Escape-related behavior of the main mediterranean farmed species - gilthead sea bream (Sparus aurata) and european sea bass (Dicentrarchus labrax)

Abstract

Greece, Spain, Italy, Turkey and France are the major contributors to the total Mediterranean and European aquaculture. The main farmed species in the Mediterranean region are the gilthead sea bream (Sparus aurata) and European sea bass (Dicentrarchus labrax), while particularly in Greece their species make up for 95% of the total national fish production. With the recent tremendous growth of the Mediterranean fish industry during the last two decades, fish escape from sea cage facilities increases the pressure upon a forthcoming sustainable industry.Fish escapes have been reported for almost all the European farmed species, including sea bream and sea bass. Fish escapes disclose a considerable socio-economic effect to the relevant countries, with additional disclosed ecological and genetic impacts on the marine environment. As a considerable indirect effect from fish escape is the reduction on the fame of the industry and of course the loss of money and also several conflicts with groups related with the protection of the environment. Additionally, as the last stage, consumers might pay more for a fish that has been mistakenly considered as fisheries. Further, interaction with the wild stocks, interbreeding, food and mate competition and transfer of pathogen and parasites are major examples of serious environment interactions. The main cause of fish escape is a combination of structural failure of equipment with severe environmental conditions, such as strong winds and storms. Predators and pelagic animals attacking the offshore farm facilities are also another cause for fish escape. Recently, species-specific behavioral attributes have been also correlated with a potential risk of escape. Indeed, fish farmers have widely documented interactions towards the net pen, concerning net inspection and bite, mostly regarding Atlantic cod (Gadus morhua) and sea bream. These interactions, also called “pre-escape” behavior disclose a potential risk of net damage and a creation of a hole that will eventually lead to fish escape. However, knowledge of the related factors, both biotic and abiotic, that affect sea bream and bass escape behavior as well as the relative net interactions that potentially lead to net damage is almost nonexistent until now.The main objective of this thesis was to provide basic knowledge regarding the related factors that affect the escape behavior of the main Mediterranean farmed species. In addition, species-specific attributes that lure farmed fish to interact with the cage net, create holes on the surface and escape are discussed. Pre-escape behavior is further evaluated in accordance with the condition of the net pen, based on different nets commonly found in farm facilities. Simulated small-scale experiments in laboratory conditions were performed and specially developed video processing and image analysis systems were used so as to evaluate species-specific behaviors in aquaculture. Moreover, preventive measures and implementations to avoid large-scale events are discussed.In chapters 2 to 4, the potential influence on sea bream pre- and escape behavior of factors like the feeding condition of fish, applied fish density, and the presence of micro-fouling are evaluated. Sea bream usually approaches the net pen at a close distance (< 2 cm), looking for a net tear and escape. Along with escape activity, sea bream has also been reported to inspect and bite the net. The potential risk for escape is further increased by sea bream attraction towards fairly damaged nets, consisting of cut twines and fouling filaments. It is clearly demonstrated that sea bream escape behavior is strongly related with the amount of food provided and to the applied fish density. In addition, pre-escape behavior is mostly associated with the net structure, with the presence of cut twines and filaments on the net surface further induces net biting and eventually net damage.The knowledge acquired in chapters 5 and 6 highlights the need to investigate the escape behavior of European sea bass from a different point of view. This species has no interaction with the aquaculture net, but is yet able to escape when a net tear is present. Further, sea bass is able to locate a net tear from a longer distance than sea bream. Therefore, research should be focused on external environmental factors that could alter sea bass behavior inside the cage environment and increase the escape risk. Visual conditions at the point of escape and light level were proven to have a strong influence on the escape behavior of sea bass. Swimming activity is also affected by different light level. In addition, visible or solid obstacles and illuminated areas could mitigate the potential risk for fish escape. Lastly, the use of artificial light opens a new discussion for a more sustainable aquaculture.The acquired information regarding sea bream and bass escape behavior highlights the need to reconsider cage technology to minimize the risk of net damage and also mitigate fish interactions that may also wear and tear the net pen. Both species are able to escape, but present totally different patterns and species-behavioral attributes. Thus, cage and net materials as well as cage location and orientation regarding sea bream and bass should be reconsidered, based on species behavioral attributes in the Mediterranean aquaculture. Better quality materials and regular control of the cage and net condition could reduce the potential risk of net damage and the creation of a hole. Further, the use of undesired materials would prevent fish from exploratory behaviors towards the net pen. The general conclusion of the present thesis is that both sea bream and bass are able to locate net tears and escape, though several factors can influence this specific behavior as well as affect relevant behavioral traits prior to any escape event. Study of sea bream and sea bass escape-related behavior can potentially make a significant contribution to a forthcoming sustainable Mediterranean aquaculture through mitigation of large-scale events.Management measures should be taken in the aquaculture industry so as to eliminate the potential risk of escape. Preventing large-scale events will ensure many of the previously mentioned socio-economic effects as well as the ecological and genetic impacts to the marine environment. It is clear that with the high expansion of offshore aquaculture in the future, operational procedures and fish handling should be reconsidered and address fish escape as a major problem. These measurements should be cost effective and environmentally friendly but efficiently fit the industry purposes and general aquaculture expectations.

Στη Μεσογειακή Υδατοκαλλιέργεια, τα είδη που κυριαρχούν είναι η τσιπούρα (Sparus aurata) και το λαβράκι (Dicentrarchus labrax). Η εκτροφή και των δυο αυτών ειδών, ιδιαίτερα στην Ελλάδα, φτάνει σε ποσοστό 95% επί του συνόλου της εθνικής παραγωγής. Συνολικά για την περιοχή της Μεσογείου, ο τομέας των υδατοκαλλιεργειών έχει εμφανίσει αλματώδη ανάπτυξη τις τελευταίες δεκαετίες, με χώρες όπως η Ελλάδα, η Τουρκία, η Ισπανία, η Ιταλία και η Γαλλία να συμμετέχουν ενεργά στην παραγωγή και μετέπειτα διάθεση των προϊόντων της υδατοκαλλιέργειας. Ωστόσο, ουσιώδη προβλήματα συνεχίζουν να υφίστανται, όπως για παράδειγμα οι παρατηρούμενες διαφυγές των καλλιεργούμενων ψαριών από τις μονάδες εκτροφής και πάχυνσης. Οι συνεχείς αναφορές τέτοιων περιστατικών τα τελευταία χρόνια έχουν αναδείξει τις διαφυγές ως μείζον πρόβλημα για τον κλάδο, απειλώντας παράλληλα τη βιωσιμότητα της Μεσογειακής, αλλά και γενικότερα της παγκόσμιας υδατοκαλλιέργειας. Διαφυγές ψαριών έχουν καταγραφεί για το σύνολο σχεδόν των εκτρεφόμενων ψαριών στην Ευρώπη, συμπεριλαμβανομένου της τσιπούρας και του λαυρακιού. Οι αρνητικές επιπτώσεις μπορούν να διαχωριστούν σε: κοινωνικό-οικονομικές και περιβαλλοντικές/γενετικές. Οι πρώτες αφορούν στην αρνητική φήμη που αποκτά ο κλάδος καθώς και στη μείωση του κέρδους ως απώλεια αποθέματος, ενώ έμμεσα επιδρούν αρνητικά στο καταναλωτικό κοινό, καθώς συχνά εμφανίζουν υψηλότερη τιμή για το λόγο ότι λανθασμένα θεωρούνται ως φυσικά αλιεύματα.Οι περιβαλλοντικές/γενετικές επιπτώσεις απασχολούν μια πολύ μεγάλη μερίδα της επιστημονικής κοινότητας καθώς αφορούν στη γενετική μίξη καλλιεργούμενων και άγριων πληθυσμών, ανταγωνισμό για εύρεση τροφής και αναπαραγωγή, καθώς και μετάδοση ασθενειών και παθογόνων μικροοργανισμών από και προς την ιχθυοκαλλιέργεια.Η κυριότερη αιτία για τις διαφυγές των ψαριών είναι ο συνδυασμός ελαττωματικών υποδομών και εξοπλισμού με αντίξοες καιρικές συνθήκες, όπως για παράδειγμα, οι καταιγίδες και οι δυνατοί άνεμοι. Η παρουσία άγριων θηρευτών στην περιοχή των κλωβών ενισχύει ακόμα περισσότερο τον κίνδυνο διαφυγής, καθώς επιτίθενται στα ψάρια προκαλώντας παράλληλα και φθορές στα δίχτυα. Πρόσφατα, το γενετικό υπόβαθρο των ειδών και ειδικότερα τα πρότυπα συμπεριφοράς που παρατηρούνται στο φυσικό του περιβάλλον έχουν συσχετιστεί με την ικανότητα αυτών αλλά και την τάση για διαφυγές από τους ιχθυοκλωβούς. Πιο συγκεκριμένα, μεγάλος αριθμός καλλιεργητών, αναφέρει περιστατικά όπου τα εκτρεφόμενα ψάρια πλησιάζουν πολύ τα δίχτυα του ιχθυοκλωβού ή/και παρουσιάζουν επιθετική συμπεριφορά ως προς αυτά (δαγκώματα). Οι αλληλεπιδράσεις αυτές, επίσης γνωστές και ως «συμπεριφορά πριν τη διαφυγή» μπορούν εν δυνάμει να αυξήσουν περαιτέρω τον κίνδυνο, καθώς τα ψάρια δύναται να προκαλέσουν φθορές στο δίχτυ και εν τέλει, να δημιουργήσουν μια οπή διαφυγής. Η συμπεριφορά αυτή των εκτρεφόμενων ψαριών στην Μεσογειακή υδατοκαλλιέργεια καθώς και οι παράγοντες που, άμεσα ή έμμεσα την επηρεάζουν, έχουν ελάχιστα μελετηθεί μέχρι τώρα.Ο κύριος στόχος της παρούσας Διδακτορικής διατριβής είναι η παροχή βιολογικής γνώσης σχετικά με τη συμπεριφορά διαφυγής των κυριότερων εκτρεφόμενων ιχθύων στη Μεσόγειο αλλά και τους αντίστοιχους παράγοντες που επηρεάζουν τη συμπεριφορά αυτή. Παράλληλα, γίνεται μια προσπάθεια ανάλυσης των ιδιαίτερων προτύπων συμπεριφοράς που εκδηλώνουν τα ψάρια εντός του ιχθυοκλωβού και οδηγούν σε φθορές και οπές διαφυγής μέσω δαγκωμάτων στην επιφάνεια του διχτυού. Περαιτέρω ανάλυση των αλληλεπιδράσεων αυτών γίνεται και σε συσχέτιση με την εκάστοτε κατάσταση του διχτυού του ιχθυοκλωβού, (φθαρμένο δίχτυ, ύπαρξη οπών, κλπ) που έχουν αναφερθεί στις εγκαταστάσεις εκτροφής.Στα πειραμάτων, που πραγματοποιήθηκαν στις εγκαταστάσεις του Πανεπιστημίου Κρήτης, προσομοιώνεται το περιβάλλον του ιχθυοκλωβού, , ενώ αναπτύχθηκαν και πρωτότυπες τεχνολογίες παρατήρησης των ψαριών και επεξεργασίας εικόνας προκειμένου να αξιολογηθεί και ποσοτικοποιηθεί η συμπεριφορά των προαναφερθέντων ψαριών. Παράλληλα, εξετάζονται διάφορες διαχειριστικές πρακτικές, οι οποίες έχουν ως στόχο την πρόληψη και τον περιορισμό των διαφυγών.Στα κεφάλαια 2 – 4, εξετάζεται η επίδραση παραγόντων που σχετίζονται με την εκτροφή των ψαριών (παροχή τροφής, ιχθυοφόρτιση, παρουσία αρχικού σταδίου βιο-επίστρωσης στο δίχτυ) διαφυγής της τσιπούρας. Η τσιπούρα είναι ένα ψάρι, το οποίο συχνά προσεγγίζει το δίχτυ του κλωβού σε μικρή απόσταση (<2cm), ψάχνοντας για οπές διαφυγής, επίσης. Σε πολλές περιπτώσεις έχουν αναφερθεί και φθορές στην επιφάνεια του διχτυού εξαιτίας των δαγκωμάτων της. Η πιθανότητα εμφάνισης μιας οπής διαφυγής λόγω δαγκωμάτων ενισχύεται ακόμα περισσότερο από την ύπαρξη κομμένων νημάτων αλλά και οργανισμών βίο-επίστρωσης (Biofouling), που αυξάνουν την προσέλκυση της τσιπούρας προς το δίχτυ. Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής υποδηλώνουν την στενή σχέση της ιχθυοφόρτισης, της παρεχόμενης ποσότητας τροφής και την παρουσίας βιοεπίστρωσης στο δίχτυ στην εκδήλωση τέτοιων συμπεριφορών στην τσιπούρα. Επιπρόσθετα, καταγράφεται ο ακριβής χρόνος που απαιτείται για την εκδήλωση αντίστοιχων συμπεριφορών ενώ περιγράφονται λεπτομερώς τα επιμέρους στάδια της εκάστοτε συμπεριφοράς.Στα κεφάλαια 5 και 6, η αντίστοιχη συμπεριφορά διαφυγής του λαυρακιού μελετάται σε σχέση με την ένταση του φωτός και τη χωροθέτηση των ιχθυοκλωβών. Το λαβράκι δεν παρουσιάζει συμπεριφορές ενασχόλησης και αλληλεπίδρασης με το δίχτυ του ιχθυοκλωβού και για το λόγο αυτό η συμπεριφορά διαφυγής του εξετάζεται υπό το πρίσμα εξωγενών παραγόντων και συνθηκών που επικρατούν στις περιοχές καλλιέργειάς του. Το είδος αυτό εμφανίζει σημαντικές διαφορές στο πρότυπο διαφυγής, καθώς είναι ικανό να εντοπίσει την οπή στο δίχτυ από μεγαλύτερη απόσταση από την τσιπούρα, αλλά και για το λόγο ότι η διαφυγή ενός ατόμου προκαλεί την αντιγραφή της συμπεριφοράς του από τα υπόλοιπα άτομα του πληθυσμού. Υπό συνθήκες διαβάθμισης της έντασης του φωτός, το λαβράκι εκδηλώνει μια έντονη προτίμηση στις φωτεινές περιοχές των δεξαμενών. Σε αντιστοιχία αυτής της συμπεριφοράς, η απρόσκοπτη φυσική φωτοπερίοδος στην περιοχή των ιχθυοκλωβών δεν πρέπει σε καμία περίπτωση να περιορίζεται. Διαφορετικά, η συνάθροιση του πληθυσμού κυρίως στα φωτεινά σημεία του ιχθυοκλωβού θα διαφοροποιήσει την ιχθυοφόρτιση, θα επηρεάσει την αξιοποίηση την τροφής, ενώ στην ύπαρξη τρύπας θα οδηγήσει τον πληθυσμό σε διαφυγή. Παράλληλα, η χωροθέτηση των κλωβών εσωτερικά άλλων κλωβών δύναται να περιορίσει την πιθανότητα διαφυγής, καθώς τα δίχτυα των γύρω κλωβών θα λειτουργούν έμμεσα ως περιφερειακά δίχτυα περιορίζοντας την οπτική αντίληψη του λαυρακιού για πιθανές τρύπες στο δίχτυ.Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής ενισχύουν την άποψη ότι και τα δυο εκτρεφόμενα είδη στη Μεσόγειο είναι ικανά να διαφύγουν μέσω οπών στα δίχτυα των ιχθυοκλωβών. Συνεπώς, η τεχνολογία και οι τεχνικές καλλιέργειας οφείλουν να αναθεωρηθούν λαμβάνοντας υπόψη όλους αυτούς τους παράγοντες που επηρεάζουν/σχετίζονται με την εκδήλωση συμπεριφοράς διαφυγής. Ιδιαίτερα, για την τσιπούρα, η χρήση πλέον ανθεκτικών διχτυών και ο συχνός έλεγχος τους μπορούν να συμβάλουν θετικά στην μείωση της πιθανότητας φθορών και αλλοίωσης της επιφάνειας του διχτυού και συνεπώς στον κίνδυνο διαφυγών. Τέλος, ανάπτυξη τεχνολογιών παρακολούθησης των ψαριών μέσα στον ιχθυοκλωβό μπορεί να συμβάλει περαιτέρω στην πρόληψη των διαφυγών, καθώς θα παρέχει συνεχώς στοιχεία της κατάστασής τους και των συμπεριφορών που εκδηλώνουν.