Fouling amphipods on marine aquaculture facilities: ecological interactions and potential applications and potential applications

Abstract

Aquaculture facilities involve mooring a large amount of artificial structures in offshore areas, which are colonised by a wide group of marine organisms, forming characteristic fouling communities. Many studies have focused on determining what sessile organisms are able to settle on nets, ropes and buoys, owing to the specific problems they cause and their economic cost to the aquaculture industry. Although sessile fouling communities are well-studied from the point of view of controlling this community on aquaculture facilities, little is known about the epifaunal mobile species inhabiting these artificial structures. This thesis addresses the study of crustacean amphipods, which have been scarcely studied regarding their species composition and relation to the habitats created by the sessile species and despite being detected in high abundances. After the general introduction, which sets the study framework, Chapter 1 is a preliminary study on the composition of fouling assemblages on aquaculture facilities in the Mediterranean Sea, comparing them with others such as those in harbours or offshore structures. Therein, it is shown that fouling communities are made up of mainly bivalves, algae, hydroids and bryozoans and amphipods usually represent more than 80 % of motile fauna associated with these organisms. Moreover, amphipod assemblages are characterised by seven frequent and dominant species: Elasmopus rapax, Jassa marmorata, Jassa slatteryi, Ericthonius punctatus, Stenothoe tergestina, Caprella equilibra and Caprella dilatata. A quantitative study of amphipod densities is carried out in Chapter 2, where mean amphipod densities observed in fish farm fouling amounted to 176,000 ind.m-2 and reached maxima up to 1,000,000 ind.m-2. There, the role of the macro- and microhabitat in supporting such amphipod communities is explored. The effect of the modification of marine currents on pelagic communities due to the introduction of coastal infrastructures is analysed in Chapter 3. Therein, it was detected a retention effect on planktonic amphipods near such facilities, noticeable in the increased abundance of hyperiids and migrating amphipods from different benthic and floating habitats. The influence of fouling amphipods on other habitats is analysed in Chapters 4 and 5, it is shown that fish-farm fouling acts as a source population of amphipods dispersing towards both defaunated sediments in soft-bottoms and surrounding floating habitats. Finally, in the last chapter, based on the possibility of using wild fauna already growing in fish farms, the applicability of amphipods as an accessory culture is tested in an offshore integrated multi-trophic aquaculture (IMTA) system with finfish as main fed species. Throughout this thesis it has been shown that fish-farming activities affect the amphipod assemblage in several ways such as the establishment of high population densities or the intimate connectivity between different subpopulations. As a result, a new potential commercial application arises from the possibility of using them as biofilters of aquaculture wastes, within an off-coast integrated multitrophic aquaculture system, promoting a more sustainable development of aquaculture in the marine environment.

Las estructuras artificiales que conforman las instalaciones de acuicultura en mar abierto suelen ser colonizadas por multitud de organismos marinos, que forman comunidades de fouling características en estas estructuras. Muchos estudios se han centrado en la descripción de los organismos sésiles que se desarrollan sobre cabos, redes y boyas de las instalaciones de acuicultura, debido a los problemas que generan para el cultivo y los costes adicionales que significan para la industria derivados de su necesaria eliminación. Sin embargo, aunque las comunidades de fouling sésiles han sido bien estudiadas desde el punto de vista de su control en las instalaciones de acuicultura, poco se sabe sobre la epifauna que habita estas estructuras artificiales. Esta tesis se centra en el estudio de los crustáceos anfípodos, los cuales aún no han sido estudiados en cuanto a la composición de especies y a su relación con los hábitats creados por los organismos sésiles, a pesar de haber sido detectados en grandes abundancias en las instalaciones de acuicultura. Después de una introducción general, que establece el marco de estudio, el capítulo uno es un estudio preliminar sobre las comunidades de fouling de las instalaciones de acuicultura en el Mediterráneo, comparándolas con las desarrolladas en otras estructuras artificiales como puertos o plataformas petrolíferas. En este capítulo, se demuestra que las comunidades de fouling están compuestas principalmente por bivalvos, algas, hidrozoos y briozoos y que más de un 80% de la fauna asociada a estos organismos son anfípodos. Además el poblamiento se caracteriza por la presencia de siete especies de anfípodos que son frecuentes y abundantes: Elasmopus rapax, Jassa marmorata, Jassa slatteryi, Ericthonius punctatus, Stenothoe tergestina, Caprella equilibra y Caprella dilatata. Un estudio cuantitativo de las densidades de estos anfípodos se lleva a cabo en el capítulo 2, donde se encuentra que la densidad media es de 176.000 ind.m-2, con máximos de más de 1.000.000 ind.m-2. Allí se explora también el papel de los macro y microhábitats en mantener dichas poblaciones de anfípodos. El efecto de la modificación de corrientes sobre las comunidades plantónicas debida a la instalación de las piscifactorías se analiza en el capítulo 3. En él, se detectó una retención de los anfípodos planctónicos cerca de las instalaciones, evidenciada por el incremento en las abundancias de hipéridos y de anfípodos migradores desde diferentes hábitats bentónicos flotantes. La influencia de las grandes densidades de anfípodos del fouling sobre otros hábitats se estudia en los capítulos 4 y 5, donde se observó que el fouling actúa como fuente de anfípodos migradores, exportando individuos que colonizan tanto sedimentos defaunados en el fondo marino como otros hábitats flotantes cercanos. Finalmente, en el último capítulo se analiza la posibilidad de aprovechar la producción natural y la conectividad observadas a través del cultivo de anfípodos como parte de un sistema de acuicultura multitrófica integrada (AMTI) en mar abierto con peces como especie principal. A lo largo de esta tesis, se demuestra que la acuicultura influencia las poblaciones de anfípodos marinos, tanto en el establecimiento de grandes densidades de población como en la conectividad entre las diferentes subpoblaciones. Como resultado, surge una nueva aplicación comercial de la posibilidad de usar los anfípodos del fouling como biofiltros, reciclando los residuos de la acuicultura dentro de un sistema de acuicultura multitrófica, garantizando así un desarrollo más sostenible de la acuicultura en el medio marino.