Struktura zgrupowań makrozoobentosu jako wskaźnik stanu środowiska w Zatoce Gdańskiej
Jan Warzocha 1, Sławomira Gromisz 1, Lena Szymanek 1, Tycjan Wodzinowski 1
1 Morski Instytut Rybacki-Państwowy Instytut Badawczy, ul. Kołłątaja 1, 81-332 Gdynia e-mail: janw@mir.gdynia.pl
Wstęp
Makrozoobentos definiowany jest jako denne zwierzęta bezkręgowe nie przechodzące przez sito o średnicy oczek 1mm. Jest to formacja stosunkowo stabilna - w porównaniu np. z planktonem - w czasie i przestrzeni, ponieważ tworzą ją zwierzęta wieloletnie i w większości osiadłe lub mobilne ale zasiedlające stosunkowo niewielkie terytorium. Cechy te sprawiają, że na osobniki oddziaływają, przez stosunkowo długi okres czasu, różnorodne, także niekorzystne, czynniki środowiskowe charakterystyczne dla określonego miejsca. Mogą one zmieniać/modyfikować strukturę zgrupowań makrozoobentosu. Dlatego, makrozoobentos uważany jest za dobry wskaźnik stanu środowiska, zwłaszcza jako wskaźnik krótkookresowych wahań czynników abiotycznych (np. natlenienia lub zasolenia), które, z przyczyn metodycznych, trudne są do bezpośredniego zmierzenia. Z drugiej strony, makrozoobentos jest w Bałtyku istotnym źródłem pokarmu dla ryb demersalnych i ptaków, stąd też długookresowe badania jego biomasy/produktywności a także struktury wielkościowej, mogą odpowiedzieć na pytanie czy dostępność pokarmu jest czynnikiem limitującym rozwój organizmów z wyższych poziomów troficznych.
Spośród wielu czynników antropogenicznych za główne zagrożenia dla funkcjonowania akwenów uważa się eutrofizację i inwazje biologiczne. Zapoczątkowany w XX wieku proces eutrofizacji doprowadził do wzrostu zawartości materii organicznej w osadach (np. Wolff i in. 1994), uruchamiając mechanizm szeregu niekorzystnych zmian w strukturze i funkcjonowaniu ekosystemów bentosowych w wielu rejonach świata. Również w tym okresie, aktywność ludzi niszczących naturalne bariery geograficzne, doprowadziła w skali całego świata do wzrostu zagrożenia inwazjami biologicznymi (np. Leppäkoski i in.
2003). Zatoka Pucka jest obszarem chronionym w ramach sieci siedlisk NATURA 2000 a jednocześnie będącym pod wpływem intensywnej działalności ludzi, stąd też, lokalne czynniki antropogeniczne mogą mieć istotny wpływ na zasiedlające ją o rganizmy. Redukcja makrozoobentosu we wschodniej części zewnętrznej Zatoki Puckiej była stwierdzona już w latach 90. ubiegłego wieku (Janas, Szaniawska 1996, Włodarska-Kowalczuk, Janas 1996, Janas i in. 2004). Obserwowane zmiany autorzy wiązali z deficytami tlenu w wodzie oraz występowaniem siarkowodoru w osadach. Redukcja makrozoobentosu na całym obszarze mulistego dna zewnętrznej Zatoki Puckiej obserwowana była w roku 2000 (Warzocha i in.2001).
Celem niniejszych badań była próba wykorzystania długookresowych danych o rozmieszczeniu liczebności i biomasie makrozoobentosu - gromadzonych w różnych projektach badawczych - do oceny stanu siedlisk dennych w zewnętrznej Zatoce Puckiej na
tle innych rejonów polskiej części Zatoki Gdańskiej. Podjęto również próbę powiązania obserwowanych zmian z biotycznymi i abiotycznymi czynnikami środowiskowymi.
2. Materiał i metoda
Do analiz wykorzystano dane gromadzone w MIR-PIB w ramach projektów statutowych, finansowanych przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w Warszawie oraz w projekcie „Przyrodnicze uwarunkowania planowania przestrzennego w polskich obszarach morskich z uwzględnieniem sieci Natura 2000” objętego wsparciem udzielonym przez Islandię, Lichtenstein i Norwegię poprzez środki Mechanizmu Finansowego Europejskiego Obszaru Gospodarczego. Rozmieszczenie stanowisk poboru próbek przedstawia rysunek 1. Poza analizowanym obszarem zewnętrznej Zatoki Puckiej (obszar II) wyodrębniono dwa obszary referencyjne (wewnętrzną Zatokę Pucką - I) i wschodnią część Zatoki Gdańskiej (III). Z bazy danych wybrano tylko stacje, na których pobierano próby w zewnętrznej Zatoce Puckiej w trzech porównywanych okresach tzn. w latach: 1978-1979, 2000-2001 i 2014-2015. Próby pobierane były czerpakiem typu van Veen’a o masie 25 kg i powierzchni chwytnej 0,1 m2. Zawartość czerpaka przesiewano przez sito o średnicy oczek 1mm a pozostałe na sicie zwierzęta konserwowano w zbuforowanym 4% roztworze formaldehydu.
Rys. 1. Rozmieszczenie stacji, na których pobierano próbki w zewnętrznej Zatoce Puckiej (Obszar II) oraz na obszarach referencyjnych (Obszar I – wewnętrzna Zatoka Pucka i Obszar III – otwarta Zatoka Gdańska).
3. Wyniki
Skład taksonomiczny makrozoobentosu na mulistym dnie w zewnętrznej Zatoce Puckiej stwierdzony w latach 1978-1979 był typowy dla tego typu dna w Zatoce Gdańskiej, powyżej halokliny. Charakterystyczną cechą tego zgrupowania jest stosunkowo niewielka liczba gatunków i silna dominacja, zwłaszcza w biomasie, małża Macoma balthica. Pozostałe typowe dla tego zgrupowania gatunki to: skorupiaki Saduria entomon, Pontoporeia femorata i Diastyli rathkei a także priapulid Halicryptus spinulosus. W porównywanym okresie od 1978 do 2014 roku, nie stwierdzono zupełnego wyginięcia gatunku, natomiast w 2000 roku występował już nowy wieloszczet z rodzaju Marenzelleria, który pojawił się w Zatoce Gdańskiej prawdopodobnie w końcu lat 80. ubiegłego wieku. Przedstawione na rysunku 2A wyniki skalowania wielowymiarowego (MDS), oparte na liczebności taksonów, obrazują różnice w strukturze makrozoobentosu w porównywanych trzech okresach. Po wykluczeniu z analiz nowego, introdukowanego rodzaju Marenzelleria (Rys.2B) podział nie jest tak wyraźny, co wskazuje na znaczący udział nowego gatunku w ogólnej liczebności makrozoobentosu.
Rys. 2. Wyniki skalowania wielowymiarowego (MDS) z użyciem liczebności
wszystkich taksonów makrozoobentosu (A) i po wykluczeniu Marenzelleria (B).
Na rysunkach 3 i 4 przedstawiono liczebność i biomasę czterech charakterystycznych gatunków występujących we wszystkich badanych okresach. W latach 1978 - 1979 wszystkie gatunki zasiedlały cały rejon dna mulistego w zewnętrznej Zatoce Puckiej, natomiast w roku 2000 stwierdzono drastyczne zmiany w rozmieszczeniu liczebności i biomasie fauny.
Wyodrębniło się nowe zgrupowanie na głębszym (poniżej 30 m), mulistym dnie charakteryzujące się zupełnym zanikiem skorupiaków Saduria entomon, Pontoporeia femorata i Diastylis rathkei. Pozostały tylko nieliczne małże Macoma balthica. W zgrupowaniach w strefie 25-30 m zmiany miały podobny charakter ale nie były tak drastyczne. W następnych latach pobierano próbki tylko na wybranych stacjach. Wskazywały one na sukcesywną rekolonizację (z wyjątkiem Saduria entomon) i wzrost liczebności oraz biomasy makrozoobentosu. Jednak struktura odtworzonego zgrupowania była inna. Spośród gatunków występujących w rejonie tej stacji w latach 1978 - 1979, tylko małż Macoma balthica odtworzył, w znacznym stopniu, do 2006 roku poprzednią liczebność i biomasę.
Wzrastał również udział Marenzelleria w ogólnej liczebności i biomasie. W 2014 roku (Rys.
3 i 4) średnia liczebność M. balthica była wyższa niż w latach 1978-1979, natomiast niższe były średnie wartości biomasy. Może to wskazywać na zmiany w strukturze wielkościowej osobników. Spośród skorupiaków P. femorata była liczna ale tylko we wschodniej,
najgłębszej części analizowanego akwenu. Wyniki z 2014 roku wraz ze wcześniejszymi obserwacjami w latach 2001-2007 wskazują, że Saduria entomon nie zasiedliła ponownie akwenu, bądź też jest bardzo nieliczna. Stwierdzono również tylko pojedyncze osobniki D.
rathkei. Nie stwierdzono natomiast tak wyraźnych różnic w rozmieszczeniu H. spinulosus w analizowanym okresie badań.
Porównanie z mulistym dnem w otwartej części Zatoki Gdańskiej (Obszar III) wykazało również zmiany długookresowe, ale nie odpowiadające czasowo zmienności w zewnętrznej Zatoce Puckiej. Bowiem, w latach 1978-1980 obserwowano redukcję fauny na dnie mulistym w otwartej części Zatoki Gdańskiej. Spowodowało to podniesienie dolnej granicy występowania makrozoobentosu, w niektórych częściach Zatoki do około 78 m a powyżej powstanie strefy dna zasiedlonej w zasadzie tylko przez Macoma balthica. Zupełnie wyginął wówczas w polskiej części Zatoki Gdańskiej wieloszczet Scoloplos armiger (Andersin i in. 1990) i dotychczas nie stwierdzono rekolonizacji dna przez ten gatunek.
Natomiast w 2000-2003 nie odnotowano istotnych zmian w rozmieszczeniu i strukturze makrozoobentosu na głębszym dnie mulistym. Z kolei w latach 2014 i 2015 stwierdzono drastyczną redukcję a nawet zupełny zanik makrozoobentosu na dnie mulistym już poniżej głębokości 66 m.
Rys. 3. Liczebność osobników czterech charakterystycznych gatunków makrozoobentosu w porównywanych okresach.
Rys. 4. Biomasa [masa mokra, masa małży z muszlami, g.m-2] osobników czterech charakterystycznych gatunków makrozoobentosu w porównywanych okresach.
Podsumowanie i wnioski
Struktura makrozoobentosu na mulistym dnie zewnętrznej Zatoki Puckiej zmieniała się istotnie w ciagu ostatnich kilkudziesięciu lat. Drastyczna redukcja fauny obserwowana w tym akwenie w roku 2000 może wskazywać na występowanie deficytów tlenowych w wodach przydennych. Rekolonizacja, która nastąpiła po tej redukcji nie doprowadziła do pełnej odbudowy zgrupowania, co może sugerować powstanie trwałych zmian w charakterze osadów (np. większa zawartość materii organicznej, występowanie H2S).
Redukcja makrozoobentosu a nawet zupełne wyginięcie w otwartej części Zatoki Gdańskiej (Obszar III) obserwowane w latach 2014 i 2015 również wskazuje na pogorszenie się warunków życiowych bentosu w strefie dna mulistego nad halokliną również poza obszarem zewnętrznej Zatoki Puckiej. Ze względu na różny czasowy przebieg zmian w zewnętrznej Zatoce Puckiej i w otwartej części Zatoki Gdańskiej, trudno jest powiązać je z ogólnymi tedencjami na Bałtyku . Na przykład redukcja makrofauny w zewnętrznej Zatoce Puckiej w roku 2000 zbiega się w czasie z bardzo złą sytuacją tlenową w niemal całym Bałtyku w roku 1999 (Hansson i in. 2011) ale z kolei nie odzwierciedla tego stabilny, w tym czasie, makrozoobentos w otwartej części Zatoki Gdańskiej.
Obserwowane zmiany biomasy (zwłaszcza redukcja biomasy skorupiaków) mogą wpływać negatywnie na dostępność pokarmu dla wyższych poziomów troficznych, jakkolwiek małż Macoma baltica, będący jednym z głównych składników diety storni a także kaczek, odbudował swoją biomasę w ostatnich latach. Natomiast wstępne obserwacje
wskazują na zmiany struktury wielkościowej tego gatunku co może powodować pogorszenie jakości pokarmu np. ze względu na większy udział muszli w relacji do tkanek miękkich u osobników mniejszych.
Introdukowany wieloszczet z rodzaju Marenzelleria zmienił strukturę zgrupowania ale nie wpłynął istotnie na ogólną biomasę makrozoobentosu zdominowaną przez małża M.
balthica.
Literatura
Andersin A.B., Cederwall H., Gosselck F., Jensen J., Josefson A., Lagzdins G., Rumohr H., and Warzocha J. 1990. Zoobenthos In: Gerlach, S.,A. (Ed.) Second periodic assessment of the state of the marine environment of the Baltic Sea 1984-1988, Background Document. Balt. Sea Environm. Proc. No 35 B, 211-277.
Hansson M., Andersson L., Axe P., 2011, Areal extent and volume of anoxia and hypoxia in the Baltic Sea, 1960-2011. SMHI, Report Oceanography No. 42, 5-8.
Janas U., Szaniawska A., 1996, The influence of hydrogen sulphide on macrofaunal biodiversity in the Gulf of Gdańsk,Oceanologia, 38, 127-142.
Janas U., Wocial J., Szaniawska A., 2004, Seasonal and annual changes in macrozoobenthic populations of the Gulf of Gdańsk with respect to hypoxia and H2S, Oceanologia, 46 (1), 85-102.
Leppäkoski E., Gollassch S., Olenin S. (Red.), 2003, Invasive aquatic species of Europe.
Distribution, impacts and management, Kluwer Academic Publishers, 583.
Warzocha J. Grelowski A., Bolałek J., Białkowska I., 2001, The response of soft bottom benthic macrofauna to environmental changes in the Gulf of Gdańsk in 2000-2001, [in:] 3rd Int. Symp. „Functioning of coastal ecosystems in various geographical regions”, 19-22 June 2001, Gdynia, Poland, (abstracts), 72.
Włodarska-Kowalczuk M., Janas U., Szaniawska A., 1996, Hydrogen sulphide and other factors influencing the macrobenthic community structure in the Gulf of Gdańsk, Oceanologia, 38b, 379-394.
Wulff F., Rahm., Rodriquez-Medina M., 1994, Long-term and regional variations of nutrients in the Baltic Sea; 1972-91, Finn. Mar. Res., 262, 35-50.
