Ecosystem Responses to Aquaculture Induced Stress (ECORAIS)

I det følgende gis en kort presentasjon av den enkelte arbeidspakke, de viktigste resultatene og anvendelsen.

Arbeidspakke 1

Analyse av resultater fra bunndyrsundersøkelser som er gjennomført ved matfiskanlegg over en 20-års periode for om mulig å identifisere artsgrupper som karakteriserer ulike påvirkningsgrader og sedimenttyper.
Analyse av datasettet for 13 miljøvariabler indikerte at de viktigste strukturerende parametrene for makrofaunasamfunnet var dyp, lukt av fakalier/fôr og prosentdel mudder i sedimentet. Ved lav organisk påvirkning var det forskjellige indikatorarter på grunne og dype lokaliteter, dette i motsetning til lokaliteter med høy organisk belastning som hadde de samme indikatorartene uavhengig av dyp. Datasettet inneholdt resultater fra perioden 1988 til 2008, men dataene etter 2000 var noe mangelfulle.

Undersøkelse av fysiske egenskaper hos fôr og fekalier (synkehastighet, konsistens, lekkasje som funksjon av partikkelstørrelse).

Undersøkelsene gikk over en produksjonssyklus med tre størrelsesgrupper av laks. Det ble brukt standardfôr da omkostningene ved å lage flere fôr ble for høy. Resultatene viser at storparten av partiklene synker raskere enn 5 cm per sek, men at hele 10–15 % synker langsommere enn 1 cm per sek. Det innebærer at en overraskende stor del av partiklene går ut som svevepartikler, noe som har betydning både for de frie vannmassene og bunnen omkring anleggene. Dataene for utlekking og synkehastighet for pellets og fekalier gir et vesentlig bedre grunnlag til å simulere spredning av partikler fra matfiskanlegg for laks og derved også bunnpåvirkning. Det var ikke mulig å skaffe torsk til forsøkene, derfor ble lakseforsøket utvidet til å dekke hele laksens vekstperiode.

Studie av hvordan småskala-fysikk påvirker vertikal transport og fordeling av nøytrale og synkende partikler.
Nødvendige rutiner for partikkelbevegelse som lot seg parallellisere ble utviklet og rutinene ble så testet mot analytiske løsninger. Dette ble gjort ved å sette opp en idealisert fjord med konstant dyp der tidevann var den eneste drivkraften. En kunne da finne analytiske løsninger for hvordan partiklene ville synke gjennom vannsøylen, og dette ble brukt til å validere partikkeltracking rutinen. Samspill mellom dyp, tettheten til partikkelen/vannmassene (synkehastighet), strømstyrke og størrelsen på utslippskilden (merden) er svært viktig, og resultatene viste at dersom en var i et “sundt regime”, dvs. at partiklene ble spredt langt fra oppdrettsanlegget, så kunne f.eks. å endre fisk type/størrelse (tetthet på partiklene) eller øke størrelsen på oppdrettslokaliteten resultere i at mesteparten av utsleppene ville ende opp rett under merdene. Videre har man studert hvordan modellens gridoppløsning påvirker nedslagsfeltet til partiklene. Det viste seg f.eks. at dersom fjorden har en kurvatur, så vil en sekundærstrøm (lik den som en finner i elveslyng der det graves i yttersving og legges igjen i innersving) bli generert, men intensiteten til denne sekundærstrømmen ville være avhengig av gridoppløsningen. Dette vil si at denne effekten ikke er med i modeller med grovt grid, og disse modellene vil derfor heller kunne gi et godt estimat på i hvilket område en skal forvente at utslipp fra oppdrettsindustrien vil ende opp.

Måle utslipp av oppløste næringssalter og partikulært organisk materiale fra oppdrettsanlegg ved å undersøke vekst av planktonalger og blåskjell.
Bioassays av mikroalger og blåskjell ble brukt til å måle henholdsvis næringssaltutslipp og transport av partikulært organisk materiale. Mikroalge-bioassays bestod av algekulturer i dialyseposer, hvor algene inni posene opplever samme konsentrasjon av næringssalter som det omliggende vannet. Vekst, næringslagring og stabile isotopprofiler i algematerialet er brukt som indirekte mål på næringstilgang. Blåskjell-bioassays bestod av blåskjell i strømpe, og vekst hos blåskjellene ble brukt som indirekte mål på tilgang partikulært organisk material. Bioassays ble plassert på målerigger på fem stasjoner med økende distanse (0–1800m) fra de to anleggene. Alge-bioassays stod på 6 meters dyp i en uke (mai/juni og sept.), mens blåskjell-bioassays var plassert på 5 og 200 meters dyp i tre måneder (sept.–nov.). Avhengig av anleggets plassering og årstid så det ut til at algeveksten ble stimulert og påvirkning kunne spores fra 200–1800 meter fra anleggene. Forholdet mellom responsen i bioassays og avstand fra anlegg var påvirket av hydrodynamisk regime, med en tydelig gradient av redusert vekst med økt avstand ved svak strøm. Ingen slik gradient ble påvist ved sterk strøm. Blåskjellveksten økte også nær anleggene, og dette indikerer god mattilgang til pelagiske (5 m) og bentiske (200 m) samfunn i områder med oppdrett. For å undersøke hvor stor andel av det organiske materialet som kommer fra henholdsvis oppdrett og naturlige kilder analyseres isotop-sammensetningen i blåskjellene og material oppsamlet i sedimentfellene. Disse analysene er ikke ferdige.

 

Måle vekstrater og næringslagring hos makroalger rundt oppdrettsanlegg under ulike strømregimer.
Man har anvendt en kombinasjon av bioassays og feltinnsamling. Makroalge bioassays bestod av “bur” som inneholdt ulike arter makroalger (sukkertare, havsalat og søl). Vekst og næringslagring i algematerialet (bioassays) er brukt som et indirekte mål på næringssaltilgang, mens stabile isotop profiler (15N) er brukt for å undersøke opprinnelsen til næringsstoffene. Algene stod ute i henholdsvis syv dager (korttids bioassay) og tre måneder (langtids bioassay), og studien gjort ved de samme lokalitetene som i de øvrige arbeidspakkene. Stasjoner i oppdrettsfrie Fanafjorden og Lysefjorden ble brukt som referanse til langtids bioassays. Bioassays ble plassert på samme måte som i arbeidspakke 4. Feltstudien har vært gjennomført i midtre deler av Hardangerfjorden, hvor oppdrettsaktiviteten er størst. Sagtang ble samlet inn på stasjoner med økende avstand til oppdrettsanlegg (0,2–6 km), og algemateriale blir analysert for næringsinnhold og 15N. For å kvantifisere hvor stor andel av nitrogen som kommer fra henholdsvis oppdrett og naturlige kilder, ble vannprøver fra nær anlegg, fra fjordmunningen og fra ferskvann fra nærliggende elver. Prøvene ble analysert for 15N.

Kvantifisering av total bentisk og mikrobiell metabolisme på oppdrettslokalitet og referansestasjoner med ulike tilførsler av organisk stoff og ulike strømregimer over en produksjonsperiode for laks.
Strøm, sedimentasjonsrate og sedimentomsetning ble målt over fire perioder og dekker en produksjonssyklus ved anleggene. Resultatene viser at strømregimet er avgjørende for sedimentasjonsrate og bunnpåvirkning. På den strømsterke lokaliteten var sedimentasjonsraten moderat og faunen ble gjennom produksjonssyklusen endret fra et upåvirket bunndyrssamfunn til et samfunn dominert av opportunister med meget høyt individantall og høy biomasse. Omsetningen av organisk materiale økte markant gjennom produksjonssyklusen, men de biokjemiske prosessene ble ikke endret. Innholdet av organisk stoff i sedimentene økte heller ikke, noe som viser at bunnen kunne omsette de ekstra tilførslene fra anlegget og at lokaliteten ikke var overbelastet. Dette var i sterk motsetning til utviklingen på den strømsvake lokaliteten som hadde en langt høyere sedimentasjonsrate og som økte gjennom hele produksjonsperioden. Sedimentet hadde i begynnelsen av forsøket meget høy omsetning og høyt oksygenforbruk og faunaen besto av opportunister. Gjennom produksjonsperioden økte innholdet av organisk stoff i sedimentet, faunaen forsvant og de biokjemiske prosessene ble sterkt endret. Ved slutten av forsøket brøt de biokjemiske prosessene sammen og omsetningen av organisk stoff var meget lav, slik at sedimentene faktisk var konservert.

Undersøkelsene kobler strøm, sedimentasjon og sedimentomsetning og resultatene vil gi et vesentlig bidrag til arbeidet med å utvikle metoder som kan gi en bedre miljøtilpassing ved lokalisering av oppdrettsanlegg. De vil bla.bli brukt til å forbedre eksisterende modeller for simulering av bunneffekter av fiskeoppdrett, samt til revisjon av Norsk standard NS 9410 “Miljøovervåking av bunnpåvikning fra marine akvakulturanlegg”. Inkludert i dette arbeidet ligger også justering av miljøstandarder for tillatt bunnpåvirkning på dype oppdrettslokaliteter.

 

Undersøke diversitet av makrofauna, samt kvantifisere økosystemets funksjon og de ulike bentiske komponenters (makrofauna, bakterier) relative betydning for nedbrytningen av organisk materiale rundt oppdrettsanlegg med ulikt strømregime.
Stabile isotoper har vist seg å være særlig godt egnet til å kvantifisere bentiske økosystemers funksjon. Metoden innebærer å tilsette isotopmerkede elementer i mesokosmer med sedimenter og vann fra sjøbunn. De isotopmerkede elementene “forfølges” deretter inn i ulike biogeokjemiske prosesser, hvorpå det er mulig å beregne hvor, hvilke og hvordan elementer tas opp og omsettes. Man har brukt isotopmerkede alger som tracer. Algematerialet ble tilsatt sedimentkjerner som var samlet inn under to oppdrettsanlegg og to tilhørende referanselokaliteter. Det ene anlegget lå på en strømrik lokalitet og det andre strømsvak lokalitet. Studien viste at både oksygenforbruk (SOC) og bakteriell biomasse i sedimentet var betydelig høyere under anleggene sammenliknet med referansen på begge oppdrettslokaliteter, og at SOC var eksponensielt relatert til bakteriell biomasse. SOC rater var imidlertid ca. 5 ganger høyere under anlegget på den strømsvake lokaliteten sammenliknet med den strømrike, noe som tilsier at strømforholdene har betydelig innvirkning på visse sedimentøkosystem-prosesser under oppdrettsanlegg. Det var ingen forskjell mellom anleggene når det gjelder bakterielt karbon (C)-opptak fra vår tracer. Når bakterielt C-opptak ble normalisert i forhold til sedimentets C-lager, var imidlertid den bakterielle responsen på den strømsvake lokaliteten signifikant høyere enn det en observerte både under anlegget på den strømsvake lokaliteten og på begge referanselokaliteter. Studien viser også at i bunnområder som er påvirket av oppdrett øker oksygenkonsumpsjonen og mens nitrogenmineralisieringen reduseres, dette medfører økt tilførsel av ammonium og fosfat til pelagiske økosystemer noe som kan bidra til økt vekst av makroalger og en mer hyppig oppblomstring av planteplankton utover sommerhalvåret.

Simulere sedimentering av utslipp av mat og feces-partikler nært en oppdrettslokalitet.
Topografiske effekter vil påvirke strømfeltet og dermed også nedslagsfeltet for partikler. I disse studiene har det kun vært parameteren dyp som har blitt endret, men da også andre parametre, f.eks. stratifisering og tetthet på partikkelen, er med på å påvirke nedslagsfeltet, så det er ikke mulig å gi en bestemt universell løsning for dette problemet. Dette indikerer at det vil trenges spesifikke numeriske oppsett for hvert eneste oppdrettsanlegg som skal undersøkes.

Som en del av prosjektet er det studert hvordan bølger kan skape strømmer nært bunn og om disse vil kunne være sterke nok til å resuspendere aggregert materiale. Dette arbeidet ble gjort i samarbeid med et forskningsmiljø i Skottland og viste at i grunne stratifiserte områder der bølger med tilstrekkelig bølgehøyde blir generert, kan dette være viktig for sedimenttransport.

 

Prosjektgjennomføring, kompetansehevning og ressursbruk
ECORAIS er resultatet av sammenslåing av tre prosjekter fra tre institusjoner og med delvis forskjellig utgangspunkt. Prosjektet er noe preget at dette, og undersøkelsene fra de forskjellige institusjonene ble ikke fullt ut integrert. På den andre siden dekket de ulike arbeidspakkene et bredt spekter separate problemstillinger knyttet til bruk av ulike metoder, tidsserier og miljøvirkninger fra akvakultur, slik at det delvis var diskrete undersøker som det ikke var naturlig å integrere.

De undersøkte anleggene ble valgt etter grundig forundersøkelser for å oppfylle kravene fra de ulike arbeidspakkene. Det var en klar synergieffekt ved felles innsamling av biologiske data ved de samme oppdrettsanleggene Det gjelder både besparelser ved felles innsamling og deling av utstyr og fordi prosjektet samtidig belyser ulike aspekter ved miljøpåvirkning. Det var vanskelig å integrere strømsimuleringen med de biologiske undersøkelsene, men data fra Arbeidspakke 2 vil bli brukt som input i modeller for å simulere sedimentasjon av organisk materiale.

ECORAIS gjennomførte et omfattende innsamlingsprogram og bruk av avanserte metoder har gitt et betydelig bidrag til kunnskapen om miljøvirkninger fra store matfiskanlegg, jf. publiseringslisten. For bunnpåvirkning gjelder det så sentrale områder som dose – responssammenhenger, omsetningsveger og rater, oksygenforbruk og frigiving av forbindelser fra sedimenter. Samlet vil dette sette en i stand til bedre å tilpasse belastningen etter bunnens bæreevne og dermed anleggenes lokalisering og å utvikle bedre overvåkningssystemer. I de frie vannmassene har det brakt ny kunnskap om oppdrettsanleggenes betydning for vekst og opptak av næringssalter hos pelagiske og fastsittende alger og opptak av organiske partikler hos blåskjell. Dette kan gi grunnlag for bedre lokalisering, rensetiltak og multitrofisk akvakultur.