediments, physicochemical changes associated with those inputs and the infaunal response with emphasis on total sediment sulfides, total volatile solids and oxidation-reduction potential as surrogate endpoints for biological monitoring. Final report to the Technical Advisory Group, care of the British Columbia Ministry of Environment. Aquatic Environmental Sciences. 210pp. Buchanan, J. B.,1971. Sediment analysis. In Methods for the Study of Marine Benthos, N. Holme & A.D. Mclntyre (Eds), IPB Handbook 16, pp. 41-65. Oxford: Blackwell Scientific Publications. Holby, O., Hall, P. O. J., 1991. Chemical fluxes and mass balances in a marine fish cage farm. II. Phosphorus. Marine Ecology Progress Series,70: 263-272. Holmer, M., Kristensen, E., 1992. Impact of fish cage farming on metabolism and sulfate reduction of underlying sediments. Marine Ecology Progress Series 70: 191-201. Karakassis, I., Tsapakis, M., Hatziyanni, E., 1998. Seasonal variability in sediment profiles beneath fish farm cages in the Mediterranean. Marine Ecology Progress Series 162: 243-252. Karakassis, I., Hatziyanni, E., Tsapakis, M., Plaiti, W., 1999. Benthic recovery following cessation of fish farming: a series of successes and catastrophes. Marine Ecology Progress Series 184: 205-218. Karakassis, I., Hatziyanni, E., 2000. Benthic disturbance due to fish farming analyzed under different levels of taxonomic resolution. Marine Ecology Progress Series 203: 247-253. Karakassis, I., M. Tsapakis, 2002. Fish farming impacts in the Mediterranean studied through sediment profiling imagery. Marine Ecology Progress Series 227, 125-133. Kupka-Hansen, P., Pittman, K., Ervik, A., 1991. Organic waste from marine fish farms effects on the seabed. Marine Aquaculture and Environment: 105-119. Lampadariou, N., Akoumianaki, I., Karakassis, I., 2008. Use of the size fractionation of the macrobenthic biomass for the rapid assessment of benthic organic enrichment. Ecological Indicators 8, 729-742. Pearson, T.H. & Rosenberg, R., 1978. Macrobenthic succession in relation to organic enrichment and pollution of the marine environment. Oceanography and Marine Biology Annual Review 16: 229-311. Rosenthal, H., Rangeley, R. W., 1988. The effect of a salmon cage culture on the benthic community in a largely enclosed Bay (Dark Harbour, grand Manan Island, N. B., Canada). Fish Health Protection Strategiews, pp 207-223. Simboura, N. & Nicolaidou, A., 2001. The polychaetes (Annelida, Polychaeta) of Greece: checklist, distribution and ecological characteristics. Monographs on Marine Sciences, Series no 4. NCMR publ., 115 pp. -1112-