Estudio biológico de la capa de dispersión acústica estival en el mar de Alborán y su implicación en la evaluación de pelágicos costeros

Director de la tesis doctoral: Dra. Iglesias, M. (Magdalena) Ponente de la tesis doctoral: Dra. Agawin, N.S.R.En este estudio se ha llevado a cabo la caracterización acústica y la identificación biológica de la capa epipelágica presente en la plataforma continental del Golfo de Vera y del Mar de Alborán durante la época estival de los años 2013 y 2014. Para ello, la capa epipelágica fue detectada acústicamente empleando una ecosonda científica EK60 (Simrad) operando a diferentes frecuencias de trabajo: 18, 38, 70, 120 y 200 kHz, y en base a sus características acústicas se procedió a la identificación biológica mediante redes de plancton. Para cubrir un amplio espectro de tallas (meso y macrozooplancton) y capturar la comunidad susceptible de generar la respuesta acústica observada, se emplearon dos sistemas de muestreo: una red Bongo 40 equipada con mallas de 250 y 333 micras y una red Bongo 90 equipada con mallas de 500 y 2000 micras. Además, las variables termohalinas y la concentración de clorofila-a de la columna de agua fueron registradas en las estaciones de muestreo mediante un CTD provisto de un sensor de fluorescencia. La combinación de los datos acústicos y biológicos mostró que la frecuencia de mayor respuesta de la capa epipelágica varió a lo largo de la plataforma continental, en función de la comunidad zooplanctónica presente en la columna de agua, pasando de una comunidad costera resonante en la frecuencia de 70 kHz en 2013 y en 120 kHz en 2014, compuesta principalmente por crustáceos de pequeño tamaño, a otra comunidad resonante en la frecuencia de 38 kHz en las zonas comprendidas entre 40 y 200 m de fondo, de composición faunística heterogénea. Al final de la plataforma continental se detectó la incursión de una capa profunda, resonante en la frecuencia de 18 kHz, compuesta por larvas de peces mesopelágicos. La capacidad de los organismos para dispersar sonido depende de su concentración en el medio, de su tamaño y de sus características corporales, por esto no todos los organismos presentes en la columna de agua fueron detectados por las frecuencias de trabajo. Los crustáceos resultaron ser el grupo faunístico más abundante en las muestras y fueron detectados eficazmente en las frecuencias de 70, 120 y 200 kHz en ausencia de otros organismos con mayor capacidad para dispersar sonido como las larvas de peces. Las larvas de peces, aunque fueron poco abundantes en las muestras, dominaron la señal acústica en un amplio rango de frecuencias, enmascarando la señal del resto de grupos faunísticos debido al aire que contiene su vejiga natatoria. El tamaño de las larvas condicionó su frecuencia de mayor respuesta, detectándose larvas de mayor tamaño en la frecuencia de 18 kHz y de un menor tamaño en la frecuencia de 38 kHz. Por otro lado, se constató que la interacción entre la comunidad zooplanctónica y la comunidad de peces pelágicos en la frecuencia de evaluación acústica (38 kHz), se maximizó a profundidades de entre 40 y 100 m de profundidad, enmascarando entre el 33 y el 37 % los cardúmenes de peces. La existencia de una relación de tipo lineal entre la energía dispersada por la capa de zooplancton a las diferentes frecuencias empleadas, permitió el desarrollo de un ecograma virtual, que separó eficazmente los registros de los peces de aquellos correspondientes al zooplancton, contribuyendo a mejorar el proceso de interpretación de ecogramas y, como extensión, optimizar el proceso de evaluación de pequeños pelágicos costeros.En aquest estudi s’ha dut a terme la caracterització acústica i la identificació biològica de la capa epipelàgica present a la plataforma continental del Golfo de Vera i del mar d’Alboran durant l’època estival dels anys 2013 i 2014. Per aquest fi, la capa epipelàgica fou detectada acústicament mitjançant una ecosonda científica EK60 (Simrad) operant a diferents freqüències de treball: 18, 38 ,70 ,120 i 200 kHz, i en base a les seves característiques acústiques es va procedir a la identificació biològica mitjançant xarxes de plàncton. Per a cobrir un ample espectre de talles (meso i macrozooplàncton) i capturar la comunitat susceptible de generar la resposta acústica observada, es van emprar dos sistemes de mostreig: Una xarxa Bongo 40 equipada amb malles de 250 i 333 micres i una xarxa Bongo 90 equipada amb malles de 500 i 2000 micres. A més, les variables termohalines i la concentració de clorofila-a de la columna d’aigua foren registrades en les estacions de mostreig mitjançant un CTD equipat amb un sensor de fluorescència. La combinació de les dades acústiques i biològiques mostrà que la freqüència de major resposta de la capa epipelàgica va variar al llarg de la plataforma continental, en funció de la comunitat zooplanctònica present a la columna d’aigua, passant d’una comunitat costanera ressonant en la freqüència de 70 kHz en 2013 i en 120 kHz en 2014, compost principalment per crustacis de petit mida, a altra comunitat ressonant en la freqüència de 38 kHz a les zones compreses entre 40 i 200 m de fondària, de composició faunística heterogènea. A la fi de la plataforma continental es detectà la incursió d’una capa profunda, ressonant a la freqüència de 18 kHz, composta per larves de peixos mesopelàgics. La capacitat dels organismes per a dispersar so depèn de la seva concentració en el medi, de la seva mida i de les seves característiques corporals, per això no tots els organismes presents a la columna d’aigua foren detectats per les freqüències de treball. Els crustacis resultaren ser el grup faunístics més abundant a les mostres i foren detectats eficaçment a les freqüències de 70, 120 i 200 kHz en absència d’altres organismes amb major capacitat per a dispersar so com les larves de peixos. Les larves de peixos, encara foren poc abundants en les mostres, dominaren la senyal acústica en un ampli rang de freqüències, emmascarant la senyal de la resta de grups faunístics degut a l’aire que conté la seva bufeta natatòria. La mida de les larves condicionà la seva freqüència de major resposta, detectant larves de major mida en la freqüències de 38 kHz. Per altra banda, es constatà que la interacció entre la comunitat zooplanctònica i la comunitat de peixos pelàgics en la freqüència d’avaluació acústica (38 kHz), es maximitza a profunditats compreses entre 40 i 100 m de fondària, emmascarant entre el 33 i el 37 % de les moles de peixos. L’existència d’una relació de tipus lineal entre l’energia dispersada per la capa de zooplàncton a les diferents freqüències emprades, va permetre el desenvolupament d’un ecograma virtual, que va separar eficaçment els registres dels peixos d’aquells corresponents al zooplàncton, contribuint a millorar el procés d’interpretació d’ecogrames i, com extensió, optimitzar el procés d’avaluació de petits pelàgics costaners.The present study has been performed in order to characterize acoustically and identify biologically the epipelagic scattering layer present in the Gulf of Vera and the Alboran Sea continental shelf during summer time in 2013 and 2014. To that end, the epipelagic layer was detected acoustically using a scientific echosounder EK60 (Simrad) operating at different working frequencies: 18, 38, 70, 120 and 200 kHz, and based on its acoustic characteristics, the biological identification was carried out by means of plankton nets. With the purpose of covering a wide size range (meso and macrozooplankton) and capturing the zooplankton community responsible of the observed acoustic response, two different sampling systems were employed: Bongo 40 plankton net equipped with 250 and 333 microns meshes and Bongo 90 net equipped with 500 and 2000 microns meshes. In addition, water column thermohalines variables and chlorophyll-a concentration were recorded at the sampling stations using a CTD equipped with a florescence sensor. Matching acoustical and biological data showed the epipelagic layer frequency response varied along the continental shelf according to changes in the zooplankton community. In coastal areas, the resonance frequency was 70 kHz in 2013 and 120 kHz in 2014 and the zooplankton community was mainly composed of small crustaceans, while in areas between 40 and 200 m depth, the resonance frequency was 38 kHz and the zooplankton community composition was heterogenic. At the edge of the continental shelf, a deep scattering layer appeared at 18 kHz, which was associated with mesopelagic fish larvae. The capacity of the organisms to disperse sound depends on their concentration in the medium, their size and their body features, so not all of the organisms present in the water column were detected by the working frequencies. Crustaceans were the faunal group most abundant in the biological samples and they were effectively detected at 70, 120 and 200 kHz in the absence of other stronger scatters such us fish larvae. Fish larvae, although they were less abundant in the samples, dominated the acoustic signal in a wide range of frequencies, masking other faunal groups due to the air inside their swimbladder. The larvae size determined its resonance frequency; large larvae were detected at 18 kHz, while smaller ones were detected at 38 kHz. Moreover, it was confirmed that the interaction between the pelagic fish community and the zooplankton community detected at the stabilized assessment frequency, 38 kHz, was maxima at depth ranging from 40 to 100 m, masking the 33 % of the fish schools detected in the study area in 2013 and the 37 % in 2014. The existence of a linear relationship between the zooplankton layer at the different frequencies analyzed allowed the development of a virtual echogram which effectively separated fish echotraces from those belonging to the zooplankton community, helping to improve the echogram scrutinize process and, as an extension, to optimize the small pelagic acoustical assessment process

Anchovy (Engraulis encrasicolus) otoliths reveal growth differences between two areas of the Spanish Mediterranean Sea

In the Mediterranean, small pelagic provide the larger catches, based mainly on 2 species: anchovy and sardine (Sardina pilchardus). Although the Mediterranean Sea is considered oligotrophic, there are areas with increased production due to their unique conditions related to the bathymetry, hydrography and meteorology. In the Spanish Mediterranean Sea, there are two areas with increased production due to their environmental characteristics: the Ebro Delta continental shelf, due to the discharge of the Ebro River and the Alborán Sea that receives Atlantic water, rich in nutrients, through the Strait of Gibraltar. The amount of growth in the first year can be measured from the otolith (R1) and some cases may be suitable to use it as a tool for stocks separation. This study presents and analyses anchovy otolith R1 distributions from these two different areas, from samples collected during acoustic surveys in the Spanish Mediterranean in 2012 and 2013 during the months of June and July. In addition, the condition factor was estimated for the total number of individuals and for the sexes separately. Regression analysis, similarity analysis, principal components analysis (PCA) and the Wilcoxon-Mann Whitney test were undertaken in order to identify any different growth patterns. The results suggested that the differences may be characteristic of the existence of population groups, and these could be used as a tool for differentiating stocks

Otolitos de anchoa (Engraulis encrasicolus) revelan diferencias de crecimiento entre dos áreas del Mediterráneo español

Anchovy is a commercial species that supports large fisheries in the Mediterranean Sea. In addition, anchovy is an essential element of the pelagic food web, playing a considerable role in connecting the lower and upper trophic levels. Comparisons made regarding length frequency distribution, demographic structure, growth during the first year inferred from otoliths, and the condition factor of anchovy inhabiting the Spanish Mediterranean Sea (General Fisheries Commission for the Mediterranean management units, GSA06-Ebro Delta and 01-Alboran Sea), based on five-year data, clearly showed significant growth differences between areas and evidenced the existence of two independent anchovy stocks in the Spanish Mediterranean Sea. The anchovies inhabiting the Alboran Sea had higher growth than the anchovies inhabiting the Ebro Delta for the same age (one year old). The dramatic decline of the Alboran Sea anchovy could be related to the current management legislation in the Spanish Mediterranean Sea, based mainly on a common minimum catch size (9 cm), which should be revised given that sustainable anchovy exploitation is crucial for the pelagic food web equilibriumLa anchoa es una especie de interés comercial sometida a gran explotación pesquera en el mar Mediterráneo. Asimismo, esta especie es un elemento esencial de la cadena trófica pelágica dado que actúa como nexo entre los niveles más altos y más bajos de ésta. En este trabajo se han llevado a cabo comparaciones, basadas en un conjunto de datos de 5 años, entre las distribuciones de frecuencias de tallas; la estructura demográfica; el crecimiento durante el primer año, inferido empleando otolitos y el factor de condición de individuos de anchoa recogidos en el Mediterráneo español (unidades de gestión de la General Fisheries Commission for the Mediterranean, GSA06-Delta del Ebro y GSA01-Mar de Alborán), mostrando diferencias significativas entre áreas y evidenciando la existencia de dos stocks de anchoa independientes en el Mediterráneo español. Las anchoas procedentes del mar de Alborán presentaron un mayor crecimiento que aquellas procedentes del Delta de Ebro para la misma edad (1 año). La dramática disminución de la población de anchoa del mar de Alborán podría estar relacionada con la aplicación de una única legislación para todo el Mediterráneo español basada, principalmente, en una misma talla de primera captura (9 cm), que debería ser revisada puesto que la explotación sostenible de la anchoa es de crucial importancia para el equilibrio de la cadena trófica pelágicaVersión del edito

Analisis temporal de los resultados de la calibración de ecosondas científicas en buques de investigación.

El Instituto Español de Oceanografía (IEO), en sus campañas de Evaluación Acústica de Recursos Pesqueros, utiliza ecosondas científicas para estimar la biomasa de las especies pelágicas de interés comercial, como la sardina y la anchoa. Para la utilización cuantitativa de los resultados de estas ecosondas, es fundamental la exactitud de las medidas, así como su estabilidad temporal. Por esta razón, las ecosondas son calibradas antes del comienzo de cada campaña. Este trabajo presenta un análisis temporal de las calibraciones de las ecosondas científicas de los distintos Buques de Investigación, que el IEO ha utilizado a lo largo de los años.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Detection of zooplankton predator-prey interactions in Alboran Sea by combining acoustic backscatter data and different sampling systems

Multifrequency acoustic technology was used to detect the summer epipelagic scattering layer (SESL) associated with a heterogenic zooplankton community in Alboran Sea. Simultaneously, identification hauls by means of two different plankton net (bongo 40 equipped with 250 and 333 μm mesh and bongo 90 equipped with 500 and 2000 μm mesh) were performed to obtain taxonomical and quantitative characteristics of the zooplankton community. Collected data revealed a strong correlation between the abundance of small crustacean (prey) captured by the 250 μm mesh with the abundance of chaetognaths, siphonophores and fish larvae (predators) captured by 500 μm mesh

Microplastic ingestion in commercial fish species Boops boops, sardine Pilchardus and Engraulis encrasicolus in the western Mediterranean sea: MEDIAS SURVEY

Microplastic ingestion was assessed for three commercial fish species in the western Mediterranean Sea: Boops boops, Sardina pilchardus and Engraulis encrasicolus during the 2015 Spanish MEDIAS survey. Gastrointestinal tracts of 183 fish from 16 sites were examined. A total of 42 microplastics were found in the stomach contents of 31 individuals from all three species. B. boops was found to have ingested the most items (27%). No significant differences between abundance of ingested microplastics and spatial distribution of the sites were found, although it does appears microplastics are common in the food web of each species along the eastern coast of Spain

Multifrequency study of the epipelagic food web in Alboran Sea

In order to characterize the epipelagic ecosystem from a trophic point of view, a multidisciplinary acoustic survey was carried out in July 2013 in Alborán Sea. A calibrated EK60 scientific echosounder (Simrad) equipped with 5 frequencies (18, 38, 70, 120 and 200 kHz) was used. Fish echotraces were groundtruthed by mean of a pelagic trawl (20mm cod end; 20m vertical opening). The main daytime epipelagic acoustic plankton layer was sampled using plankton nets with 4 different mesh sizes (250, 333, 500 and 2000 µm); the great progress was monitoring in real time the plankton net track. Finally fluorescence was recorded using a CTD (Seabird 19+). Our results show that primary producer (fluorescence data) can´t be acoustically clearly detected; small primary consumers (Copepoda, Cladocera) are detected at 70 kHz frequency near coast (30-45m deep). Going offshore, frequency response change due to the presence of secondary zooplankton consumers like Siphonophora, Chaetognatha, fish larvae and Apendicularia, which are the main targets detected at 18 and 38 kHz frequencies. Tertiary consumers (fish) are detected properly at 18 and 38 kHz

Spatial and temporal analysis (2009–2020) of the biological parameters, abundance and distribution of Trachurus mediterraneus (Steindachner, 1868) in the Western Mediterranean

Trachurus mediterraneus is captured as by catch by the fishing fleet in the Spanish Mediterranean and usually landed as the global category of Trachurus spp., consequently there is a prominent lack of biological data on this species. The knowledge of the spatial and temporal evolution of its distribution, abundance and main biological parameters is essential to achieve a proper management and sustainable exploitation. Data collected in the MEDiterranean International Acoustic Survey (MEDIAS) 2009–2020 time series, carried out in July, has been analyzed to determine the evolution of the main ecological aspects of T. mediterraneus in two GFCM management units: Northern Spain (GSA06) and Northern Alboran Sea (GSA01). The results suggest a possible neritic distribution of T. mediterraneus, mainly concentrated at depths less than 60 m in GSA01 and up to 105 m in GSA06, as well as the existence of significant differences in abundance and length frequency distributions among GSAs. Furthermore, preliminary results regarding T. mediterraneus age and growth seemed to indicate a faster growth during the first two years in GSA01 than in GSA06. In both areas, potential changes in the life history traits of this species were evidenced, with a decreasing trend in the size at first maturity and condition factor over the years. Finally, five persistent distribution areas were located along the study area, highlighting Málaga Bay as a possible recruitment ground. The relevance of this study lies in the growing need for robust and current biological data of intermediate species in the marine food web and it contributes to the global purpose of achieving an integrated management of fishery resources.Versión del editor1,58