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Title: On the Ecology and Conservation of Marine Endangered Species, Pinna nobilis (Linnaeus, 1758) and Patella ferruginea (Gmelin, 1791), in the Marine Protected Area of Penisola del Sinis - Isola di Mal di Ventre (western Sardinia, Italy)
Other Titles: Ecologia e conservazione di specie marine a rischio di estinzione, Pinna nobilis (Linnaeus, 1758) e Patella ferruginea (Gmelin, 1791), nell'Area Marina Protetta “Penisola del Sinis - Isola di Mal di Ventre” (Sardegna occidentale, Italia)
Authors: Coppa, Stefania
Keywords: Pinna nobilis;Patella ferrugines;Endangered species;Marine Procted Areas;Human influence;Population density;Spatial distribution;Western Mediterranean;Specie a rischio di estinzione;Aree Marine Protette;Impatto antropico;Densità di popolazione;Distribuzione spaziale;Mediterraneo occidentale;BIO/07
Issue Date: 20-Mar-2012
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato in Ecologia e gestione delle risorse biologiche 24. ciclo
Marine Protected Areas (MPAs) have been established to protect vulnerable species and habitats, to conserve biodiversity, to restore ecosystem integrity, to avoid user conflicts and to enhance the productivity of fish and invertebrate populations in the neighbouring zones. Often the lack of information on the species ecology can limit or make void the existing management measures. One of such cases is the Penisola del Sinis - Isola di Mal di Ventre MPA (hereafter Sinis MPA) which was instituted in 1997 in order to protect the local marine resources. This thesis, carried out in the Sinis MPA, was aimed at increasing the knowledge on the distribution, abundance and ecological traits of two endangered species, the molluscs Pinna nobilis and Patella ferruginea, as fundamental prerequisites for their management and conservation. These species were considered both for their conservation priority and because molluscs are commonly considered good indicators of MPA effectiveness.
The fan mussel P. nobilis is the largest bivalve of the Mediterranean Sea (it can exceed one meter in length). P. nobilis is a sessile suspension feeder endemic of this basin which lives in coastal areas, mainly on soft sediments colonized by seagrass meadows. In the last few decades, P. nobilis populations have declined drastically due to increasing anthropogenic pressure. Thus, P. nobilis has been declared a protected species since 1992. This study considered a population living within a Posidonia oceanica meadow in the Gulf of Oristano, a partially protected Zone of the Sinis MPA. Based on field surveys conducted in the summer of 2007 and 2009, differences in density, percentage of dead individuals, population structure, shell burial level and orientation of P. nobilis were investigated in relation to sites features
(e.g. seabed compactness) and habitat type (P. oceanica, dead matte, sand, P. oceanica edge). Moreover, it was tested if spatial differences in density and orientation of P. nobilis were related to hydrological features such as wave height, wave direction, bottom current direction and speed. Although fairly widespread in the whole Sinis MPA, this species showed a remarkable density only within the Gulf of Oristano with mean value of 1 ind.100 m-2, in line with the majority of the Mediterranean populations. The substrate type resulted a considerable factor in defining P. nobilis distribution with significant higher density values on the meadow edge which was considered the most suitable habitat for P. nobilis. The substrate type and particularly its compactness influences also the shell stability; in fact, the burial level of individuals decreases with increasing fine sediments. A specimen not sufficiently deeply buried can be more susceptible to predation and hydrodynamics. In addition, it was demonstrated that bottom current direction and speed are the main factors influencing shell orientation. In contrast, the effect of wave action was found to be negligible. Where bottom current speed exceeded 0.07 m/s specimens resulted in line with the prevalent current direction with the ventral side exposed to incoming flow. This feature suggests that feeding strategy is an important factor in determining shell orientation, possibly in addition to drag. Moreover, it was assumed that the lagoon waters (Cabras and Mistras lagoon) and the sedimentation areas (e.g. gyre located in the site of Tharros) play a key role in determining high density of P. nobilis. Indeed, the food availability seem to be a driving force in determining the patchiness distribution of P. nobilis population with higher values in those sites close to the mouth of the lagoons, in sedimentation area or in the meadow channels where the water flow is conveyed.
The second endangered species considered in this thesis is P. ferruginea, an endemic limpet of the Mediterranean Sea. P. ferruginea, the biggest limpet of the Mediterranean Sea (up to 10 cm), is mostly affected by human exploitation. Moreover, considering that P. ferruginea is a protandrous species, human predation directly affects the sex ratio and, consequently, the reproductive population success. Due to the severe contraction of its geographic range and to the high vulnerability of the remaining populations, this invertebrate is actually considered the most threatened with extinction of the Mediterranean basin. Sardinia is one of the few areas where specimens of Patella ferruginea can still be observed. Despite the importance of this region for its protection, the available information on the distribution and conservation of Sardinian populations was substantially absent prior to this study. To fill this lack of information the population of P. ferruginea living within the Sinis MPA was examined. In particular, during the summer 2009, a systematic census of P.
ferruginea was carried out along a 8114 m georeferenced perimeter of coast in the no take-no entry zone of the Mal di Ventre Island. The aim was to provide a detailed map of the distribution of P. ferruginea (and of its morphotypes i.e. Rouxi and Lamarki form) and to investigate the effects of accessibility, exposure and slope of the coast on its occurrence. The studied population showed the lowest average density (0.02 ind./m) ever reported for this species, confirming the highly endangered status of P. ferruginea on Sardinia rocky shores. Moreover the lack of largest females (>80 mm) indicate a low reproductive potential supported by the limited presence of small specimens (<30 mm). These results constitute the first evidence of the extinction threat of P. ferruginea in the Sinis MPA and, probably, along the whole western Sardinian coast where no other large breeding population has been described. This study also demonstrated that the main constraint affecting the population success in the Mal di Ventre Island is human exploitation in relation to the accessibility of the coast. Illegal catches cause the low population density and the absence of largest individuals (>80 mm) which constitute the common fishing target, even though the study area is a no take-no entry zone. Also the exposure of the coast resulted a noteworthy factor in influencing the density and mean size of P. ferruginea as well as the distribution of its two morphotypes. Higher density and mean size were recorded on north-western exposed coast were Lamarki form is significantly confined. These findings suggest that a strong wave motion can support a higher percentage of the existing population including the less adaptable morphotype (Lamarki). However, this pattern could be largely influenced by the human exploitation which is lower at the exposed site.
Overall, this thesis contributed to increase the knowledge of population ecology of P. nobilis and P. ferruginea. In particular, new information on the P. nobilis-P. oceanica association and the conservation status of the local population of P. ferruginea was described, providing useful advices for the management and conservation of these species and their habitat. This work also showed how an inadequate surveillance, combined with a lack of environmental awareness, can lead to limit the effectiveness of a MPA as a flagship tool of marine conservation. This issue is particularly noticeable for P. ferruginea whereas P. nobilis population appears to be less vulnerable to the local anthropogenic impact. Our results are in line with previous studies conducted in other MPAs showing that a large proportion of Italian Marine Protected Areas receive ineffective enforcement. A new strategy for the national MPAs, where major efforts are invested in public information and participation promotion on the decision making process, is needed. Thus, Italy should concentrate more on enforcing regulations within the MPAs equipping them with surveillance staff than in establishing of
new marine reserves. Finally, the findings of this study provided scientific-based recommendations to the local authorities in order to reinforce the management of biological resources in the Sinis MPA. This has prompted the issue of a ministerial decree (M.D. 20/07/2011) for the enlargement of the Sinis MPA in the area colonized by P. nobilis. Specific awareness campaigns have also been conducted on the conservation of the studied species and a regional network, aimed at defining a common conservation strategy for both species, has been established.

Le Aree Marine Protette (AMP) sono state istituite principalmente per proteggere le specie e gli habitat vulnerabili, conservare la biodiversità, ripristinare l’integrità degli ecosistemi, evitare conflitti fra i portatori d’interesse ed aumentare la produttività delle risorse alieutiche nelle aree limitrofe. Spesso la mancanza di informazioni sull’ecologia delle specie può limitare o inficiare le norme di protezione esistenti. Un esempio è rappresentato dall’AMP “Penisola del Sinis- Isola di Mal di Ventre” (di seguito “AMP del Sinis”), istituita nel 1997 per proteggere le risorse marine locali. L’obiettivo principale di questa tesi, svolta presso l’AMP del Sinis, è lo studio di due molluschi protetti Pinna nobilis e Patella ferruginea volto ad aumentare le conoscenze riguardo la loro biologia ed ecologia, prerequisiti fondamentali per ideare misure di gestione ad hoc. Queste specie sono state scelte, oltre che per la loro priorità di conservazione, anche perché i molluschi sessili o scarsamente mobili sono considerati buoni indicatori dell’efficacia di un’AMP.
Pinna nobilis è il più grande mollusco bivalve del Mediterraneo (può superare il metro d’altezza). È un filtratore sessile endemico di questo bacino che vive in aree costiere ed in particolar modo su sedimenti mobili colonizzati da praterie di fanerogame marine. Negli ultimi decenni le popolazioni di P. nobilis hanno subito un notevole declino a causa delle crescente pressione antropica. Per questo, nel 1992, P. nobilis è stata dichiarata specie protetta. Questo studio ha esaminato la popolazione di P. nobilis presente in una prateria di Posidonia oceanica nel Golfo di Oristano, area inclusa nella Zona C dell’AMP del Sinis. Grazie all’attività di campo condotta nell’estate del 2007 e del 2009, è stata studiata l’influenza delle caratteristiche del sito (es. compattezza del substrato) e del tipo di habitat (P.
oceanica, matte morta, sabbia, margine della prateria) sulla densità, percentuale di individui morti, struttura di popolazione, sul livello di infossamento e sull’orientamento di P. nobilis. Inoltre, i valori di densità e l’orientamento di P. nobilis dei sei siti indagati sono stati correlati alle caratteristiche idrologiche locali quali la direzione e l’altezza d'onda, la direzione e la velocità della corrente di fondo al fine di spiegare le differenze spaziali osservate. Pinna nobilis, nonostante sia una specie comune in tutta l’AMP, ha mostrato una densità rilevante (mediamente 1 ind 100 m-2) solo nella parte nord del Golfo di Oristano. Il tipo di substrato d’impianto è risultato un fattore importante nel definire la distribuzione spaziale della popolazione studiata; gli esemplari, infatti, colonizzano preferenzialmente il margine della prateria. Inoltre, è stato dimostrato come la compattezza del substrato influisca sulla stabilità della conchiglia con individui maggiormente infossati al diminuire della percentuale di sedimento fine. Un esemplare non sufficientemente infossato può essere più suscettibile alla predazione e all’idrodinamica. Inoltre, è stato dimostrato che la direzione e la velocità della corrente di fondo sono i principali fattori che influenzano l'orientamento delle conchiglie. Al contrario, l'effetto dell’azione delle onde è risultato trascurabile. Quando la velocità della corrente di fondo supera 0,07 m/s gli esemplari si dispongono in linea con la direzione prevalente della corrente con il lato ventrale esposto al flusso. Questa caratteristica suggerisce che la strategia alimentare sia un fattore importante nel determinare l'orientamento di P. nobilis, oltre alla minimizzazione della resistenza al flusso. Inoltre, si è ipotizzato che l’input delle lagune (Cabras e Mistras) e le aree di sedimentazione (es. gyre localizzato nel sito di Tharros) svolgano un ruolo chiave nel determinare elevate densità di P. nobilis. Infatti, la disponibilità di cibo sembra essere fondamentale nel definire la distribuzione aggregata della popolazione di P. nobilis con picchi di densità in prossimità della foce del lagune, nelle zone di sedimentazione, nei margini o nei canali della prateria dove il flusso della corrente è maggiore.
La seconda specie considerata in questa tesi è P. ferruginea, una patella endemica del Mediterraneo. Essendo, fra le patelle, quella che raggiunge le dimensioni maggiori (fino a 10 cm) risulta la specie più interessata dallo sfruttamento umano. Considerando inoltre che è una specie proterandrica, risulta evidente come il prelievo influisca direttamente sulla sex ratio e, di conseguenza, sul successo riproduttivo di una popolazione. A causa della forte contrazione del suo areale di distribuzione geografico e dell’elevata vulnerabilità delle popolazioni rimaste, P. ferruginea è considerata l’invertebrato marino più a rischio di estinzione del Mediterraneo. La Sardegna è una delle poche aree in cui esemplari di P. ferruginea possono ancora essere osservati. Nonostante l'importanza di questa regione per la sua protezione, le
informazioni disponibili sulla distribuzione e sullo stato di conservazione delle popolazioni locali era sostanzialmente assente prima di questo studio. Anche per contribuire a colmare questa lacuna è stata studiata la popolazione di P. ferruginea presente nell’AMP del Sinis. In particolare, durante l'estate 2009, è stato effettuato un censimento sistematico di P. ferruginea lungo un tratto di costa georeferenziato di 8114 m nella Zona A dell’Isola di Mal di Ventre. L'obiettivo era quello di fornire una mappa dettagliata della distribuzione di P. ferruginea (e dei suoi morfotipi: Rouxi e Lamarki) e di studiare gli effetti dell’accessibilità, dell’esposizione e dell’inclinazione della costa sulla sua presenza. La popolazione indagata ha mostrato la densità media più bassa (0.02 ind./m) mai riportata per questa specie, confermando l’elevato rischio di estinzione di P. ferruginea sulle coste della Sardegna. Inoltre, la mancanza di grosse femmine (>80 mm) è indice di un basso potenziale riproduttivo, indicazione supportata anche dalla presenza limitata di esemplari di piccole dimensioni (<30 mm). Questi risultati costituiscono la prima prova del forte rischio di estinzione di P. ferruginea nell’AMP Sinis e, probabilmente, lungo l'intera costa occidentale della Sardegna, dove non sono state descritte altre grandi popolazioni riproduttive. Questo studio ha anche dimostrato come il limite principale del successo della popolazione dell’Isola di Mal di Ventre sia lo sfruttamento umano in relazione all’accessibilità alla costa. Quindi, nonostante l’area di studio sia una Zona A, le catture illegali sono risultate la causa della bassa densità di popolazione e dell'assenza degli esemplari più grandi (>80 mm) che costituiscono il target principale della pesca. Anche l'esposizione della costa è risultato un fattore determinante nell'influenzare la densità, la taglia media e la distribuzione dei morfotipi di P. ferruginea. Maggiori densità e taglie medie sono state osservate sulla costa esposta a nord-ovest dove la forma Lamarki è significativamente confinata. Questi risultati suggeriscono che i tratti di costa maggiormente esposti al moto ondoso possano essere in grado di supportare una più alta percentuale della popolazione, incluso il morfotipo meno adattabile (Lamarki). Tuttavia, questo pattern può essere influenzato dal prelievo umano che è di gran lunga inferiore nei siti esposti.
Nel complesso questa tesi ha contribuito ad aumentare la conoscenza dell’ecologia di popolazione di P. nobilis e P. ferruginea. In particolare, sono stati descritti nuovi aspetti riguardanti l’associazione P. nobilis-P. oceanica e lo stato di conservazione della popolazione locale di P. ferruginea fornendo utili consigli per l’effettiva protezione di queste specie e del loro habitat. Questo lavoro ha anche evidenziato come una sorveglianza inadeguata, unita ad una scarsa consapevolezza ambientale, possa limitare l’efficacia di un’AMP come strumento di conservazione degli ecosistemi marini. Ciò è particolarmente vero per P. ferruginea,
mentre la popolazione di P. nobilis sembra essere meno vulnerabile all’impatto antropico locale. I risultati ottenuti sono in linea con studi precedenti condotti in diverse AMP nazionali che dimostrano come molte di esse non abbiano ancora raggiunto un livello di efficacia apprezzabile. È quindi necessaria l’adozione di una nuova strategia per il buon funzionamento delle AMP nazionali che preveda maggiori sforzi nell’ambito dell’informazione locale e della promozione alla partecipazione ai processi decisionali. L'Italia dovrebbe anche concentrarsi più sull’applicazione delle normative, dotando le AMP di personale specificatamente addetto alla sorveglianza, che sulla costituzione di nuove riserve marine. Infine, i risultati di questa tesi hanno fornito numerose indicazioni supportate da dati scientifici utili alle autorità locali per rafforzare la gestione delle risorse biologiche nell’AMP del Sinis. Ad esempio, questa tesi ha contribuito all’approvazione del decreto ministeriale (DM 20/07/2011) utile all'ampliamento dell’AMP del Sinis nella area del Golfo di Oristano colonizzata da P. nobilis. Sono state inoltre condotte specifiche campagne di sensibilizzazione sulla conservazione delle specie studiate ed è stata costituita una rete regionale finalizzata alla definizione di una comune strategia gestionale per entrambe le specie.
Dottorato di ricerca in Ecologia e gestione delle risorse biologiche
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