Χωροχρονική κατανομή και πρόβλεψη των απορρίψεων από το αλιευτικό εργαλείο "τράτα βυθού" στη Μεσόγειο

Abstract

Discards are an integral part of fishing activity and have lately attracted increasing attention from the scientific community as they raise a number of ecological concerns and are a major impediment in the way towards the sustainable management of marine fishery resources. Till recently, most published information on discards was descriptive. However, the dynamic nature of discards that fluctuate in time and space, has turned the focus of a number of studies on the estimation of the spatiotemporal distribution of discards. In this context, the aim of the present work was to contribute to the knowledge of the spatiotemporal distribution of discards of bottom trawl in three areas of central-eastern Mediterranean Sea (Aegean, eastern Ionian, Ligurian-Tyrrhenian Seas). Firstly, the dissertation focused on the estimation of the spatiotemporal distribution of discards of (a) fish with MCRS (Minimum Conservation Reference Size), (b) fish without MCRS, (c) crustaceans with MCRS, (d) crustaceans without MCRS, and (e) cephalopods in Aegean and Ionian Seas. Specifically, generalized additive models were used to account discards dependency on satellite derived environmental parameters, depth, season and geographic subdivision in order to infer their spatiotemporal distribution. Results revealed that for all discarded groups spatial distribution was differentiated. For fish with MCRS, higher values of discards were estimated in shallower depths compared to fish without MCRS for which higher discards were estimated in deeper waters. On the other hand, for crustaceans with MCRS, higher values of discards were estimated in greater depths compared to crustaceans without MCRS for which higher discards were estimated in shallower waters. These results indicated that modeling discards at species group level can reveal spatial patterns that might be masked when modeling is performed solely on total discards.At the next stage, it was modeled the spatiotemporal distribution of three commercial species with MCRS, namely, Atlantic horse mackerel Trachurus trachurus (Linnaeus, 1758), deep-water rose shrimp Parapenaeus longirostris (Lucas, 1846), and European pilchard Sardina pilchardus (Walbaum, 1792) in the Aegean Sea. The three species were selected as they constitute an important share of the discarded part of the commercial species on Greek waters. Moreover, it was estimated the spatial overlap of species discards with their nursery grounds. For this purpose, hierarchical Bayesian models were applied to account discards dependency on a number of parameters with the intention to map their spatial distribution. A spatial random effect was also included in the models, which accounts for an inherent spatial autocorrelation that cannot be explained by the included explanatory variables. Including the spatial dependency in the inferential process provides additional insight and avoids biases in the estimations. Results revealed that discards of European pilchard were located over the continental shelf at shallower waters and inside gulfs, whereas discards of deep-water rose shrimp and Atlantic horse mackerel were more broadly distributed in deeper waters. Moreover, spatial overlapping with nurseries differentiated among the three species, estimated at ~57% for European pilchard, ~10% for Atlantic horse mackerel, and ~6% for deep-water rose shrimp. Results underlined that the main reasons behind discarding of these three species in Greek waters, besides MCRS, were regulatory in nature, as well as market driven.Subsequently, the spatiotemporal distribution of five non-commercial fish species (i.e., Argentine Argentina sphyraena (Linnaeus, 1758), Mediterranean scaldfish Arnoglossus laterna (Walbaum, 1792), Red bandfish Cepola macrophthalma (Linnaeus, 1758), Boarfish Capros aper (Linnaeus, 1758), Brown comber Serranus hepatus (Linnaeus, 1758) was estimated using discards commercial data. The five fish species were selected due to their high frequency of occurrence in the number of fish hauls. Since these five species were fully discarded, their discards were equal to their total catch. Hence, their discards distribution actually reflected the species distribution. Specifically, generalized additive models were used to account for species catch dependency on depth, satellite derived environmental parameters, bottom depth, and season in order to infer their spatiotemporal distribution. Results revealed that the catch of A. sphyraena and C. aper was more broadly distributed at greater depths, whereas for A. laterna, S. hepatuς, and C. macrophthalma, the highest estimated values of catch were located over the continental shelf and at shallower waters inside gulfs. Finally, the spatiotemporal distribution of discards was estimated for three areas in the central-eastern Mediterranean Sea. Specifically, it was constructed a common generalized additive model for the Aegean, eastern Ionian and Ligurian-Tyrrhenian Seas for the total discards with MCRS in order to estimate the spatiotemporal distribution of discards at a broader spatial scale. Then, the spatial overlap of discards distribution with the (a) existing Fisheries Restricted Areas to bottom trawls (FRAs), (b) proposed FRAs, and (c) proposed Marine Protected Areas (MPAs) was estimated aiming to explore how spatial closures could contribute to the reduction of bottom trawl discards. Results revealed that the overlapping ratio with the existing FRAs was low, whereas with certain MPAs was higher indicating that MPAs could contribute more to the mitigation of discards compared to existing FRAs. The estimation of the spatiotemporal distribution of discards and the maps constructed in the present dissertation provide a thorough picture of the spatiotemporal distribution of discards from the grouped species level to the individual species level. They are a first step providing useful information for the evaluation of the existing and proposed marine spatial closures in terms of their effectiveness in discards mitigation from bottom trawl. Also, they are useful for spatial planning tools with the aim to identify key ecosystem areas for protection. Finally, the information obtained on species and group species level could be used in spatially explicit ecosystem models to facilitate the understanding of the marine trophic web structure.

Οι απορρίψεις αποτελούν αναπόσπαστο μέρος της αλιευτικής δραστηριότητας και τα τελευταία χρόνια έχουν συγκεντρώσει την προσοχή της επιστημονικής κοινότητας καθώς εγείρουν οικολογικούς προβληματισμούς και αποτελούν σημαντικό εμπόδιο για την ορθολογική διαχείριση των αλιευτικών πόρων. Μέχρι προσφάτως, οι περισσότερες μελέτες που αφορούσαν στις απορρίψεις ήταν κυρίως περιγραφικές. Ωστόσο, η συνειδητοποίηση της δυναμικής φύσης των απορρίψεων, που μεταβάλλονται χωρικά και χρονικά, έστρεψε την προσοχή μιας σειράς μελετών στην εκτίμηση της χωροχρονικής κατανομής τους. Στο πλαίσιο αυτό, σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν να συμβάλλει στη γνώση της χωροχρονικής κατανομής των απορρίψεων σε τρεις περιοχές της κεντροανατολικής Μεσογείου (Αιγαίο, Ιόνιο και Λιγυρικό-Τυρρηνικό πέλαγος). Αρχικά, η διατριβή επικεντρώθηκε στην εκτίμηση της χωροχρονικής κατανομής των απορρίψεων σε επίπεδο ομάδας ειδών στο Αιγαίο και στο Ιόνιο πέλαγος: των ψαριών με ΕΜΑΔ, των ψαριών χωρίς ΕΜΑΔ (Ελάχιστο Μέγεθος Αναφοράς Διατήρησης), των καρκινοειδών με ΕΜΑΔ, των καρκινοειδών χωρίς ΕΜΑΔ και του συνόλου των κεφαλόποδων. Οι απορρίψεις μοντελοποιήθηκαν με τη χρήση γενικευμένων προσθετικών μοντέλων συναρτήσει περιβαλλοντικών παραμέτρων, του βάθους, της εποχής και της γεωγραφικής υποπεριοχής. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι για όλες τις ομάδες απορρίψεων υπήρξαν διαφοροποιήσεις στην κατανομή των απορρίψεων. Για τα ψάρια με ΕΜΑΔ, μεγαλύτερες τιμές απορρίψεων εκτιμήθηκαν σε ρηχότερα νερά, ενώ για τα ψάρια χωρίς ΕΜΑΔ σε βαθύτερα νερά. Για τα καρκινοειδή με ΕΜΑΔ υψηλότερες τιμές απορρίψεων εκτιμήθηκαν σε βαθύτερα νερά, συγκριτικά με τα καρκινοειδή χωρίς ΕΜΑΔ όπου οι υψηλότερες τιμές απορρίψεων εκτιμήθηκαν σε παράκτια νερά. Τα αποτελέσματα αυτά υποδεικνύουν ότι η μοντελοποίηση των απορρίψεων ανά κατηγορία είναι σημαντική καθώς βοηθάει στον προσδιορισμό περιοχών που δύναται οι απορρίψεις να είναι υψηλές, ενώ σε άλλη περίπτωση οι περιοχές αυτές δε θα ήταν δυνατό να εντοπιστούν από την εκτίμηση της κατανομής του συνόλου των απορρίψεων και μόνο. Στη συνέχεια, εκτιμήθηκε και χαρτογραφήθηκε η χωροχρονική κατανομή των απορρίψεων τριών εμπορικών ειδών με ΕΜΑΔ, του γκριζοσαύριδου Trachurus trachurus (Linnaeus, 1758), της γάμπαρης Parapenaeus longirostris (Lucas, 1846) και της σαρδέλας Sardina pilchardus (Walbaum, 1792) στο Αιγαίο πέλαγος. Τα είδη επιλέχθηκαν γιατί μεταξύ των ειδών με ΕΜΑΔ ήταν αυτά που είχαν το μεγαλύτερο ποσοστό απορρίψεων. Επίσης, διερευνήθηκε σε τι ποσοστό η κατανομή των απορρίψεων κάθε είδους συμπίπτει με τα πεδία συγκέντρωσης των νεαρών ατόμων του ίδιου του είδους. Οι απορρίψεις μοντελοποιήθηκαν με τη χρήση ιεραρχικών μπεϋζιανών μοντέλων συναρτήσει μιας σειράς παραμέτρων. Επίσης, στα μοντέλα συμπεριλήφθηκε και μια τυχαία χωρική επίδραση η οποία εξηγεί μια εγγενή χωρική αυτοσυσχέτιση που δεν μπορεί να εξηγηθεί από τις συμπεριλαμβανόμενες ανεξάρτητες μεταβλητές, η συμπερίληψη της οποίας παρέχει ορθότερες εκτιμήσεις από τα μοντέλα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι για τη σαρδέλα, οι υψηλότερες τιμές απορρίψεων εκτιμήθηκαν σε ρηχά νερά μέσα σε κόλπους, ενώ για τη γάμπαρη και το γκριζοσαύριδο σε βαθύτερα νερά ανοιχτά των κόλπων. Το ποσοστό της χωρικής επικάλυψης της κατανομής των απορρίψεων με τα πεδία συγκέντρωσης των νεαρών ατόμων ήταν μικρό για τη γάμπαρη και το γκριζοσαύριδο (~6% και ~10% αντιστοίχως), ενώ για τη σαρδέλα έφτασε το 57%. Τα αποτελέσματα υπογράμμισαν ότι οι απορρίψεις των τριών ειδών δεν οφείλονται μόνο σε υπομεγέθες αλίευμα αλλά και άλλοι λόγοι όπως η ζήτηση της αγοράς και οι περιορισμοί που θέτει η εθνική νομοθεσία συμβάλλουν στην απόρριψη τους. Τα δεδομένα των απορρίψεων χρησιμοποιήθηκαν για την πρόβλεψη της κατανομής πέντε μη εμπορικών ειδών ψαριών με υψηλή συχνότητα εμφάνισης στις καλάδες, των γουρλομάτη Argentina sphyraena (Linnaeus, 1758), αρνοζαγγέτα Arnoglossus laterna (Walbaum, 1792), κορδέλα Cepola macrophthalma (Linnaeus, 1758), βασιλάκη Capros aper (Linnaeus, 1758) και χανάκι Serranus hepatus (Linnaeus, 1758) στο Αιγαίο πέλαγος. Καθώς τα είδη αυτά απορρίφθηκαν στο σύνολο τους, οι απορρίψεις τους αποτελούν το σύνολο των συλλήψεών τους. Έτσι, η κατανομή των απορρίψεων τους αντικατοπτρίζει σε μεγάλο βαθμό την κατανομή των ειδών. Οι συλλήψεις μοντελοποιήθηκαν με τη χρήση γενικευμένων προσθετικών μοντέλων συναρτήσει του βάθους, περιβαλλοντικών παραμέτρων και του τύπου του υποστρώματος του βυθού. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η κατανομή των συλλήψεων του A. sphyraena και του C. aper ήταν πιο εκτεταμένη σε όλη την περιοχή μελέτης και σε μεγαλύτερα βάθη, ενώ για το A. laterna, το S. hepatus και το C. macrophthalma οι υψηλότερες τιμές συλλήψεων εκτιμήθηκαν σε υποθαλάσσια οροπέδια και ρηχά νερά μέσα σε κόλπους. Τέλος, εκτιμήθηκε η κατανομή του συνόλου των απορρίψεων με ΕΜΑΔ σε τρεις περιοχές της κεντροανατολικής Μεσογείου. Δημιουργήθηκε ένα κοινό γενικευμένο προσθετικό μοντέλο για το Αιγαίο, το Ιόνιο και το Λιγυρικό-Τυρρηνικό πέλαγος για το σύνολο των απορρίψεων με ΕΜΑΔ για να εκτιμηθεί η χωροχρονική κατανομή των απορρίψεων σε ευρύτερη χωρική κλίμακα. Οι χάρτες που προέκυψαν χρησιμοποιήθηκαν για να διερευνηθεί αν (α) οι υπάρχουσες Κλειστές Θαλάσσιες Περιοχές στην Αλιεία με τράτα βυθού (ΚΘΠΑ), (β) οι προτεινόμενες ΚΘΠΑ από τις τοπικές αρχές και (γ) οι προτεινόμενες θαλάσσιες προστατευόμενες περιοχές (ΘΠΠ) από διεθνείς οργανισμούς και οργανώσεις συμπίπτουν χωρικά με περιοχές που δύναται να αποφέρουν μεγάλες ποσότητες απορρίψεων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το ποσοστό της χωρικής επικάλυψης της κατανομής των απορρίψεων με τις υπάρχουσες ΚΘΠΑ ήταν μικρό, ενώ για κάποιες ΘΠΠ ήταν αρκετά μεγάλο, υποδεικνύοντας ότι οι ΘΠΠ θα συμβάλλουν σε μεγαλύτερο βαθμό στον μετριασμό των απορρίψεων από τις ΚΘΠΑ. Τα μοντέλα κατανομής των απορρίψεων και οι χάρτες που δημιουργήθηκαν στην παρούσα διδακτορική διατριβή αποδίδουν την εικόνα της χωροχρονικής κατανομής των απορρίψεων από το επίπεδο της ομάδας ειδών στο επίπεδο του είδους. Αποτελούν ένα πρώτο βήμα και χρήσιμη πληροφορία για την αξιολόγηση των υπαρχόντων και προτεινόμενων κλειστών θαλάσσιων περιοχών ως προς την αποτελεσματικότητα τους για τον μετριασμό των απορρίψεων από το αλιευτικό εργαλείο τράτα βυθού. Είναι, επίσης, σημαντική πληροφορία για εργαλεία χωροταξικού σχεδιασμού με στόχο τον προσδιορισμό θαλάσσιων περιοχών με προτεραιότητα για προστασία. Τέλος, η πληροφορία που προέκυψε σε επίπεδο είδους και ομάδας ειδών μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οικοσυστημικά μοντέλα συνεισφέροντας στην κατανόηση των τροφικών σχέσεων και της δομής του θαλάσσιου τροφικού πλέγματος.