1 sviluppo di un nuovo indice ecologico basato sui

SVILUPPO DI UN NUOVO INDICE ECOLOGICO BASATO SUI
POPOLAMENTI CORALLIGENI PER L’IMPLEMENTAZIONE
DELLE DIRETTIVE QUADRO EUROPEE PER LA TUTELA
DELLE ACQUE MARINO-COSTIERE
1
Enrico Cecchi1, Paola Gennaro2, Luigi Piazzi3, Elena Ricevuto4, Fabrizio Serena1
Agenzia Regionale Toscana per la Protezione dell’Ambiente (ARPAT), Via Marradi 114, 57126
Livorno, Italy - [email protected], tel.0586 263476, fax 0586 263477
2
Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA ex ICRAM), Via di Castel
Romano, 100, Roma, Italy
3
Dipartimento di Scienze della Natura e del Territorio, Università di Sassari, Via Piandanna 4, 07100
Sassari, Italy
4
Laboratorio di Ecologia funzionale ed evolutiva, Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli (SZN),
Villa Dohrn Punta S. Pietro 80077, Ischia (Napoli, Italy)
Riassunto – Un nuovo indice basato sui popolamenti macroalgali coralligeni (ESCA,
Ecological Status of Coralligenous Assemblages) viene presentato e descritto. L’indice
ESCA è stato sviluppato sulla base dei risultati ottenuti da studi di valutazione di impatto
sui popolamenti coralligeni toscani, è stato validato su un dataset indipendente ottenuto da
12 differenti località italiane ed è stato testato su gradienti di stress antropico di diversa
origine. I descrittori selezionati per lo sviluppo dell’indice sono stati: a) presenza/assenza e
abbondanza di taxa/gruppi sensibili, b) diversità dei popolamenti ed c) eterogeneità dei
popolamenti. L’indice viene espresso come rapporto di qualità ecologica (Ecological
Quality Ratio, EQR) calcolato come rapporto tra i valori misurati nelle località in esame e
quelli ottenuti per le condizioni di riferimento. L’indice ESCA può rappresentare un
efficace strumento nell’ambito del monitoraggio marino costiero in quanto è stato
sviluppato in accordo alle direttive europee, sintetizza informazioni complesse e la sua
applicazione è semplice e relativamente poco costosa.
Abstract – Development of a new biotic index based on macroalgal coralligenous
assemblages for the implementation of the European Framework Directives for the
protection of marine coastal waters - A new biotic index based on coralligenous
macroalgal assemblages (ESCA, Ecological Status of Coralligenous Assemblages) was
presented and described. The ESCA index was developed on the basis of previous impact
evaluation studies, it was validated on independent dataset collected in 12 localities of the
Mediterranean Sea and it was tested against a gradients of different anthropogenic
stressors. Assemblage descriptors selected as metrics of the ESCA index were: a)
presence/absence and abundance of sensitive taxa/groups, b) diversity and c) heterogeneity
of assemblages. The index was expressed as Ecological Quality Ratio calculated as the
ratio between values measured in the studied localities and those ones obtained in the
reference conditions. The ESCA index may represent a useful tool for monitoring programs
of coastal waters, since it has been developed in compliance with the Water Framework
Directive, it synthesises complex information and its application is simple and costeffective.
1
Introduzione
La legislazione europea, attraverso le Direttive Quadro sulle Acque (Water
Framework Directive, WFD 2000/60/EC) e la Strategia Marina (Marine
Strategy Framework Directive, MSFD 2008/56/EC) si propone il
raggiungimento ed il mantenimento di un buono stato ecologico delle acque
marine costiere. In questo contesto, risulta di fondamentale importanza
l’identificazione di bioindicatori e di indici che consentano la valutazione
della qualità ambientale dei corpi idrici costieri (sensu WFD) e delle regioni
o sub-regioni marine (sensu MSFD) [6].
Il coralligeno rappresenta uno degli habitat più importanti del Mediterraneo,
in termini di estensione, biodiversità, produzione e ruolo svolto nel ciclo del
carbonio [5], ed è pertanto incluso nelle legislazioni comunitarie (e.g.
Habitats Directive 92/43/CEE) e nelle convenzioni internazionali (e.g.
Barcelona 1995) come un habitat di particolare interesse scientifico per la
biodiversità (Annex III, EC, 2008; CSWP, EC, 2011). Per questi motivi
viene considerato, nell’ambito della MSFD, un “tipo di habitat speciale” la
cui valutazione dello stato di qualità può contribuire alla definizione dello
stato ambientale (Environmental Status, EnS) delle regioni o sub-regioni
marine mediterranee.
Attualmente, sono stati proposti due metodi per valutare la qualità ecologica
dei popolamenti coralligeni: Coralligenous Assemblage Index (CAI) [7] e il
Rapid Visual Assessment technique (RVA) [8]. Il primo è basato
prevalentemente sull’abbondanza di alcuni gruppi di organismi animali
bentonici, mentre il secondo integra informazioni biologiche e
geomorfologiche ottenute attraverso tecniche di campionamento visuale.
Non è disponibile, ad oggi, un indice che tenga conto della struttura e
diversità dei popolamenti macroalgali coralligeni.
Il presente contributo si propone di descrivere un nuovo indice, denominato
ESCA (Ecological Status of Coralligenous Assemblages), basato sull’analisi
dei popolamenti macroalgali coralligeni.
L’indice è stato sviluppato sulla base dei risultati ottenuti da studi di
valutazione di impatto sui popolamenti coralligeni toscani, è stato validato
su un dataset indipendente ottenuto da 12 differenti località italiane ed è
stato testato su gradienti di diversi tipi di stress antropico.
Materiali e metodi
I dataset utilizzati per lo sviluppo dell’indice si riferiscono a tre differenti
tipologie di impatto: l’invasione di una specie algale aliena (Caulerpa
racemosa var. cylindracea), l’incremento di sedimentazione e
2
l’arricchimento di nutrienti [2, 3, 4, 9, 10, 11]. Per ciascuno di questi
indicatori di pressione sono stati considerati tre diversi livelli di impatto:
minimo o nullo, intermedio ed elevato (Tabella 1).
Tabella 1. Livelli di stress necessari per creare il gradiente di impatto
Impatto
Impatto elevato
No impatto
intermedio
Invasioni
assenza
50<70 (R%)
70<100 (R%)
biologiche
Tasso di
< 6 gr m−2 g−1 50<100 gr m−2 g−1 > 200 gr m−2 g−1
sedimentazione
Concentrazione
<1 (μmol l-1)
3<10 (μmol l-1)
>50 (μmol l-1)
di nutrienti
I descrittori dei popolamenti considerati per la costruzione dell’indice sono:
a) presenza/assenza e abbondanza di specie e/o gruppi morfologici a
differente sensibilità ecologica, b) diversità alpha, espressa come numero di
taxa/gruppi per campione, c) diversità beta, espressa come eterogeneità dei
popolamenti e calcolata con la PERMDISP analisi (PRIMER6 +
PERMANOVA software) [1].
Per il calcolo dell’indice, il campionamento viene effettuato su parete
rocciosa verticale alla profondità di 30-35 metri in base ad un disegno che
tiene conto della naturale variabilità dei popolamenti coralligeni. Per ogni
località viene campionato un totale di 30 foto di 1800 cm2 ciascuna. Le
immagini vengono successivamente analizzate con un programma che
permette di ottenere la copertura percentuale dei diversi taxa/gruppi. I valori
dei tre descrittori ottenuti nelle località campionate costituiscono i valori di
qualità ecologica (Ecological Quality Values, EQVs) che vengono divisi per
quelli ottenuti nella località di riferimento che in questo studio è stata
identificata nell’Isola di Montecristo. Il valore finale dell’indice (Ecological
Quality Ratio, EQR) viene calcolato come media dei valori ottenuti dai tre
descrittori. Il valore dell’indice varia tra 0 e 1 e 5 differenti classi di stato
ecologico sono state definite in accordo con la WFD: 0-0,35 pessimo, 0,360,5 cattivo, 0,51-0,65 sufficiente, 0,66-0,8 buono, 0,81-1 elevato.
3
Risultati
L’indice ESCA calcolato in 12 differenti località del Mediterraneo ha
mostrato valori bassi in località maggiormente antropizzate (Livorno,
Piombino, Bari) e valori elevati in località poco antropizzate e in aree
marine protette (Meloria, Elba, Montecristo, Pianosa, Tavolata, Capo
Carbonara) (Figura 1)
1,20
1,00
0,80
0,72
0,63
0,98
0,92
0,87
0,80
0,69
0,59
0,81
0,67
0,50
0,60
0,47
0,40
0,20
on
Ca
po
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ge
nt
ar
io
0,00
Figura 1. Valori dell’indice ESCA ottenuti nelle località esaminate.
L’indice calcolato sui gradienti di stress antropico ha evidenziato una buona
corrispondenza tra i valori ottenuti e livello di impatto (Figura 2).
1.2
invasioni biologiche
1
sedimentazione
nutrienti
0.8
0.6
0.4
0.2
0
stress minimo
stress intermedio
stress elevato
Figura 2. Valori dell’indice ESCA lungo gradienti di stress.
4
Discussione
I risultati della studio confermano l’importanza del ruolo svolto dai
popolamenti macroalgali coralligeni come indicatori ecologici. Inoltre, i
risultati hanno permesso di definire l’indice ESCA e di testarlo lungo un
gradienti di stress antropico di origine diversa.
I popolamenti coralligeni hanno mostrato una risposta simile nei confronti
dei diversi stress considerati. Halimeda tuna, Palmophyllum crassum,
Zanardinia typus e le alghe erette a tallo cilindrico sono risultati i
taxa/gruppi più sensibili, dal momento che hanno mostrato una generale
diminuzione di abbondanza in risposta ai diversi impatti. La scomparsa di
queste alghe in condizioni di stress può essere legata all’azione combinata di
bassi livelli di irradiazione, inibizione del reclutamento e distruzione
meccanica. [12].
I feltri algali incrementano di abbondanza il in tutte le condizioni di impatto,
confermando un pattern più volte evidenziato [12]. Le specie che
costituiscono i feltri sono forme filamentose che si riproducono mediante
propagazione vegetativa, avendo così la possibilità di ricostituire
velocemente i popolamenti danneggiati in seguito a stress e di evitare
successivamente la ricolonizzazione da parte di specie più evolute attraverso
meccanismi di esclusione competitiva. Inoltre, le specie filamentose sono
favorite da ambienti eutrofici, grazie alla loro capacità di assorbire nutrienti
in conseguenza dei valori caratteristici del rapporto tra superficie e volume
[11].
I valori di diversità, sia alpha che beta sono diminuiti in conseguenza dello
stress, anche se la diversità beta è risultata maggiormente sensibile,
dimostrando di rappresentare un ottimo indicatore di impatto. Infatti, i
popolamenti coralligeni mostrano normalmente una distribuzione
eterogenea “a chiazze” come risultato di complesse interazioni biotiche tra
organismi sessili; in condizioni di stress, il proliferare di specie opportuniste
e la scomparsa di specie strutturanti, porta alla perdita della struttura
originale e ad una diffusa omogeneizzazione biotica [3].
Sebbene ulteriori studi sono necessari per testare la risposta di ESCA sia su
scala Mediterranea che a pressioni antropiche più generalizzate, l’indice può
rappresentare un utile strumento per il raggiungimento degli obiettivi
imposti dalla legislazione europea, in particolar modo dalla MSFD, poiché è
basato su un habitat target, è stato sviluppato seguendo le linee guida della
legislazione europea, risponde bene ai gradienti di stress antropico,
sintetizza più descrittori ecologici ed è facilmente applicabile nell’ambito
del monitoraggio marino costiero. Inoltre, l’indice ESCA consente, una
volta definiti i valori di sensibilità, di utilizzare, insieme alle macroalghe,
5
anche gli organismi animali come indicatori ecologici, fornendo una
risposta completa dei popolamenti coralli geni allo stress antropico. Infine,
l’indice ESCA può integrare le informazioni che possono essere ottenute
anche attraverso altri metodi, come ad esempio l’RVA, permettendo una più
completa definizione dello stato ecologico dei corpi idrici mediterranei.
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6
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7

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