Saggio scientifico originale CDU 639.2.081.7:574.6(262-18) Ricevuto: 2009-03-24 ANALISI DI DATI BIOACUSTICI OTTENUTI MEDIANTE ECHOSOUNDER PER LA VALUTAZIONE DELLA COMPONENTE ITTICA DELL' AREA MARINA PROTETTA DI MIRAMARE Serena DONADI & Milena TEMPESTA Area Marina Protetta di Miramare, I-34014 Trieste, v. le Miramare 349, Italia E-mail: serenadonadi@yahoo.it Donatella DEL PIERO Dipartimento Scienze della Vita, Universita degli Studi di Trieste, I-34133 Trieste, Via Giorgieri 10, Italia SINTESI Le tecniche acustiche attive, essendo metodi non invasivi, rappresentano un valido strumento, complementare ai censimenti visivi ("visual census"), per lo studio e il monitoraggio della componente ittica all'interno di un'area marina protetta. Nel periodo compreso tra Aprile e Novembre 2006, l'utilizzo di un echosounder scientifico split-beam ha permesso di ottenere stime quantitative della distribuzione spaziale dei popolamenti ittici dell'AMP di Miramare (Golfo di Trieste, Alto Adriatico) e di individuare potenziali aree di aggregazione ittica. La zona della barriera, la zona del FAD (fish aggregating device) e la zona al limite settentrionale dell'AMP si caratterizzano per la frequenza con cui si sono rilevati elevati valori di densita ittica nel corso del periodo di campionamento. I risultati ottenuti dal presente studio costituiscono utili informazioni per la gestione e la valutazione dell'efficacia di gestione della AMP. Parole chiave: Area Marina Protetta di Miramare, densita ittica, echosounder ANALYSIS OF BIOACOUSTICAL DATA FROM ECHOSOUNDER SURVEYS FOR THE ASSESSMENT OF THE FISH POPULATIONS IN THE MARINE PROTECTED AREA OF MIRAMARE ABSTRACT Active hydroacoustic techniques are non-invasive methods for the study and monitoring of fish populations. These techniques are well-applied in marine protected areas and can be used as a complementary technique to a visual census. A split-beam echosounder was employed during the period from April to November 2006, to obtain a quantitative assessment of the spatial distribution of the fish populations in the MPA of Miramare (Gulf of Trieste, northern Adriatic Sea) and to identify potential fish-aggregating areas. High values of fish density were recorded with higher frequency in the reef zone, in the FAD zone and in the north limit core zone throughout the survey period. The results obtained from the current study provide useful information for the management and evaluation of the management effectiveness of the MPA. Key words: Marine Protected Area of Miramare, fish density, echosounder INTRODUZIONE La quantificazione della componente ittica e della sua distribuzione nello spazio e nel tempo e essenziale per valutare l'efficacia dell'azione di protezione di un'area marina protetta (Pomeroy et a/., 2004). Cio permette inoltre all'ente gestore di pianificare azioni e strategie gestionali delle risorse ittiche entro e fuori i confini della zona sotto tutela. L' Area Marina Protetta (AMP) di Miramare (Golfo di Trieste, Alto Adriatico) racchiude un ambiente unico per la struttura geomorfologica e la posizione geografica e rappresenta un sito fondamentale per l'elevata densita e biodiversita di specie ittiche (Costantini et a/., 2004). Da diversi anni la comunita ittica della AMP di Miramare viene monitorata tramite censimenti visuali ("visual census"), tecnica non invasiva di monitoraggio (AA.VV., 1999) che viene applicata in tutte le aree marine protette italiane (Vacchi & La Mesa, 1999). Fattori ambientali (scarsa visibilita, bassa temperatura, cattive condizioni meteorologiche) e fattori legati alla soggettivita delle osservazioni costituiscono, pero, importanti limiti a tale metodologia. L'utilizzo di tec-niche acustiche attive non solo permette di operare anche quando le condizioni meteo-marine non sono ottimali per svolgere il "visual census", ma consente anche di aumentare l'estensione della zona monitorata. La misura dell'abbondanza dei popolamenti ittici e probabilmente la piu importante applicazione delle tecniche acustiche nella ricerca scientifica nel settore ittico (MacLennan, 1990). Stime quantitative possono essere ricavate mediante "echo integration", tecnica che si basa sulla stima dell'energia riflessa da un determinato volume d'acqua e che viene comunemente utilizzata per la valutazione di stock ittici d'importanza commerciale (Misund, 1997). Le metodologie acustiche for-niscono stime di abbondanza indipendenti dalle attivita di pesca e pertanto possono essere applicate in aree marine protette in sostituzione dei comuni metodi di campionamento che necessitano di catturare una parte o l'intero campione studiato. Sia echosounder operanti da barca che trasduttori stazionari si sono rivelati utili strumenti per la quantificazione e la valutazione della distribuzione spaziale e del comportamento dei popola-menti ittici in strutture artificiali quali piattaforme petro-lifere (Stanley & Wilson, 1998; Stanley & Wilson, 2000; Soldal et a/., 2002) o barriere (Thorne et a/., 1989; Fabi & Sala, 2002; Sala et a/., 2007). Lo scopo del presente studio e stato quello di valutare la distribuzione spaziale della componente ittica dell'Area Marina in diversi periodi dell'anno mediante tecniche acustiche attive non stazionarie, al fine di ottenere informazioni utili alla pianificazione di azioni e strategie di gestione delle risorse ittiche da parte dell'en-te gestore. L'obiettivo principale e stato quello di met-tere in evidenza potenziali aree di elevata aggregazione ittica, che potranno essere tutelate in modo particolare. MATERIALI E METODI Area di studio L'Area Marina Protetta di Miramare (Golfo di Trieste, Alto Adriatico) e situata a 8 km di distanza dalla citta di Trieste, in direzione Nord Ovest ed e gestita dal W.W.F. - Italia a partire dal 1986, anno di fondazione. Essa comprende un tratto di costa di circa 1500 m e si estende al largo per circa 600 m, coprendo una superficie totale di 120 ettari di mare. L'area marina protetta e suddivisa in due zone: la zona a protezione integrale (core), che copre 30 ettari e ha una massima profondita di 18 m, e la zona a protezione parziale (buffer), che invece copre i restanti 90 ettari e ha una massima profondita di circa 21 m. Nella zona a protezione integrale vige una stretta regolamentazione che vieta il prelievo di organismi viventi e di formazioni rocciose e sabbiose, impedisce la navigazione e non consente alcuna attivita che possa essere contraria alle finalita di tutela e conservazione dell'area. Sono possibili solo attivita di ricerca scientifica e monitoraggio, oltre ad alcune attivita di fruizione regolamentate dall'Ente Gestore. Nella zona a protezione parziale, istituita nel 1995 con ordinanza della Capita-neria di Porto di Trieste, sono vietati l'ancoraggio e la pesca sotto qualsiasi forma, con l'esclusione di quella sportiva esercitata da terra. La posizione geografica e la struttura geomorfologica che quest'area presenta ne fanno un ambiente unico e rappresentativo del Golfo di Trieste. La varieta dei substrati (rocciosi, sabbiosi e pelitici) (Tempesta ef a/., 1996), le escursioni di marea e le variazioni termoaline annue, in gran parte causate dalla bora e dalle piene dei fiumi Isonzo e Timavo, in-fluenzano le comunita di organismi presenti nella AMP. All'interno della zona a protezione integrale e situata una barriera artificiale la cui posa in opera risale al 1978. Su un fondale fangoso di 16-17 m, a circa 150 m dallo spigolo del castello di Miramare, e stato posizionato un tumulo di grossi tubi di cemento del vecchio acquedotto di Trieste, del diametro di 1,5 m, disposti in modo irregolare. La barriera ha lunghezza 30 m, larghezza 6 m e altezza 3 metri nel punto piu alto. La sua struttura disordinata ha permesso di creare diverse situazioni favorevoli all'attecchimento di specie sessili, nonché di fungere da riparo per banchi di diverse specie ittiche (Odorico & Ciriaco, 2004). Sempre all'interno della zona a protezione integrale, a una distanza di circa 70 m dalla costa e profondita 10 m, si trova un FAD (Fish Aggregating Device). Tale struttura, messa in posa nel 1996, e una Struttura Artificiale Leggera (SAL) con funzione aggregante, costituita da tubi corrugati di polietilene disposti in modo tale da formare una sfera di 4 m di diametro, caratterizzata da un asse centrale e 8 meri-diani. Attualmente, a distanza di anni dalla posa in opera, il SAL si trova posato al fondo, essendo collassato a causa del peso delle incrostazioni (Odorico, 1997). Fig. 1: Area Marina Protetta di Miramare e disegno sperimentale di campionamento. SI. 1: Območje Naravnega morskega rezervata Miramare in načrt vzorčenja. Campionamenti acustici I campionamenti acustici sono stati eseguiti mediante un echosounder Biosonics DT-X 5000 Transducer 200 kHz Split-beam. La raccolta delle coordinate geo-grafiche da associarsi ai dati bioacustici e avvenuta grazie a un GPS Trimble TDC1. I dati acustici sono stati raccolti lungo 7 transetti paralleli equispaziati (Fig. 1), ciascuno dei quali e stato diviso in unita elementari di campionamento (EDSU - elementary distance sampling unit) di lunghezza pari a circa 10 m. Un'unita elementare di campionamento e la lunghezza della rotta entro cui le misure acustiche sono mediate per dare un unico valore che si considera rappresentativo della densita ittica al centro della EDSU (MacLennan & Simmonds, 1992). I dati acustici sono stati raccolti con cadenza circa mensile in un periodo compreso tra Aprile e Novembre 2006 e precisamente nei giorni 21.4., 18.5., 31.7., 7.8., 28.8., 1.9., 28.9., 26.10. e 9.11., per un totale di 9 uscite per ogni transetto acustico. I campionamenti sono stati effettuati in un intervallo compreso fra le 9.00 am e le 12.00 am. La raccolta dei dati acustici e stata effettuata mediante l'utilizzo del software di acquisizione Biosonics Visual Acquisition 4.02. I parametri utilizzati durante i campionamenti sono stati: "pulse width" (durata dell'impulso): 0,2 ms; frequenza di emissione: 208 kHz; "pulse per second" (numero di impulsi emessi al secondo): 4 pps; "data threshold" (valore soglia): -90 dB. Tutti i segnali al di sopra di questa soglia ricevuti dal trasduttore sono stati registrati. La velocita di crociera durante i campionamenti e stata di 2-3 nodi. Durante i campionamenti acustici una bassa velocita di crociera e importante per minimizzare possibili errori sistematici nelle stime quantitative che possono derivare dalla presenza di bolle d'aria negli strati d'acqua superficiali e dal movimento del trasduttore. Analisi dei dati Per l'analisi dei dati e stato utilizzato il software di analisi Biosonics Visual Analyzer versione 4.02. L'elaborazione dei dati acustici e stata divisa in diverse fasi: (1) la visualizzazione dei dati acustici e operazioni preliminari all'analisi; (2) l' analisi della "target strength"; (3) il calcolo della sezione trasversale acustica media; (4) l'echo integration e il calcolo delle densita ittiche. In una prima fase, i dati acustici sono stati rappre-sentati in ecogrammi dopo aver inserito come input nel programma di analisi il coefficiente di calibrazione, ri-cavato secondo i metodi descritti dai protocolli della ditta costruttrice (AA.VV., 2004), un valore soglia pari a -65 dB, e i valori di temperatura e salinita della colonna d'acqua rilevati prima di ogni campionamento grazie alla sonda multiparametrica Idronaut mod. 316. I valori acquisiti dalla sonda ogni 0,1 m di profondita a partire da 0,25 m al di sotto della superficie sono stati mediati per l'intera colonna d'acqua. Sono stati esclusi dall'ana-lisi lo strato della colonna d'acqua subito al di sopra del fondale, zona in cui lo strumento acustico non riesce a discriminare gli oggetti sonificati (MacLennan & Simmonds, 1992), e lo strato d'acqua superficiale, carat-terizzato dalla presenza di bolle d'aria causate dal movi-mento dell'imbarcazione e da fattori meteo-marini. L'ampiezza di tali strati e stata rispettivamente di 40cm e 200 cm. Per poter convertire l'energia acustica riflessa in densita (numero di pesci per m2 o m3) e necessario stimare la sezione trasversale acustica (o) delle specie oggetto di studio. La sezione trasversale acustica e la target strength (TS) sono vie alternative per descrivere la capacita di un bersaglio di riflettere l'energia acustica ma o e una misura lineare espressa in m2, mentre TS e una misura logaritmica espressa in dB (MacLennan & Simmonds, 1992). Nel presente studio i valori di TS sono stati ricavati mediante misure in situ, data l'impos-sibilita di effettuare delle pescate e mancando studi pre-gressi sulle proprieta di riflessione acustica delle specie ittiche della AMP di Miramare. Per l'analisi della TS sono state utilizzate tutte le registrazioni effettuate nel corso dei campionamenti. Ogni registrazione e stata analizzata con appositi algoritmi del software di analisi alla ricerca di target singoli ("single target analysis"), cioe dei pesci sufficientemente lontani uno dall'altro, cosi da essere risolvibili acusticamente. A questo punto, in base a tutti i valori di TS ottenuti dalla "single target analysis", si e calcolato un valore medio della sezione trasversale acustica. Per ottenere delle stime confrontabili nel tempo e nello spazio, si e utilizzato lo stesso valore di o per convertire l'energia acustica ottenuta con il processo di echo integration. Per ogni target singolo ¡I valore in dB di target strength e stato convertito in m2 secondo la formula: O 1nTS/10 Obs = 10 Quindi, calcolando la media aritmetica dei nuovi valori, si e ottenuta una sezione trasversale acústica media pari a: 4,5262x10-6 m2. Tale valore e stato inserito nel software di analisi per convertire i valori di energia ottenuti mediante il processo di echo integration in densitj ittiche. La tecnica dell'echo integration permette di calcolare l'energia proveniente da un determinate volume d'acqua. Il trasduttore converte le onde acustiche ricevute in energia elettrica. Il voltaggio gene-rato e trasformato dalla forma analogica a quella digitale: ogni impulso emesso ("ping") risulta quindi de-scritto da una serie discreta di valori, chiamati "samples". Nell'echo integration ogni sample superiore ad una determinata soglia viene elevato al quadrato e sommato ai precedenti. La somma dei quadrati dei samples viene quindi divisa per il numero totale dei samples misurati e moltiplicata per parametri ambientali e di calibrazione per dare la "volume backscattering strength" (Sv), che e una misura dell'energia media riflessa dal volume d'acqua considerato. Gli algoritmi usati dal Visual Analyzer nell'echo integration calcolano Sv in termini di dB come: Sv = 10 log [pc-(! P/ X samples) dove P sono i valori di intensita dei samples, corretti secondo la funzione 20 log R TVG ed elevati al quadrato, e pc e la "system scaling constant", una costante che dipende da fattori ambientali e di calibrazione (AA.VV., 2004). Nell'analisi degli ecogrammi del presente studio, il software e stato impostato in modo tale da avere un valore di Sv per ogni unitj elementare: l'energia acustica, cioe, e stata mediata su distanze pari alla lunghezza della EDSU (circa 10 m) per dare un valore unico. Mediante specifici algoritmi del software di analisi, i valori in dB di volume backscattering strength sono stati convertiti in densitj di pesci per m2 (FPUA - fish per unit area) utilizzando il valore di sezione trasversale acustica media precedentemente stimata pari a 4,5262x10-6 m2. E' importante notare che questo valore e una media calcolata su pesci di specie diverse e dimensioni diverse e per tale ragione le stime di densitj devono essere considerate come indici relativi e non come misure assolute. I dati di ogni campionamento sono stati riassunti in tabelle contenenti per ogni unitj elementare (EDSU) le informazioni di latitudine e longitudine del punto ini-ziale e densitj ittica per m2 (FPUA). I valori di statistica descrittiva relativi a ciascun periodo di campionamento (Tab. 1) sono stati calcolati considerando le densitj ittiche rilevate in tutte le EDSU di ogni transetto. La presunta non normalitj della distribuzione dei dati che si puo dedurre dalla statistica descrittiva e stata co-munque testata con il test di Shapiro-Wilk, indicato per serie univariate di valori con 3