9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος ΙΙ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΛΙΕΥΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΗΣ ΜΗΧΑΝΟΤΡΑΤΑΣ ΣΤΟΝ ΑΡΓΟΛΙΚΟ ΚΟΛΠΟ Τσίτσικα Ε.B., Καπίρης Κ., Μαραβέλιας Χ.Δ. Ινστιτούτο Θαλάσσίων Βιολογικών Πόρων, Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών, etsitsik@ath.hcmr.gr, kkapir@ath.hcmr.gr, cmaravel@ath.hcmr.gr Περίληψη Η ανάλυση της διακύμανσης των δεδομένων αλιευτικής παραγωγής μπορεί να δώσει χρήσιμες πληροφορίες για την κατάσταση των αποθεμάτων και να συνεισφέρει στην αλιευτική διαχείριση. Για την εξέταση της υπόθεσης ότι η αφθονία των ειδών που αλιεύτηκαν με μια μηχανότρατα συσχετίζεται με τη βαθυμετρία της περιοχής, τον χώρο και τους περιβαλλοντικούς παράγοντες χρησιμοποιήθηκαν τα Γενικευμένα Αθροιστικά Μοντέλα. Τα δεδομένα συλλέχτηκαν με πειραματική μηχανότρατα το 2008 στον Αργολικό κόλπο. Βρέθηκε ότι η γεωγραφική θέση, το βάθος αλίευσης και η θερμοκρασία επηρεάζουν την αφθονία των ειδών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι περιοχές με τις υψηλότερες τιμές αφθονίας βρίσκονταν σε γεωγραφικά πλάτη ~37.45-37.51 ο Β. Αυξημένες τιμές αφθονίας καταγράφηκαν σε ρηχά νερά (<100 m) ή σε βαθύτερα νερά (~ 200 m) και σε θερμοκρασίες 16-18 ο C. Τα ευρήματα της παρούσας εργασίας συζητούνται με την προοπτική της ενσωμάτωσης επιπρόσθετων πληροφοριών για την επίτευξη εκτιμήσεων της αφθονίας και την πρόταση διαχειριστικών επιλογών στην περιοχή. Λέξεις κλειδιά: αφθονία, βάθος, Γενικευμένα Αθροιστικά Μοντέλα, θερμοκρασία, περιβάλλον. ANALYSIS OF FACTORS AFFECTING EXPERIMENTAL TRAWL FISHERY IN ARGOLIKOS GULF Tsitsika E.V., KapirisK., Maravelias C.D. Institute of Marine Biological Resources, Hellenic Centre for Marine Research, etsitsik@ath.hcmr.gr, kkapir@ath.hcmr.gr, cmaravel@ath.hcmr.gr Abstract The study of fishery production via deviance analysis can provide useful information about stock condition and enhance fishery management. Generalized Additive Models (GAMs) were used to test the hypothesis that trawl abundance is related to the bathymetry, spatial location and the temperature based variability. Data were collected during 2008 using trawl surveys in Argolikos Gulf. It was found that geographic position, water depth and temperature influence the abundance of the species. Results indicated that areas with the highest abundances were located in latitudes ~37.45-37.51 ο Ν. High abundances were recorded in shallow water depths (<100 m) or in water depths ~ 200 m and in temperatures 16-18 ο C. The findings of this analysis are discussed in the light of the need to incorporate additional information to stock abundance estimates and management scenarios in the area. Keywords: abundance, depth, environment, Generalized Additive Models, temperature. 1. Εισαγωγή Οι σχέσεις μιας εξαρτημένης μεταβλητής με τους περιβαλλοντικούς παράγοντες σπανίως είναι μονοτονική, γραμμική ή παραμετρική (Maravelias et al., 2007a,b,c). Η ανάπτυξη μοντέλων έμβιων υδρόβιων οργανισμών ενδιαιτήματος περιβάλλοντος με παραδοσιακές στατιστικές προσεγγίσεις μπορεί να αποδειχθεί προβληματική λόγω του γεγονότος ότι τα είδη συχνά εμφανίζουν πολύπλοκες, μη γραμμικές συσχετίσεις και αλληλεπιδράσεις με αβιοτικούς και βιοτικούς παράγοντες (Maravelias 1999; Maravelias & Reid, 1997). Τα Γενικευμένα Αθροιστικά Μοντέλα (Generalized Additive Models; GΑM; McCullagh & Nelder 1989; Hastie & Tibshirani 1990, Chambers & Hastie 1992; Swartzman et al., 1992) προσφέρουν μια ενδιαφέρουσα πιθανότητα υπερπήδησης αυτών των στατιστικών προβλημάτων καθώς χρησιμοποιούν λιγότερο αυστηρές υποθέσεις κανονικότητας και -1011-
9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume ΙΙ γραμμικότητας από ότι η γραμμική παλινδρόμηση (Hastie & Tibshirani, 1990; Swartzman et al., 1992). Στην παρούσα μελέτη εξετάζεται η υπόθεση η αφθονία των αλιευμάτων στον Αργολικό κόλπο να συσχετίζεται με τη βαθυμετρία και τις περιβαλλοντικές παραμέτρους της περιοχής. 2. Υλικά και Μέθοδοι Οι δειγματοληψίες πραγματοποιήθηκαν με την ερευνητική μηχανότρατα «ΦΙΛΙΑ» στον Αργολικό κόλπο το Μάρτιο, Μάιο και Αύγουστο 2008 (Πίνακας 1), στα πλαίσια της «Μελέτης της αλιευτικής βιωσιμότητας του Αργολικού κόλπου ΕΠ.ΑΛ. 2000-2006) (ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε., 2008). Πίνακας 1: Στατιστικές παράμετροι παραγόντων των τριών δειγματοληψιών. Μάρτιος Μάιος Αύγουστος Αριθμός σταθμών 13 13 14 Εύρος βάθους (m) 50-596 52-597 43-611 Εύρος θερμοκρασίας 4,6-15,0 14,9-18,4 16,9-25,6 Εύρος αλατότητας 38,9-38,9 38,7-38,9 38,8-39,8 Εύρος χλωροφύλλης 1,00-1,03 0,72-0,76 0,42-1,13 Συνολικός αριθμός ειδών 107 113 115 Συνολικός αριθμός ατόμων 40467 34904 49945 Η διερεύνηση των παραμέτρων που χρησιμοποιήθηκαν στην ανάλυση πραγματοποιήθηκε με τη μελέτη των περιγραφικών στατιστικών χαρακτηριστικών και των σημειοδιαγραμμάτων σκέδασης (scatterplots). Όλες οι παράμετροι μελετήθηκαν για τις πιθανές αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους. Για την εξέταση της διακύμανσης της αφθονίας των ειδών σε σχέση με τις γεωγραφικές συντεταγμένες γεωγραφικό μήκος και γεωγραφικό πλάτος, το βάθος αλίευσης και τις περιβαλλοντικές μεταβλητές θερμοκρασία, αλατότητα και χλωροφύλλη, χρησιμοποιήθηκαν τα Γενικευμένα Αθροιστικά Μοντέλα με τη βοήθεια του στατιστικού προγράμματος S-PLUS. Αρχικά στο μοντέλο της αφθονίας συμπεριλήφθησαν όλες οι διαθέσιμες μεταβλητές καθώς και οι πρώτου βαθμού αλληλεπιδράσεις τους. Χρησιμοποιήθηκε η κανονική κατανομή στο λογάριθμο της αφθονίας. Με διαδοχικές επαναληπτικές κινήσεις προς τα πίσω και με αποκλεισμό των μεταβλητών που δεν αποτελούν σημαντικό παράγοντα του μοντέλου (Ρ < 0,05), επιτεύχθηκε η επιλογή ενός συνόλου σημαντικών μεταβλητών. Το τελικό μοντέλο ήταν της μορφής: gam[log (αναμενόμενη αφθονία αλιεύματος) = lo(γεωγραφικό πλάτος) +lo(βάθος αλίευσης) + lo(βάθος αλίευσης:θερμοκρασία)]. Επιπρόσθετα, τα Γενικευμένα Αθροιστικά Μοντέλα χρησιμοποιήθηκαν για την απόκτηση εκτιμήσεων της χωρικής κατανομής της αφθονίας των ειδών. 3. Αποτελέσματα Από την παρούσα μελέτη φάνηκε ότι η αφθονία των ειδών επηρεάζεται σε σημαντικό βαθμό από το γεωγραφικό πλάτος, το βάθος αλίευσης και τη θερμοκρασία. Το γεωγραφικό πλάτος, το βάθος αλίευσης και η αλληλεπίδραση του βάθους αλίευσης με τη θερμοκρασία βρέθηκαν να είναι στατιστικά σημαντικές μεταβλητές (P < 0,05, Πίνακας 2). Το τελικό μοντέλο εξηγεί το 81% της συνολικής διακύμανσης. Το μεγαλύτερο μέρος της διακύμανσης εξηγείται από την κύρια επίδραση του γεωγραφικού πλάτους (58,2%), ακολουθούμενο από την αλληλεπίδραση του βάθους αλίευσης με τη θερμοκρασία (12,8%) και την κύρια επίδραση του βάθους αλίευσης (10,2%) (Πίνακας 2). -1012-
9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος ΙΙ Πίνακας 2: Επίπεδα σημαντικότητας των GAM μεταβλητών και των αλληλεπιδράσεών τους, στο τελικό μοντέλο που εφαρμόσθηκε στην αφθονία των αλιευμάτων στον Αργολικό κόλπο το 2008. Το επίπεδο σημαντικότητας ορίστηκε στο 0,05. Πηγές διακύμανσης Υπολοιπόμενοι βαθμοί ελευθερίας (df) Διακύμανση υπολοίπων (%) Πιθανότητα F (P) Αρχική διακύμανση 2,936 Κύριες επιδράσεις Γεωγραφικό πλάτος 35 1,228 (58,2) 0,049 Βάθος αλίευσης 31 0,929 (10,2) 0,033 Αλληλεπιδράσεις Βάθος αλίευσης:θερμοκρασία 24 0,554 (12,8) 0,004 Συνολικά εξηγούμενα 81% Η ανάλυση των υπολοίπων (residuals) έδειξε ότι ακολουθούν κανονική κατανομή, γεγονός που υποδηλώνει ικανοποιητική προσαρμογή του μοντέλου (Εικ. 1Α, Chambers & Hastie, 1992; Venables & Ripley, 1994). Η γραφική παράσταση του γεωγραφικού πλάτους δείχνει ότι η αφθονία αυξάνεται καθώς μετακινούμαστε προς τα βόρεια. Μεγαλύτερες τιμές αφθονίας παρουσιάστηκαν κυρίως σε γεωγραφικά πλάτη 37.45-37.51 o B (Εικ. 1Β). Η αφθονία μειώνεται με αύξηση του βάθους. Μέγιστες τιμές καταγράφονται σε ρηχά νερά (<100 m). Υψηλές τιμές αφθονίας παρατηρούνται επίσης και σε βαθύτερα νερά (~ 200 m, Εικ. 1Γ). Η γραφική παράσταση της αλληλεπίδρασης του βάθους αλίευσης με τη θερμοκρασία έδειξε ότι η αφθονία μειώνεται με αύξηση του βάθους για κάθε τιμή θερμοκρασίας άνω των 200 ο C. Σε μικρότερες τιμές θερμοκρασίας (16-20 ο C), η αφθονία μειώνεται μέχρι τα 100 m, στη συνέχεια αυξάνεται μέχρι τα 200 m και τέλος μειώνεται. Οι υψηλότερες τιμές αφθονίας καταγράφονται σε βάθη ~200 m και θερμοκρασίες 16-18 ο C (Εικ. 1Δ). Η χωρική κατανομή της GAM εκτιμούμενης (προβλεπόμενης) αφθονίας των αλιευμάτων παρουσιάζεται στην Εικ. 2. Η σύγκριση μεταξύ των καταγεγραμμένων (κατά τη διάρκεια των αλιευτικών ταξιδιών) και των προβλεπόμενων (που προήλθαν από τη μοντελοποίηση) τιμών αφθονίας έδειξε ότι τα μοντέλα είχαν προβλέψει ικανοποιητικά την χωρική κατανομή των αλιευμάτων και τις περιοχές υψηλών και χαμηλών τιμών αφθονίας. Εικ. 1: Ανάλυση υπολοίπων (Α), επιδράσεις του γεωγραφικού πλάτους (Β), του βάθους αλίευσης (Γ) και αλληλεπίδραση του βάθους αλίευσης με τη θερμοκρασία (Δ), στην αφθονία των αλιευμάτων στον Αργολικό κόλπο το 2008. Οι διακεκομμένες γραμμές αντιπροσωπεύουν δύο τυπικές αποκλίσεις από τη μέση τιμή κάθε μεταβλητής. -1013-
9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume ΙΙ Εικ. 2: Χωρική κατανομή της GAM εκτιμούμενης αφθονίας των αλιευμάτων με τις μεταβλητές γεωγραφικό πλάτος, βάθος αλίευσης και της αλληλεπίδρασης του βάθους αλίευσης με τη θερμοκρασία. 4. Συμπεράσματα - Συζήτηση Στον Αργολικό κόλπο είναι καταγεγραμμένες, σύμφωνα με στοιχεία του ΚΑΜ (31/12/2007), 7 μηχανότρατες, μέσου μήκους 21,5 μ., μέσης ισχύος 202, 7 kw, μέσης χωρητικότητας 47,1 κόρων και μέσης ηλικίας 14,8 ετών. Παρόλο που τα σκάφη μέσης αλιείας, μηχανότρατες και γρι γρι, θεωρούνται αρκετά στην περιοχή του Αργολικού, ωστόσο τα περισσότερα δουλεύουν εκτός περιοχής το μεγαλύτερο διάστημα του χρόνου. Είναι αναμενόμενη η μεγαλύτερη αφθονία ειδών που στοχεύει η μηχανότρατα στο βόρειο μέρος του κόλπου, διότι τα σκάφη αυτά δεν μπορούν να αλιεύσουν στο συγκεκριμένο κομμάτι του κόλπου, λόγω βάθους και γεωμορφολογίας πυθμένα. Η αυξημένη αφθονία των ειδών μέχρι τα 100 μ, οφείλεται κύρια λόγω της αυξημένης παρουσίας του λυθρινιού, κουτσομούρας, μπακαλιάρου και σπάρου, ενώ μέχρι τα 200 μ επικρατέστερα είδη ήταν ο μπακαλιάρος και η πεσκαντρίτσα, η κοινή γαρίδα και το θράψαλο. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης υποδεικνύουν ότι τα Γενικευμένα Αθροιστικά Μοντέλα (GAM) επιτυχημένα ανέλυσαν τη διακύμανση των δεδομένων της μηχανότρατας στην περιοχή του Αργολικού κόλπου καθώς εξήγησαν το 81% της παρατηρηθείσας διακύμανσης. Η αλιευτική παραγωγή φάνηκε να επηρεάζεται σε σημαντικό βαθμό από το γεωγραφικό πλάτος, το βάθος αλίευσης και τη θερμοκρασία. Είναι πολύ πιθανόν ότι η απόδοση των μοντέλων μπορεί να βελτιωθεί με την ενσωμάτωση επιπρόσθετων πληροφοριών όπως η διαθεσιμότητα της λείας, ο κυματισμός και το είδος του υποστρώματος. Η παρούσα μελέτη μπορεί να αποτελέσει χρήσιμο βοήθημα σε μελλοντικές έρευνες της αλιευτικής παραγωγής στον Αργολικό κόλπο, καθώς συνδυάζει βασικούς γεωγραφικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες που επηρεάζουν την αλιευτική παραγωγή της μηχανότρατας στην περιοχή. 5. Βιβλιογραφικές Aναφορές Chambers, J.M. & Hastie, T.J., 1992. Statistical Models in S. Chapman and Hall. New York. ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε., 2008. Μελέτη της αλιευτικής βιωσιμότητας του Αργολικού κόλπου (ΕΠ.ΑΛ., 2000-2006), 369 σ. Hastie, T. & Tibshirani, R., 1990. Generalized Additive Models. Chapman and Hall. London. Maravelias, C.D., 1999. Habitat selection and clustering of a pelagic fish: effects of topography and bathymetry on species dynamics. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 56: 437-450. Maravelias, C.D. & Reid, D.G., 1997. Identifying the effects of oceanographic features and zooplankton on prespawning herring abundance using generalized additive models. Marine Ecology Progress Series, 147: 1-9. Maravelias, C.D., Tsitsika, E.V. & Papaconstantinou, C., 2007a. Environmental influences on the spatial distribution of European hake (Merluccius merluccius) and red mullet (Mullus barbatus) in the Mediterranean. Ecological Research, 22: 678-685. Maravelias, C.D., Tsitsika, E.V. & Papaconstantinou, C., 2007b. Evidence of Morocco dentex (Dentex maroccanus) distribu- -1014-
9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 2009 - Πρακτικά, Τόμος ΙΙ tion in the NE Mediterranean and relationships with environmental factors determined by Generalized Additive Modelling. Fisheries Oceanography, 16 (3): 294-302. Maravelias, C.D., Tsitsika, E.V. & Papaconstantinou, C., 2007c. Seasonal dynamics, environmental preferences and habitat selection of John Dory (Zeus faber). Estuarine, Coastal and Shelf Science, 72: 703-710. Swartzman, G., Huang, C. & Kaluzny, S., 1992. Spatial analysis of Bering Sea groundfish survey data using generalized additive models. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 49: 1366-1378. Venables, W.N. & Ripley, B.D., 1994. Modern applied statistics with S-Plus. Springer-Verlag, New York. -1015-