8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 251 POPULATION ASYMMETRY OF BENTHIC MACROPHYTES AS AN EARLY WARNING INDICATOR OF ANTHROPOGENIC STRESS IN COASTAL ECOSYSTEMS S. Orfanidis, V. Papathanasiou & S. Gounaris National Agricultural Research Foundation (N.AG.RE.F), Fisheries Research Institute, 640 07 Nea Peramos, Kavala, Greece (sorfanid@otenet.gr) ABSTRACT The asymmetry (skewness) of log-transformed frequency (SkLnRF) of leaf length of the marine phanerogam Cymodocea nodosa and the thallus length of the macroalga Cystoseira crinitophylla was studied as an easy measurable early indicator of anthropogenic stress in coastal ecosystems of the Gulf of Kavala, Greece. Since our knowledge of the SkLnRF spatial variability was unknown, a random nested sampling design across a gradient of anthropogenic stress was realized. The results were analyzed on a hierarchy of three (biotope, site, area) and two (biotope, site) spatial scales for C. nodosa and C. crinitophylla, respectively, using nested parametric and non-parametric ANOVA. Statistical significant variation of SkLnRF was estimated for C. nodosa only on the biotope scale having a maximum value in the biotope close to local industrial area. No statistical significant variation of SkLnRF was estimated for C. crinitophylla. These results are in accordance to local perturbation pattern. Key words: Cymodocea, spatial scale, nested design, Water Framework Directive (WFD) ΠΛΗΘΥΣΜΙΑΚΗ ΑΣΥΜΜΕΤΡΙΑ ΒΕΝΘΙΚΩΝ ΜΑΚΡΟΦΥΤΩΝ ΩΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΕΓΚΑΙΡΗΣ ΔΙΑΓΝΩΣΗΣ ΤΗΣ ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΟΥΣ ΠΙΕΣΗΣ ΣΤΑ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Σ. Ορφανίδης, Β. Παπαθανασίου & Σ. Γούναρης Εθνικό Ίδρυμα Αγροτικής Έρευνας (ΕΘ.Ι.ΑΓ.Ε), Ινστιτούτο Αλιευτικής Έρευνας, 640 07 Νέα Πέραμος, Καβάλα (sorfanid@otenet.gr) ΠΕΡΙΛΗΨΗ Μελετήθηκε η ασυμμετρία (skewness) του λογαρίθμου της συχνότητας (SkLnRF) του μήκους των φύλλων του θαλάσσιου φανερόγαμου Cymodocea nodosa και του μήκους των θαλλών του μακροφύκους Cystoseira crinitophylla στις ακτές του Νομού Καβάλας, με σκοπό να χρησιμοποιηθεί ως ένας εύκολα μετρήσιμος δείκτης έγκαιρης διάγνωσης της ανθρωπογενούς πίεσης στα παράκτια οικοσυστήματα της περιοχής. Επειδή δεν είναι γνωστή η μεταβλητότητα του SkLnRF στο χώρο ακολουθήθηκε η μέθοδος της τυχαίας ιεραρχικής καταστρεπτικής δειγματοληψίας σε διαβάθμιση ανθρωπογενούς πίεσης. Τα αποτελέσματα αναλύθηκαν με τη μέθοδο της ιεραρχικής ανάλυσης σε τρεις (βιότοπος, σταθμός, περιοχή) και δύο (βιότοπος, σταθμός) χωρικές κλίμακες για τη C. nodosa και τη C. crinitophylla, αντίστοιχα, με τη μέθοδο της ιεραρχικής παραμετρικής και μη-παραμετρικής ANOVA. Στατιστικά σημαντική διακύμανση των τιμών του SkLnRF για το είδος C. nodosa παρατηρήθηκε στην κλίμακα του βιότοπου, με το βιότοπο της Νέας Καρβάλης που βρίσκεται κοντά στη βιομηχανική ζώνη να παίρνει τη μεγαλύτερη τιμή. Αντίθετα, δεν παρατηρήθηκε καμία σημαντική διακύμανση των τιμών του SkLnRF για το είδος C. crinitophylla. Τα αποτελέσματα είναι εξηγήσιμα με βάση το υπάρχον πρότυπο ανθρωπογενούς διαταραχής στον Κόλπο της Καβάλας. Λέξεις Κλειδιά: Cymodocea, χωρική κλίμακα, Oδηγία για Ύδατα (2000/60)
252 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι κοινωνίες των θαλάσσιων βενθικών μακρόφυτων αποτελούν σημαντικά δομικά και λειτουργικά στοιχεία του παράκτιου οικοσυστήματος, οι αποκρίσεις των οποίων στις περιβαλλοντικές αλλαγές είναι προβλέψιμες από την οικολογική θεωρία (ORFANIDIS et al., 2003). Έτσι, τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιούνται ως βιοδείκτες στα προγράμματα βιο-παρακολούθησης του υδατικού περιβάλλοντος και της Οδηγίας για τα Ύδατα της Ευρωπαϊκής Ένωσης (60/2000). Επειδή τα φανερόγαμα, αλλά και ορισμένα μακροφύκη, π.χ. είδη του γένους Cystoseira, σχηματίζουν εκτενείς υποθαλάσσιους πληθυσμούς (λιβάδια), τίθεται το ερώτημα αν είναι δυνατό να αναπτυχθεί μέθοδος διάγνωσης της οικολογικής υποβάθμισης σε χαμηλότερο επίπεδο βιολογικής οργάνωσης από αυτό της βιοκοινωνίας, π.χ. σε επίπεδο πληθυσμού, ως ένα σύστημα έγκαιρης διάγνωσης της ανθρωπογενούς πίεσης. Μελετήθηκε ο συντελεστής ασυμμετρίας (skewness) τoυ λογαρίθμου της συχνότητας (SkLnRF) του μήκους των θαλλών του μακροφύκους Cystoseira crinitophylla και του μήκους των φύλλων του φανερόγαμου Cymodocea nodosa, σε διαβάθμιση ανθρωπογενούς διαταραχής στον Κόλπο της Καβάλας. Υλικά και Μέθοδοι Περιοχή Μελέτης: Οκτώ (1-8 Eικ. 1) περιοχές δειγματοληψίας στις δυτικές ακτές (τύπος υδατικού σώματος: σκληρό, ενδιάμεσου βάθους και μέτριας έκθεσης με κυριαρχία της Cystoseira crinitophylla) και δώδεκα (9-20 Εικ. 1) στις ανατολικές ακτές (τύπος υδατικού σώματος: αμμώδης, αβαθής και υπήνεμος με κυριαρχία του είδους Cymodocea nodosa) του Κόλπου Καβάλας μελετήθηκαν ως αντιπροσωπευτικοί της υφιστάμενης κατάστασης του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Σχέδιο δειγματοληψίας: Σε όλους τους σταθμούς πραγματοποιήθηκε ιεραρχική τυχαία δειγματοληψία: Στους σταθμούς 1-8 πραγματοποιήθηκαν δύο εποχικές δειγματοληψίες (Ιούλιος 2004, Απρίλιος-Μάιος 2005) σε κλίμακες βιοτόπου (κλίμακα 10 Km), σταθμού (Km), περιοχής (100 m), και στους σταθμούς 9-20 μια εφάπαξ δειγματοληψία (Ιούλιος 2004) σε κλίμακες: βιοτόπου (Km), σταθμού (100 m), περιοχής (10 m). Συνολικά συλλέχτηκαν 64 ποσοτικά δείγματα Εικ. 1. Περιοχή μελέτης. Fig. 1. Map of the studied area.
8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 253 5 4 SkLnRf 3 2 1 0 Π ερι οχή (100's of m) 1 A 2 3 B 4 -- 5 C 6 7 D 8 Σ ταθµός (Km) Α Β Γ Β ι ότοπος (10's of K m) Κ όλπος Ελευθερών Εγνατία Εικ. 2. Cystoseira crinitophylla: Μέση τιμή ±τυπικό λάθος του συντελεστή ασυμμετρίας του λογάριθμου της συχνότητας (SkLnRF) του μήκους των θαλλών (n=4). Fig. 2. Cystoseira crinitophylla: Mean ±standard error of the skweness coefficient of the log-transformed frequency (SkLnRF) of the thalli length (n=4). Cystoseira crinitophylla από βάθη 10-60 cm και 60 ποσοτικά δείγματα Cymodocea nodosa από βάθη 3-5 m, με τη μέθοδο της καταστρεπτικής δειγματοληψίας και χρήση μεταλλικού πλαισίου διαστάσεων 25x25 cm. Υπολογισμός και ανάλυση δεδομένων: Υπολογίστηκε ο SkLnRF του μήκους των θαλλών του είδους Cystoseira crinitophylla σε επίπεδο περιοχής (n=41-50) και του μήκους των φύλλων του είδους Cymodocea nodosa σε επίπεδο πλαισίου (μετρήθηκαν τα φύλλα 20 τυχαίων κάθετων ριζωμάτων/πλαίσιο). Για την ανάλυση των δεδομένων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της παραμετρικής και της μη παραμετρικής ANOVA. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ α) Cystoseira crinitophylla: Η διακύμανση του SkLnRF δεν διαφέρει σημαντικά ως προς τις Πίνακας 1. Συνοπτικές συγκρίσεις μεταξύ βιοτόπου και σταθμού ως προς τον SkLnRF του μήκους των φύλλων του είδους Cymodocea nodosa χρησιμοποιώντας παραμετρική ιεραρχική και μη παραμετρική ANOVA. Για επεξηγήσεις βλ. Εικόνα 1. Table 1. Summary of comparisons between biotope and site for the SkLnRF of the thallus length of Cymodocea nodosa using nested parametric and non-parametric ANOVA. For more details see Figure 1. Μεταβλητές df MS F p df x 2 p Βιότοπος 2 6,48 14,86 0,027 2 10,83 0,004 Σταθμός (Βιότοπος) 3 0,44 0,32 0,81 5 11,38 0,044 Περιοχή (Βιότοπος x Σταθμός) 6 1,36 1,02 0,43 11 15 0,182 Λάθος 46 1,34
254 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 5 SkLnRF 4 3 2 * * 1 0 Περιοχή (10's of m) SA 9 SB 10 SC 11 SD 12 SI 13 SJ 14 SK 15 SL 16 SE 17 SF 18 SG 19 SH 20 Σταθµός (100's of m) A B Γ E Ζ Βιότοπος (Km) Ν. Κ αρβάλη Ερατεινό Αγίασµα Εικ. 3. Cymodocea nodosa: Μέση τιμή ±τυπικό λάθος του SkLnRF του μήκους των φύλλων (n=5). Οι αστερίσκοι δηλώνουν ύπαρξη πλαισίων με λιγότερα από 20 κάθετα ριζώματα. Επιπλέον επεξηγήσεις στον Πίνακα 1. Fig. 3. Cymodocea nodosa: Mean ±standard error of leaf length SkLnRF (n=5). Asterisks indicate samples with less than 20 vertical rhizomes. Further details in Table 1. κλίμακες που εξετάστηκε (Εικ. 2, Πίνακας με αποτελέσματα στατιστικής ανάλυσης δεν δίνεται). Ωστόσο οι μεγαλύτερες τιμές του συντελεστή μετρήθηκαν στο σταθμό του Παληού, μια ημι-αστική περιοχή που δέχεται εκροές από τοπικό χείμαρρο (πολύ κοντά στις περιοχές δειγματοληψίας) καθώς και τα απόβλητα του βιολογικού καθαρισμού των αστικών λυμάτων της περιοχής. β) Cymodocea nodosa: Η διακύμανση του συντελεστή ασυμμετρίας διαφέρει σημαντικά ως προς την κλίμακα του βιοτόπου (Πίνακας 1, Εικ. 3). Οι μεγαλύτερες τιμές του συντελεστή μετρήθηκαν στο βιότοπο της Νέας Καρβάλης, ο οποίος βρίσκεται στη βιομηχανική ζώνη του Νομού Καβάλας και κοντά στις εκροές του βιολογικού καθαρισμού των αστικών λυμάτων της πόλης της Καβάλας. ΣΥΖΗΤΗΣΗ Τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής (Εικόνες 2 και 3, Πίνακας 1) δείχνουν ότι ο SkLnRF του μήκους των θαλλών του είδους Cystoseira crinitophylla και του μήκους των φύλλων του είδους Cymodocea nodosa μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένας εύκολα μετρήσιμος δείκτης έγκαιρης διάγνωσης της ανθρωπογενούς πίεσης στα παράκτια οικοσυστήματα. Γενικά, χαμηλές τιμές του SkLnRF δείχνουν μικρή, ενώ υψηλές τιμές δείχνουν μεγάλη ανθρωπογενή πίεση. Παρόμοιες μεθοδολογίες έχουν χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της οικολογικής κατάστασης παράκτιων (HACKNEY & DURAKO, 2004) και μεταβατικών (REIZOPOULOU & NICOLAIDOU, 2005) υδατικών συστημάτων. Στην εργασία οι θέσεις δειγματοληψίας τοποθετήθηκαν κατά μήκος δύο αξόνων διαβάθμισης της ανθρωπογενούς πίεσης, ενός σχετικά ήπιας μορφής, ο οποίος κατά κύριο λόγο σχετίζεται με την αστικοποίηση και τουριστική ανάπτυξη των δυτικών ακτών του κόλπου (ORFANIDIS &
8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 255 PANAGIOTIDIS, 2005) και ενός σχετικά οξείας μορφής, ο οποίος σχετίζεται με τα βιομηχανικά, γεωργικά και αστικά απόβλητα των ανατολικών ακτών του κόλπου (SYLAIOS et al., 2005). Οι τιμές του SkLnRF επιβεβαιώνουν το υπάρχον πρότυπο της ανθρωπογενούς διαταραχής. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ HACKNEY, J. W., DURAKO, M. J., 2004. Size-frequency patterns in morphometric characteristics of the seagrass Thalassia testudinum reflect environmental variability. Ecological Indicators, 4: 55-71. ORFANIDIS, S., PANAYOTIDIS, P., STAMATIS, N., 2003. An insight to the ecological evaluation index (EEI). Ecological Indicators, 3: 27-33. ORFANIDIS, S., PANAYOTIDIS, P., 2005. Implementation of Water Framework Directive (WFD) for coastal waters by using the Ecological Evaluation Index-EEI: the case of Kavala s and Maliakos Gulfs. Proc. Hellenic Conferences of Ichthyologists, pp. 237-240 (in Greek with English abstract). SYLAIOS, G., STAMATIS, N., KALLIANIOTIS, A., VIDORIS, P., 2005. Monitoring water quality and assessment of land-based nutrient loadings and cycling in Kavala Gulf. Water Research Management, 19: 713-735. REIZOPOULOU, S., NICOLAIDOU, A., 2005. Index of Size Distribution (ISD): a method for assessing disturbance in lagoons. Hydrobiologia (in press).