Efectos ecológicos de la acuicultura en el poblamiento de poliquetos asociados a fondos blandos

Résumé

Los sedimentos blandos cubren la mayor parte de los fondos marinos, estos son definidos como hábitats poco estructurados y caracterizados por la movilidad y la inestabilidad de sus partículas. La sobreexplotación de los recursos marinos, como la acuicultura, pueden alterar entre otras cosas, los procesos ecológicos de estos sedimentos. El hábitat bentónico puede verse afectado por los restos originados por el pienso sin ingerir o las heces, que incrementan la materia orgánica que llega al fondo marino. Esta incremento de materia orgánica producen un mayor consumo de oxígeno, y cuando este se agota, bacterias anaerobias continúan la degradación de dicha materia orgánica. Algunas de estas bacterias producen metabolitos tóxicos como resultado de su respiración, como por ejemplo el sulfuro de hidrógeno, el amonio o el metano, que afectan negativamente a la comunidad bentónica. Por ello, es necesario el establecimiento de un marco regulador para promover una acuicultura sostenible. En las últimas décadas, y más concretamente desde la creación de la Directiva Marco del Agua (WFD, 2000/60/EC) y la Directiva Marco de Estrategias Marinas (MSFD, 2008/56/EC), se han desarrollado muchos y diferentes protocolos y bioindicadores para la evaluación del estado ecológico del medio, y poder cumplir así con los Objetivos de Calidad Ambiental que marcan dichas directivas. En España se realizó un plan de vigilancia ambiental en 2012 por la Junta Nacional Asesora de Cultivos Marino (JACUMAR) donde se definieron los estándares de calidad ambiental para el hábitat bentónico y pelágico. Para realizar dichos planes de vigilancia ambiental, se emplean bioindicadores, entre los que se encuentra la clase Polychaeta o poliquetos. Este grupo de anélidos ha sido muy estudiado porque contiene especies bioindicadores, tanto tolerantes como sensibles a contaminación por enriquecimiento de materia orgánica. Entender las relaciones entre los poliquetos y el sedimento es muy importante para comprender la influencia del enriquecimiento orgánico proveniente de las piscifactorías sobre el hábitat bentónico. El sedimento influye notablemente en la estructura del poblamiento de los poliquetos. Además, los poliquetos, al igual que otros organismos del bentos juegan un papel importante en la descomposición e incorporación de la materia orgánica y en la aireación de los sedimentos. Sin embargo, todavía se puede trabajar más en la línea de homogenización de protocolos, y lo que es más importante, hacer estos protocolos económicamente accesibles para los piscicultores y fáciles de interpretar para los gestores. La comunidad de poliquetos es una buena herramienta, pero todavía se puede conocer mejor los procesos ecológicos relacionados con la acuicultura que les afectan. Además, hay una falta de información sobre como la estructura del sedimento afecta a la biogeoquímica del sedimento bajo condiciones de enriquecimiento orgánico. Por lo tanto, el objetivo general de esta Tesis Doctoral es mejorar el conocimiento sobre la interacción entre las diferentes circunstancias de enriquecimiento orgánico debido a la acuicultura y la comunidad de poliquetos, teniendo en cuenta los diferentes tipos de sedimentos, con el propósito de proporcionar recomendaciones para los programas de vigilancia ambiental que contribuirán a conseguir una acuicultura sostenible. Tras un primer capítulo de introducción a la problemática, el capítulo 1 supone un estudio de una granja marina de engorde de dorada y lubina según el plan de vigilancia ambiental propuesto por JACUMAR. De esta manera pudimos analizar la viabilidad del plan de vigilancia ambiental, así como estudiar con un ejemplo real las ventajas y desventajas de las variables seleccionadas en dicho plan. Los resultados obtenidos mostraron que el plan de vigilancia ambiental de JACUMAR está formado por métodos y herramientas muy útiles para la vigilancia ambiental de la acuicultura. Sin embargo, se detectó heterogeneidad espacial en el análisis univariante de las variables experimentales y en el análisis multivariante de la comunidad de poliquetos. Esta variabilidad espacial puede ser debida a la fragmentación del hábitat y por tanto, puede ser resuelta incrementado el diseño experimental, por ejemplo, añadiendo replicación espacial para incrementar la resolución estadística. Por otra parte, en este capítulo se resaltó la posibilidad de reducir todavía más las variables a medir, por ejemplo el potencial redox y la concentración del isótopo δ15N, haciendo así el estudio más económico y viable, al reducir también el esfuerzo tecnológico, que supone por ejemplo trabajar con isótopos estables. La concentración de sulfuros y la comunidad de poliquetos fueron las variables que mejor reflejaron la interacción de las jaulas de engorde con el sedimento. A pesar de que el análisis multivariante de la comunidad de poliquetos proporciona información detallada sobre el estado ecológico del sedimento, se podría completar con información ecológica sobre las familias de poliquetos, pudiendo evitar posibles confusiones en los resultados. Cuando se detecte que la población está cambiando, sería mejor conocer si las familias que proliferan o desaparecen son catalogadas como sensibles o tolerantes. Dado que los poliquetos son una buena herramienta para la vigilancia ambiental, se realizó en el capítulo 3 un estudio del comportamiento de la comunidad de poliquetos a nivel de familia en 10 piscifactorías españolas, 8 de ellas en el Mediterráneo y 2 en el Atlántico, para observar el efecto de las jaulas sobre el fondo marino. Dicho análisis se realizó mediante un meta-análisis de 20 familias de poliquetos, las cuales estaban presentes en las 10 instalaciones estudiadas. De las 20 familias estudiadas, 6 fueron catalogadas como familias tolerantes, resistían debajo de las jaulas o incluso aumentaban su abundancia: Capitellidae, Dorvilleidae, Glyceridae, Nereididae, Oweniidae and Spionidae. Y 8 como familias sensibles, que tendían a reducir su abundancia o incluso desaparecer bajo el efecto de las jaulas: Magelonidae, Maldanidae, Nepthyidae, Onuphidae, Paralacydonidae, Paraonidae, Sabellidae and Cirratulidae. Las otras 6 familias restantes se podían encontrar en algunas instalaciones en los controles y en otras debajo de las jaulas. Los poliquetos a nivel de familia siguen siendo una buena herramienta en la vigilancia ambiental. A parte de la estructura de la comunidad de poliquetos se analizaron algunas variables ambientales como el porcentaje de limos y arcillas, el porcentaje de materia orgánica, la cantidad de sulfuros libres totales, sulfuros totales, nitrógeno total, carbono orgánico total y la composición isotópica de 15N. De todas ellas, la cantidad de sulfuros totales, el porcentaje de limos y arcillas y la composición isotópica de 15N fueron las que más relación tenían con la estructura de la comunidad de poliquetos. Dado que el tipo de sedimento juega un papel importante en la biogeoquímica del sedimento, en el capítulo 4 se realizó un estudio con sedimentos de distinto tamaño de grano. A través de un experimento de mescosmos, se observaron las diferencias entre un sedimento arenoso y un sedimento fangoso bajo dos niveles de enriquecimiento orgánico, un enriquecimiento leve con residuos de mejillones y un enriquecimiento alto con residuos de jaulas de dorada. Para simular el efecto de la bioturbación y bioirrigación de los sedimentos a través de la fauna bentónica se añadieron al experimento poliquetos de la especie Hediste diversicolor (O.F. Müller, 1776). El resultado fue que dicho poliqueto estimuló la mineralización y el reciclado de nutrientes. Los sedimentos fangosos acumulan mayores cantidades de materia orgánica de manera natural que los sedimentos arenosos, por ello, el resultado fue una mayor tasa de reducción de sulfato en comparación con sedimentos arenosos. En condiciones de enriquecimiento orgánico leve, el tamaño del grano del sedimento no tuvo efectos en los flujos bentónicos (consumo de oxígeno del sedimento, CO2 total, amonio, nitrato, nitrito y fosfato). Sin embargo, a mayores niveles de enriquecimiento orgánico, los sedimentos arenosos acumularon menos materia orgánica, menos sulfuro, y menos amonio que los sedimentos fangosos, mientras que los resultados de oxígeno consumido por el sedimento fueron similares. Siguiendo la misma línea de investigación sobre la influencia del tamaño del grano, en el capítulo 5 se realizó un experimento en el mar con unidades experimentales para tratar de reducir el efecto de la heterogeneidad espacial a la hora de realizar un plan de vigilancia ambiental. Las unidades experimentales fueron rellenadas con dos tipos de sedimentos, arena y fango, previamente defaunado. Se colocaron en dos áreas de referencia y debajo de dos instalaciones de engorde de dorada y lubina. Tras un mes, se recolectaron y se estudió la estructura de la comunidad de poliquetos a nivel de especie, para luego poder usar el índice biótico AMBI (AZTI Marine Biotec Index). También se realizó un análisis multivariante de las especies de poliquetos. La cantidad de sulfuros, el tamaño del grano y el porcentaje de materia orgánica también fueron medidos para describir mejor los procesos de las bandejas experimentales. Tanto el índice biótico AMBI como el análisis multivariante dieron información precisa sobre el estado ecológico de las unidades experimentales, detectando grandes diferencias con las unidades experimentales colocadas en las áreas de referencia. Las unidades experimentales de arena mostraron una mayor sensibilidad para detectar cambios debidos al enriquecimiento de materia orgánica que las unidades experimentales de fango. Las especies de poliquetos que mejor mostraban estos cambios eran Capitella capitata, Spiochaetopterus costarum, Capitella minima, Pseudopolydora pulchra y Aricidea (Strelzovia) claudiae en las jaulas de piscifactoría; y, Gallardoneris ibérica, Micronephtys stammeri, Sternaspis scutata y Ampharete lindstroemi en las áreas de referencia sin enriquecimiento orgánico proveniente de las jaulas. Las unidades experimentales pueden ser usadas como una herramienta fiable en la vigilancia ambiental de piscifactorías, pese a que estos eran unos estudios muy preliminares. En relación a los trabajos presentados en esta tesis, se destaca que pese a los efectos negativos que la acuicultura puede tener sobre el medio marino y concretamente en el hábitat bentónico, es posible alcanzar una acuicultura sostenible que mantenga los bienes y servicios del medio ambiente. Para ello es importante entre otros aspectos, un buen emplazamiento de las instalaciones, donde se tenga en cuenta el tipo de fondo y de sedimento. Siendo los sedimentos blandos y, concretamente lo arenosos, los más idóneos para las instalaciones de acuicultura por su mayor resiliencia y menor acumulación de residuos, lo que se traducen en un sedimento con mayor calidad ecológica. Por otro lado, disponer de herramientas útiles, sencillas y asequibles para evaluar el estado ecológico del fondo marino favorece el desarrollo de planes de seguimiento ambiental y con ello una acuicultura más sostenible. El estudio del poblamiento de poliquetos a nivel de familia junto con la cantidad de sulfuros acumulados en el sedimento han demostrado a través de toda esta tesis ser herramientas muy útiles en la evaluación del estado ecológico del ecosistema bentónico. Las unidades experimentales de recolonización pueden ser usadas como herramienta para evaluar la influencia de las piscifactorías en mar abierto disminuyendo el efecto de la fragmentación del hábitat.