Δυναμική του άνθρακα και των θρεπτικών σε υγιείς και υποβαθμισμένους λειμώνες Posidonia oceanica

Abstract

Fish farming impact on carbon and nutrient (nitrogen and phosphorus) dynamics of the endemic Mediterranean seagrass Posidonia oceanica (L.) Delile was assessed in Sounion Attica (Aegean Sea, Greece) in order to detect changes in the magnitude and fate of production and nutrient incorporation with organic loading of the meadow. Two stations were selected along the direction of main currents; one (called ‘cages’) as close to the fish cages as possible (about 20 m away from the edge of the cages) at 16 m depth and one (called ‘control’) located about 1 km away from the cages at 14.5 m depth. The site was visited on bi-monthly basis for 14 months (i.e. 8 sampling events, from April 2006 to June 2007). Concentration of dissolved inorganic nitrogen and phosphorus in the water column were not significantly different between cages and control stations. Ammonium and phosphate concentration in the pore water was 2 and 3 times, respectively, higher under the cages than at the control station and was positively correlated to nitrogen and phosphorus, respectively, input and pool in the sediment. Carbon, nitrogen and phosphorus sedimentation was 4, 3 and 4, respectively, times higher at the cages station, resulting in accumulation of these elements under the cages, where concentration of carbon, nitrogen and phosphorus was 14, 9 and 1.4 times, respectively, higher than those at the control station. On annual basis, the impacted meadow took up (-7724 mmol C m⁻² yr⁻¹) dissolved inorganic carbon (DIC) whereas the pristine one released (1842 mmol C m⁻² yr⁻¹) DIC. Organic loading induced DOC release by 158%, DON by 1639%, NH4 by 122% and NO3 by 26%, in respect to the pristine community, and shifted the meadow from a typical sink (-0.3 mmol DOP m⁻² yr⁻¹, -7 mmol DIP m⁻² yr⁻¹) to a source (3 mmol DOP m⁻² yr⁻¹, 20 mmol DIP m⁻² yr⁻¹) for dissolved organic (DOP) and inorganic (DIP) phosphorus under the fish cages. Release of phosphorus from the impacted meadow and increased phosphorus input and pool in the sediment, in combination with the fact that phosphorus limited seagrass growth, resulted in accumulation of phosphorus in seagrass tissue under the cages. Biomass decreased by 64%, production by 66%, carbon, nitrogen and phosphorus incorporation by 66%, 56% and 58%, respectively, shedding by 81% and loss of carbon, nitrogen and phosphorus through shedding by 82%, 74% and 72%, respectively, under the cages. Steeper decay rates, less decomposed mass, lower litter export and less burial were recorded under the cages rather than the control station. Higher export and loss of elements through this path, representing grazing and mechanical breakage of leaves, were measured at the cages than those at the control station. Net community production and respiration decreased by 60% and 34%, respectively, under the cages. On annual basis, P. oceanica meadow at the control station produced 13.98 g C m⁻² yr⁻¹, 1.91 g N m⁻² yr⁻¹ and 0.05 g P m⁻² yr⁻¹ in excess of consumption and loss and was therefore a net sink for these elements. On the contrary, the impacted meadow was a net source of carbon and nutrients, by releasing 12.69 g C m⁻² yr⁻¹, 0.31 g N m⁻² yr⁻¹ and 0.04 g P m⁻² yr⁻¹, annually, implying divergence from metabolic balance of seagrass meadow with organic loading and possible dependence on allochthonous nutrient inputs.

Η επίδραση των ιχθυοκαλλιεργειών στη δυναμική του άνθρακα και των θρεπτικών (αζώτου και φωσφόρου) του ενδημικού Μεσογειακού θαλάσσιου φανερόγαμου Posidonia oceanica (L.) Delile μελετήθηκε στο Σούνιο Αττικής (Αιγαίο Πέλαγος), προκειμένου να διερευνηθούν αλλαγές στο μέγεθος και στην πορεία της παραγωγής και της αφομοίωσης θρεπτικών στο λειμώνα, σε σχέση με το οργανικό του φορτίο. Επιλέχθηκαν δυο σταθμοί δειγματοληψίας κατά μήκος της κατεύθυνσης των κύριων ρευμάτων της περιοχής• ένας κατά το δυνατόν πλησιέστερος στους κλωβούς, ο οποίος καλείται ‘cages’ (περίπου 20 m από την άκρη των κλωβών, στα 16 m βάθος) και ένας σταθμός μάρτυρας, ο οποίος ονομάζεται ‘control’ (περίπου 1 km από την άκρη των κλωβών, στα 14.5 m βάθος). Πραγματοποιήθηκαν διμηνιαίες δειγματοληψίες επί 14 μήνες (δηλ. 8 δειγματοληψίες, από τον Απρίλιο 2006 ως τον Ιούνιο 2007). Η συγκέντρωση του διαλυτού ανόργανου αζώτου και του φωσφόρου στη στήλη του νερού στο σταθμό cages δε διέφερε σημαντικά από αυτή του σταθμού control. Η συγκέντρωση της αμμωνίας και των φωσφορικών στο μεσοδιαστηματικό νερό ήταν, αντίστοιχα και κατά μέσο όρο, διπλάσια και τριπλάσια, στο σταθμό cages από αυτήν στο σταθμό control και σχετίστηκε θετικά με την εισροή και την δεξαμενή αζώτου και φωσφόρου, αντίστοιχα, στο ίζημα. Η καθίζηση του άνθρακα, του αζώτου και του φωσφόρου ήταν, αντίστοιχα, 4, 3 και 4 φορές υψηλότερες στο σταθμό cages από αυτήν στο σταθμό control, οδηγώντας σε συσσώρευση των στοιχείων αυτών στο σταθμό cages, όπου η συγκέντρωση του άνθρακα, του αζώτου και του φωσφόρου στο ίζημα ήταν αντίστοιχα αυξημένη κατά 14, 9 και 1.4 φορές, σε σχέση με το σταθμό control. Σε ετήσια κλίμακα, η υποβαθμισμένη κοινότητα παρουσίασε πρόσληψη (-7724 mmol C m⁻² yr⁻¹) διαλυτού ανόργανου άνθρακα (DIC) ενώ η υγιής παρουσίασε απελευθέρωση (1842 mmol C m⁻² yr⁻¹) DIC. Το θρεπτικό φορτίο στο σταθμό cages προκάλεσε αύξηση της απελευθέρωσης του διαλυτού οργανικού άνθρακα (DOC) κατά 158%, του διαλυτού οργανικού αζώτου (DOΝ) κατά 1639%, του διαλυτού ανόργανου αζώτου με τη μορφή αμμωνίας (ΝΗ₄) κατά 122% και νιτρικών (ΝΟ₃) κατά 26%, ετησίως, σε σύγκριση με το σταθμό control, και μετέτρεψε το λειμώνα από αποθήκη (-0.3 mmol DOP m⁻² yr⁻¹, -7 mmol DIP m⁻² yr⁻¹) σε πηγή (3 mmol DOP m⁻² yr⁻¹, 20 mmol DIP m⁻² yr⁻¹) για το διαλυτό οργανικό (DOP) και ανόργανο (DIP) φώσφορο. Η αυξημένη διαθεσιμότητα του φωσφόρου στο σταθμό cages, λόγω της απελευθέρωσής του από το ίζημα κατά τη διάρκεια της ανοργανοποίησης και της αυξημένης καθίζησης και συσσώρευσής του στο ίζημα και στο μεσοδιαστηματικό νερό, σε συνδυασμό με τον περιορισμό των βλαστών από το συγκεκριμένο στοιχείο οδήγησαν στην συσσώρευση του Ρ στους ιστούς του φυτού στο σταθμό cages. Η βιομάζα μειώθηκε κατά 64%, η παραγωγή κατά 66%, η αφομοίωση των άνθρακα, αζώτου και φωσφόρου κατά 66%, 56% και 58%, αντίστοιχα, η φυλλοβολία κατά 81% και η απώλεια των άνθρακα, αζώτου και φωσφόρου μέσω της φυλλοβολίας κατά 82%, 74% και 72%, αντίστοιχα, στο σταθμό cages. Υψηλότεροι ρυθμοί αποσύνθεσης, λιγότερη αποσυντεθείσα μάζα, χαμηλότερος ρυθμός εξαγωγής θρυμμάτων και μικρότερη ταφή μετρήθηκαν στο σταθμό cages από ό,τι στο σταθμό control. Μεγαλύτερη εξαγωγή φύλλων και απώλεια των στοιχείων μέσω αυτού του μονοπατιού, οι οποίες αντιστοιχούν στην απώλεια μέρους της παραγωγής και αφομοίωσης των στοιχείων στα φύλλα λόγω θήρευσης ή/και μηχανικής αποκόλλησης φύλλων, παρατηρήθηκε στο σταθμό cages από ό,τι στο σταθμό control. Η καθαρή παραγωγή και η αναπνοή του οικοσυστήματος του λειμώνα μειώθηκαν κατά 60% και 34%, αντίστοιχα στο σταθμό cages. Σε ετήσια βάση, ο λειμώνας P. oceanica στο σταθμό control αποθήκευσε 13.98 g C m⁻² yr⁻¹, 1.91 g N m⁻² yr⁻¹ και 0.05 g P m⁻² yr⁻¹ των υλικών που παρήχθησαν ετησίως, πέρα από την εξαγωγή και την απώλεια, και ως εκ τούτου ήταν μια καθαρή αποθήκη άνθρακα και θρεπτικών. Αντιθέτως, ο υποβαθμισμένος λειμώνας ήταν μια καθαρή πηγή άνθρακα και θρεπτικών, απελευθερώνοντας 12.69 g C m⁻² yr⁻¹, 0.31 g N m⁻² yr⁻¹ και 0.04 g P m⁻² yr⁻¹, ετησίως, υποδεικνύοντας ότι ο λειμώνας κάτω από το ιχθυοτροφείο αποκλίνει από τη μεταβολική ισορροπία και πιθανώς εξαρτάται από αλλόχθονες πηγές.