Modelling the marine food web in the coastal waters of Cyprus

Abstract

Η αποτυχία παραδοσιακών στρατηγικών διαχείρισης και η εξάντληση σημαντικών θαλάσσιων πόρων σε παγκόσμιο επίπεδο έχει οδηγήσει σε αυξημένο ενδιαφέρον προς την οικοσυστημική διαχείριση, μια προσέγγιση περιβαλλοντικής διαχείρισης που αναγνωρίζει και λαμβάνει υπόψη το πλήρες φάσμα των αλληλεπιδράσεων εντός του οικοσυστήματος, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπινων δραστηριοτήτων και όχι μεμονωμένα ζητήματα, είδη ή οικοσυστημικές υπηρεσίες. Βασικά εργαλεία αυτής της προσέγγισης είναι τα οικοσυστημικά μοντέλα που συνυπολογίζουν όλες τις βασικές μεταβλητές σε ένα οικοσύστημα, όπως την αφθονία και τη δομή των πληθυσμών, τα χαρακτηριστικά του κύκλου ζωής τους, τη θήρευση και τον ανταγωνισμό μεταξύ τους και τις περιβαλλοντικές και ανθρωπογενείς επιρροές. Βασικός στόχος αυτής της εργασίας ήταν η ανάπτυξη του πρώτου τέτοιου μοντέλου για το θαλάσσιο οικοσύστημα της υφαλοκρηπίδας της Κύπρου, προκειμένου να περιγραφεί η δομή και η λειτουργία του οικοσυστήματος, να εντοπιστούν σημαντικές ομάδες και είδη οργανισμών και να αξιολογηθούν ο αντίκτυπος των αλιευτικών δραστηριοτήτων και ο ρόλος των ξενικών ειδών. Το μοντέλο χρησιμοποιείται επίσης για την πρόβλεψη της απόκρισης του οικοσυστήματος σε διάφορα σενάρια που σχετίζονται με τη διαχείριση και το περιβάλλον, όπως αλλαγές στην αλιευτική προσπάθεια και παραγωγή ή/και αλλαγές στην αφθονία των εισβλητικών ειδών. Στο μοντέλο ορίζονται συνολικά 40 λειτουργικές ομάδες που κυμαίνονται από παραγωγούς και θρύμματα μέχρι κορυφαίους θηρευτές και όπου είναι δυνατόν, τα ξενικά είδη περιλαμβάνονται σε αποκλειστικά ξενικές ομάδες. Τα απαραίτητα δεδομένα λαμβάνονται από τοπικές έρευνες, στατιστικές αλιείας, δημοσιευμένα στοιχεία από αναλύσεις περιεχομένου στομάχου, άλλη επιστημονική και γκρίζα βιβλιογραφία, καθώς και εμπειρικές εξισώσεις. Λαμβάνονται υπόψη όλες οι αλιευτικές δραστηριότητες στην περιοχή, συμπεριλαμβανομένης της ερασιτεχνικής αλιείας, η οποία αξιολογείται για πρώτη φορά στην Κύπρο μέσω τηλεφωνικών ερευνών. Και οι τρεις υπάρχοντες τύποι ερασιτεχνικής αλιείας περιλαμβάνονται στις έρευνες, η ερασιτεχνική αλιεία με σκάφος, με ψαροντούφεκο και από την ακτή. Το βασικό οικοσυστημικό μοντέλο προβάλλεται στο μέλλον υπό μια σειρά σεναρίων που σχετίζονται με στρατηγικές διαχείρισης της αλιείας και με την αφθονία εισβλητικών ειδών και οι αποκρίσεις του οικοσυστήματος εκφράζονται μέσω μιας σειράς οικολογικών και σχετικών με την αλιεία δεικτών. Εκτός από την αναγκαιότητά τους για το μοντέλο, τα αποτελέσματα της έρευνας για την ερασιτεχνική αλιεία υπογραμμίζουν το σημαντικό μέγεθος αυτού του τομέα σε ό,τι αφορά τα αλιεύματα, καθώς και την κοινωνική και οικονομική του σημασία και δείχνουν ότι η ερασιτεχνική αλιεία στην Κύπρο ίσως έχει μέχρι τώρα υποτιμηθεί και ότι θα πρέπει σίγουρα να λαμβάνεται υπόψη κατά την εξέταση μέτρων για τη διαχείριση της αλιείας. Η ανάλυση του μοντέλου δείχνει ότι το παράκτιο θαλάσσιο οικοσύστημα της Κύπρου μοιράζεται κοινά δομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά με άλλα μεσογειακά οικοσυστήματα, ειδικά εκείνα στην ανατολική λεκάνη. Δείχνει επίσης ότι το οικοσύστημα βρίσκεται σε χαμηλό έως ενδιάμεσο αναπτυξιακό στάδιο, με αξιοσημείωτες επιπτώσεις τόσο από την αλιεία όσο και από τα ξενικά είδη. Οι χρονικές προσομοιώσεις αποκαλύπτουν την σταθερότητα του οικοσυστήματος ως προς τα θεμελιώδη χαρακτηριστικά του, όπως το οικολογικό μέγεθος, την τροφική πολυπλοκότητα και την ωριμότητα. Αποκαλύπτουν ωστόσο και τη μεγάλη αβεβαιότητα που μπορεί να εισαγάγει η πολυπλοκότητα του οικοσυστήματος στη διαχείριση της αλιείας και υπογραμμίζει τη σημασία μιας ολιστικής επιστημονικής συμβουλής προς τα κέντρα λήψης αποφάσεων, προκειμένου να αναπτυχθούν σωστά στρατηγικές, να αποφευχθούν συγκρουόμενα ή ανεπιθύμητα αποτελέσματα, να επιτευχθούν οι καθορισμένοι στόχοι ή και να εξηγηθούν αποτυχίες διαχείρισης.

Worldwide, failure of traditional management strategies and depletion of important marine resources has led to an increased interest towards ecosystem-based management, an environmental management approach that recognizes and takes into consideration the full array of interactions within the ecosystem, including human activities, rather than single issues, species or ecosystem services in isolation. Essential tools towards this approach are ecosystem models that consider all key variables in an ecosystem, such as population abundance and structure, life history traits, predation and competition between species, and environmental and anthropogenic influences. Main objective of this work was to develop the first such model for the shelf marine ecosystem of Cyprus, in order to describe the structure and functioning of the ecosystem, identify keystone groups and species, evaluate the impact of fishing activities and assess the role of alien species. The model is also used to predict the ecosystem’s response to different environmental and management-related scenarios, such as changes in fishing effort and production and/or changes in the abundance of invasive groups and species. A total of 40 functional groups are defined in the model, ranging from producers and detritus to top predators and when possible, alien species are included in exclusively alien groups. Input data are obtained from local surveys, fishery statistics, published data on stomach content analyses, other scientific and grey literature, as well as empirical equations. All fishing activities in the area are considered, including Marine Recreational Fishing (MRF), which is evaluated for the first time in Cyprus using telephone surveys. All three existing MRF types are included in these surveys, boat fishing, spearfishing and shore fishing. The base ecosystem model is projected into the future under a series of scenarios related to fisheries management strategies and invasive species abundances, and the ecosystem responses are expressed through a series of ecological and fisheries-related indicators. Besides their importance as inputs in the model, the MRF survey results highlight the great magnitude of this sector in terms of catches, as well as its social and economic significance, and indicate that MRF in Cyprus has been underestimated thus far and that it should definitely be taken into account when considering measures for fisheries management. Analysis of the model shows that the coastal marine ecosystem of Cyprus shares common structural and functional characteristics with other Mediterranean ecosystems, especially those in the eastern basin. It also indicates that the ecosystem is at a low to intermediate developmental stage, with noticeable impacts from both fisheries and alien species. Temporal simulations reveal an ecosystem’s resilience in terms of its fundamental traits, such as its ecological size, trophic complexity and maturity. Yet, they also reveal the magnitude of uncertainties that ecosystem’s complexity can introduce to fisheries management and highlight the importance of holistic scientific advice towards managers, in order to correctly develop strategies, avoid conflicting or undesired outcomes, achieve set goals or even explain management failures.