Stagionalità dell'Artemia nei piccoli laghi ipersalini (il modello Aphemo)

Abstract

Considerata l’importanza, sia dal punto di vista scientifico che economico, degli individui del Genere Artemia in acquacoltura, nell’ambito di questa tesi è stato deciso di analizzare l’ecologia e la stagionalità di una popolazione d’Artemia anfigonica in un lago ipersalino. A tale scopo è stato elaborato un modello matematico (APHEMO, Artemia salina PHEnological MOdel) in grado di simulare la stagionalità dell’Artemia, in più cicli annuali senza soluzione di continuità, nella vasca di cristallizzazione della Riserva Naturale delle Saline di Tarquinia, e in ambiente semi-naturale confinato e controllato (mesocosmo sperimentale). La vasca di cristallizzazione delle saline di Tarquinia, è un sistema caratterizzato da elevati valori di salinità (compresi tra 100 e 350 g/l) e in cui le variazioni di livello d’acqua dipendono solo da precipitazione ed evaporazione. In questo sito sono stati effettuati, per tre anni, campionamenti settimanali per la stima dei parametri del modello e sua validazione. Il mesocosmo sperimentale invece è un sistema artificiale realizzato in una vasca esterna del Centro Ittiogenico Sperimentale MARino delle saline di Tarquinia (CISMAR) di dimensioni 25 m3, in cui sono stati allevati individui d’Artemia, prelevati dalla vasca di cristallizzazione, in generazioni successive a salinità controllata (valori inferiori a 170 g/l) per una ulteriore validazione del modello; anche nel mesocosmo sperimetale sono stati effettuati campionamenti settimanali, per un periodo di due anni, allo stesso modo di quelli effettuati nella vasca di cristallizzazione. Il modello APHEMO si basa sulla teoria della somma dei tassi, e simula la durata dei cicli stagionali (presenza di artemie vive) in ambiente ipersalino, il numero di generazioni e loro intervallo di tempo per ogni ciclo, e la durata dei periodi di diapausa (presenza di cisti dormienti) in funzione della temperatura dell’acqua e della salinità (variabili forzanti del modello), su più cicli annuali (3 anni di dati). Il modello è caratterizzato da una funzione tasso a due variabili (temperatura dell’acqua e salinità), caratterizzata da una polinomiale di terzo grado i cui parametri sono stati ottenuti da dati di letteratura, e dal parametro soglia di salinità espresso con la funzione di Heaviside. La variabile di stato del modello è l’indice di sviluppo, i cui valori dipendono dal tempo, e restituisce il grado di avanzamento giornaliero della popolazione di Artemia in generazioni successive. Dopo una prima analisi di sensibilità, il modello è stato validato facendo il confronto tra i dati osservati (vasca di cristallizzazione e mesocosmo sperimentale) e quelli simulati ottenuti con APHEMO. In questa ricerca è stato proposto un modello, validato su due diverse situazioni nello stesso tempo, con riscontri positivi in entrambi i casi. I risultati ottenuti hanno dimostrato che con il modello si riesce a riprodurre con basso margine d’errore la stagionalità dell’Artemia (in ambiente ipersalino, naturale e semi-naturale) simulando sia la durata dei periodi di diapausa che dei cicli stagionali senza soluzione di continuità su un periodo di 3 anni. Per i cicli stagionali si riesce a simulare con APHEMO anche il numero di generazioni, ma questo dato non può essere validato perché in natura le generazioni tendono a sovrapporsi. Considerando la quasi totale assenza di modelli di Artemia presenti in letteratura, come riscontrato dalla ricerca bibliografica effettuata nell’ambito di questa tesi, APHEMO può essere visto come un primo modello di una popolazione anfigonica di Artemia, con i suoi limiti, che può essere sicuramente migliorato e implementato per la gestione sostenibile della risorsa Artemia, sia in natura che in acquacoltura, aumentandone le sue potenzialità.

Given the importance, from a scientific point of view that economic, individuals of the genus Artemia in aquaculture, in the context of this thesis it was decided to analyze the ecology and seasonality of an anphigonic population of Artemia in a hypersaline lake. For this objective was developed a mathematical model (APHEMO, Artemia salina Phenological MOdel) capable of simulating the seasonality of Artemia, more annual cycles seamless, in a crystallization pond of the Natural Reserve of Saltwork of Tarquinia, and in semi-natural environment confined and controlled (experimental mesocosm). The crystallization pond of Tarquinia, is a system characterized by high salinity values (between 100 and 350 g/l) and in which changes in the water level depend only on precipitation and evaporation. In this site were carried out for three years, weekly sampling for the estimation of the parameters of the model and its validation. The experimental mesocosm instead is an artificial system made in a tank outside of the center ichthyogenic experimental marine of Tarquinia Saltwork (CISMAR) size of 25 m3, in which they were reared individuals of Artemia, taken from the tank crystallization, in successive generations in a controlled salinity (values below 170 g/l) for a further validation of the model; also in the experimental mesocosm were taken weekly samples for a period of two years, the same way as those carried out in the crystallization pond. The APHEMO model is based on the theory of the sum of the rates, and simulates the duration of seasonal cycles (presence of live Artemia) in hypersaline environment, the number of generations and their time interval for each cycle, and period's duration of diapause (presence of dormant cysts) in function of the water temperature and salinity (forcing variables of the model), on more annual cycles (3 years of data). The model is characterized by a rate function in two variables (water temperature and salinity), characterized by a polynomial of the third degree whose parameters were obtained from literature data, and the parameter threshold salinity expressed with the Heaviside function. The state variable of the model is the development index, whose values depend on the time, and returns the daily degree of advancement of Artemia population in successive generations. After a first sensitivity analysis, the model was validated by comparing the observed (pond crystallization and experimental mesocosm) and simulated ones obtained with APHEMO. In this research, it has been proposed a model, validated on two different situations at the same time, with positive results in both cases. The results obtained showed that the model is able to reproduce with a low margin of error seasonality of Artemia (in hypersaline environment, natural and semi-natural) simulating both the duration of the periods of diapause that seasonal cycles seamless continuity over a period of 3 years. For the seasonal cycles, it is possible to simulate with APHEMO the number of generations, but this data cannot be validated because the generations tend to overlap in nature. Considering the almost total absence of Artemia models in literature, as found by the literature research carried out as part of this thesis, APHEMO can be seen as a first model of anphigonic Artemia population, with its limits and it can certainly be improved and implemented for the sustainable management of the resource Artemia, both in nature and in aquaculture, increasing its potential.