Μέταλλα και ιχθυοκαλλιέργειες: επιπτώσεις στο ίζημα, στο βένθος και στους ιχθύες

Abstract

Metals and trace element concentrations in sediment, in tissues of farmed fish (seabass,Dicentrarchus labrax and gilthead seabream, Sparus aurata), in tissues of wild fishaggregating in the vicinity of fish farm cages and in benthic macroinvertebrates wereinvestigated at fish farms in the Eastern Mediterranean Sea. The main objective of the presentstudy was the detection of the distribution of metals in the the marine environment and of therelationship between their bioaccumulation and bioavailability with various environmentalvariables. Samples were collected from two fish farms in two different sites in the AegeanSea (AEG1 and AEG2) and two in the Ionian Sea (ION1 and ION2), Greece. Sedimentsamples were collected by scuba divers under the cages (0 m) as well as at 5, 10, 25 and 50 mfrom the edge of the cages downstream in the residual current direction and from referencestations located at 400-1000 m from each farm. Fish tissues (muscle, liver, gills, bone,intestine, gonads, stomach, stomach content) and macrofaunal taxa were also sampled.Sediment geochemistry plays an important role in metal bioavailability and in metaldistribution in sediments. Based on elemental distribution, sediments from the farms wereseparated into coarse oxidized and silty anoxic ones. In silty and anoxic sediments, metalconcentrations were higher than in coarse and oxic ones. In anoxic sediments, all metals hadhigher concentrations at the impacted stations than at reference stations while in oxicsediments, many elemental concentrations were lower at impacted stations than at referencestations. Increased silt content, high organic matter content and low redox in sediments reducemetals bioavailability due to their coupling with sediments. Fish reared in semi-exposed siteswith anoxic substratum accumulate a greater number of these elements than fish reared inexposed sites with oxic substratum. Wild fish aggregating in sites with anoxic substrataaccumulate metals from the ambient habitat in their gills whereas those aggregating in siteswith oxic substrata concentrate these elements through their diet in their intestine. However,elemental concentrations of benthic organisms were increasing with silt content, refractoryorganic matter and chlorophyll-a of sediment.Fish farm effects on sediments were negligible beyond 25 – 50 m from the edge of thecages. Furthermore, our results seemed to show that tissues of wild fish aggregating aroundfarm cages accumulated a greater number of these elements and with higher concentrationsthan farmed fish. Macroinvertebrates accumulated lower concentrations of most metals andelements than their respective sediment. Tolerant macrobenthic species were found toaccumulate higher concentrations of most metals and elements than equilibrium species. Theecological (habitat, mobility, feeding type, bioturbation) and morphological (body form andAbstract10body size) characteristics of the benthic invertebrates can affect the bioaccumulation ofmetals and elements in macrobenthos.As in oxic and anoxic sediments and Cu, Zn and Fe in anoxic, fine-grained sediments cancause unwanted effects on aquatic life in fish farm sites. In farmed fish it was detectedbioaccumulation through feeding of Hg and Cs in seabass muscle, Cu in seabass liver and P,Ca and Sr in the bones of both species. Furthermore, in the present study, it was found that Hgwas biomagnified in tissues of wild fish aggregating around fish cages feeding on zoobenthos.Thus, Hg in farmed and wild fish may increase significantly through their diet and may affectthe fish health as well as the health of consumer – human. Most concentrations were lower inmuscle and higher in liver and bone than in the other body tissues of both farmed and wildfish species. Nevertheless, the edible part (usually muscle) of farmed fish did not exceedpermissible limits and therefore their consumption should be considered as safe for humanhealth. However, elevated concentrations of Fe, As (inorganic) and Hg in muscle of wild fishaggregating around fish farms may impose a risk for human health. Farmed and wild fish aregood sources of P, K, Cr and Se while flathead grey mullet (Mugil cephalus), picarel (Spicarasmaris) and comber (Serranus cabrilla) are excellent sources of Ca and Se.

Οι συγκεντρώσεις διαφόρων μετάλλων και άλλων ιχνοστοιχείων μελετήθηκαν σταιζήματα, στα εκτρεφόμενα ψάρια (λαβράκι Dicentrarchus labrax και τσιπούρα Sparusaurata), στους άγριους ιχθυοπληθυσμούς που συναθροίζονται γύρω από τους ιχθυοκλωβούςκαι στους μακροβενθικούς οργανισμούς σε ιχθυοτροφεία της Ανατολικής Μεσογείου. Στόχοςτης παρούσας μελέτης ήταν η εύρεση της κατανομής των μετάλλων στο θαλάσσιοπεριβάλλον και στους ζωντανούς οργανισμούς και της σχέσης που συνδέει τηβιοσυσσώρευση και τη βιοδιαθεσιμότητα τους με διάφορες περιβαλλοντικές παραμέτρουςώστε να εκτιμηθεί ο βαθμός της επικινδυνότητάς τους για τα διάφορα μέλη της τροφικήςαλυσίδας. Επιλέχθηκαν τέσσερις περιοχές υδατοκαλλιέργειας, δύο στο Αιγαίο και δύο στοΙόνιο Πέλαγος. Συλλέχθηκαν δείγματα ιζήματος κάτω από τους κλωβούς και σε αποστάσεις5, 10, 25 και 50 m κατά μήκος της κατεύθυνσης των κυρίων ρευμάτων της κάθε περιοχής καιαπό έναν σταθμό αναφοράς σε κάθε περιοχή 400-1000 m από την κάθε μονάδα. Έγινε επίσηςσυλλογή δειγμάτων ψαριών (σάρκα, συκώτι, βράγχια, οστά, έντερο, γονάδες, στομάχι,στομαχικό περιεχόμενο) και δειγμάτων μακροπανιδικών ταξινομικών ομάδων (taxa).Όσον αφορά τα μέταλλα στις περιοχές των ιχθυοτροφείων, οι αλλαγές των γεωχημικώνπαραμέτρων των ιζημάτων επηρεάζουν σημαντικά τη βιοδιαθεσιμότητα τους και τηνκατανομή τους στα ιζήματα. Οπότε με βάση τη σύσταση των ιζημάτων σε μέταλλα, ταιζήματα κατηγοριοποιήθηκαν σε χοντρόκοκκα οξειδωτικά και λεπτόκοκκα ανοξικά. Ταλασπώδη και ανοξικά ιζήματα είχαν υψηλότερες συγκεντρώσεις σε όλα σχεδόν τα μέταλλααπό ότι τα χοντρόκοκκα και οξειδωτικά ιζήματα. Στα ανοξικά ιζήματα, όλα τα μέταλλα είχανυψηλότερες συγκεντρώσεις στα ιζήματα από τους επιβαρυμένους σταθμούς από ότι σταιζήματα από τους σταθμούς αναφοράς, ενώ στα οξειδωτικά ιζήματα, πολλά μέταλλα είχανχαμηλότερες συγκεντρώσεις στα ιζήματα των επιβαρυμένων σταθμών από ότι των σταθμώναναφοράς. Οι σημαντικότερες παράμετροι που μειώνουν τη βιοδιαθεσιμότητα των μετάλλωνστους οργανισμούς δεσμεύοντάς τα στο ίζημα είναι το αυξημένο ποσοστό ιλύος, το υψηλόοργανικό υλικό και το χαμηλό οξειδοαναγωγικό δυναμικό. Βρέθηκε ότι τα ψάρια πουεκτρέφονται σε μη-εκτεθειμένες περιοχές με ανοξικό υπόστρωμα συσσωρεύουν χαμηλότερεςσυγκεντρώσεις μετάλλων στη σάρκα, στα οστά και στο έντερο και υψηλότερεςσυγκεντρώσεις μετάλλων στα βράγχια και στο συκώτι από ότι τα ψάρια που εκτρέφονται σεεκτεθειμένες περιοχές με οξειδωτικό υπόστρωμα. Τα άγρια ψάρια που συναθροίζονται σεπεριοχές με ανοξικό υπόστρωμα συσσωρεύουν μέταλλα στα βράγχια τους μέσω τουενδιαιτήματός τους, ενώ αυτά που συναθροίζονται σε περιοχές με οξειδωτικό υπόστρωμασυσσωρεύουν μέταλλα στο έντερο τους μέσω της διατροφής τους. Επίσης βρέθηκε ότι οιΠερίληψη8συγκεντρώσεις των μετάλλων στα βενθικά ασπόνδυλα αυξάνουν με την αύξηση τουποσοστού ιλύος, του ανθεκτικού οργανικού υλικού και της χλωροφύλλης-α στα ιζήματα.Οι επιπτώσεις των μετάλλων στα ιζήματα των ιχθυοκαλλιεργειών βρέθηκαν ότι ήταναμελητέες πέραν των 25 – 50 m από την άκρη των κλωβών. Επιπλέον, στην παρούσα μελέτηδιαπιστώθηκε ότι τα διάφορα είδη άγριων ψαριών που συναθροίζονται γύρω από τουςιχθυοκλωβούς συσσωρεύουν περισσότερα μέταλλα με υψηλότερες συγκεντρώσεις από ότι ταεκτρεφόμενα ψάρια. Τα βενθικά ασπόνδυλα συσσωρεύουν χαμηλότερες συγκεντρώσειςμετάλλων από ότι τα ιζήματα. Τα ανθεκτικά είδη (tolerant species) του μακροβένθουςσυσσωρεύουν υψηλότερες συγκεντρώσεις μετάλλων από ότι τα ευαίσθητα είδη (equilibriumspecies). Η βιοσυσσώρευση των μετάλλων στο μακροβένθος επηρεάζεται από τα οικολογικά(ενδιαίτημα, κινητικότητα, διατροφικές συνήθειες, βιοανάδευση) και μορφολογικά (σχήμακαι μέγεθος σώματος) χαρακτηριστικά των οργανισμών.Το As σε οξειδωτικά και ανοξικά ιζήματα και ο Cu, ο Zn και ο Fe στα ανοξικά μπορούννα προκαλέσουν ανεπιθύμητα αποτελέσματα στην υδρόβια ζωή των περιοχών τωνιχθυοτροφείων. Στα εκτρεφόμενα ψάρια, ανιχνεύθηκε βιοσυσσώρευση, μέσω της διατροφής,του Hg και του Cs στη σάρκα του λαβρακιού, του Cu στο συκώτι του λαβρακιού και του P,του Ca και του Sr στα οστά και των δύο ειδών. Στην παρούσα μελέτη βρέθηκε ότι ο Hgβιομεγεθύνεται στους ιστούς των άγριων ψαριών που συναθροίζονται γύρω από τουςιχθυοκλωβούς εξαιτίας της διατροφής τους με ζωοβένθος. Επομένως ο Hg στα εκτρεφόμενακαι άγρια ψάρια μπορεί να αυξηθεί σημαντικά μέσω της διατροφής τους και, ενδεχομένως, ναεπηρεάσει τόσο την υγεία των ψαριών όσο και την υγεία των καταναλωτών – ανθρώπων. Ησάρκα των εκτρεφόμενων και των άγριων ψαριών συσσωρεύει τις χαμηλότερεςσυγκεντρώσεις των περισσότερων μετάλλων ενώ το συκώτι και τα οστά τις υψηλότερες σεσχέση με τους άλλους ιστούς. Ωστόσο το βρώσιμο μέρος (σάρκα) των δύο εκτρεφόμενωνειδών δεν υπερέβαινε τα επιτρεπτά όρια και, επομένως, η κατανάλωση του θα μπορούσε ναθεωρηθεί ασφαλής για την ανθρώπινη υγεία, ενώ κίνδυνος για την ανθρώπινη υγεία από τηνκατανάλωση άγριων ψαριών μπορεί να προκληθεί λόγω αυξημένων συγκεντρώσεων Fe, As(ανόργανου) και Hg. Τα εκτρεφόμενα και τα άγρια ψάρια είναι καλές πηγές ουσιωδώνστοιχείων για την ανθρώπινη υγεία όπως P, K, Cr και Se με τον κέφαλο (Mugil cephalus), τημαρίδα (Spicara smaris) και τον χάνο (Serranus cabrilla) να είναι εξαιρετικές πηγές Ca καιSe.