Kopoltyúhálós és hidroakusztikus halállomány vizsgálatok alkalmazása és eredményeik megfeleltethetősége
sekély tavi környezetben
DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS
György Ágnes Irma
Témavezetők:
Dr. Tátrai István†
Tudományos főmunkatárs, a biológiai tudomány kandidátusa MTA ÖK Balatoni Limnológiai Intézet
Prof. Dr. Padisák Judit
Intézetigazgató egyetemi tanár, az MTA doktora Pannon Egyetem, Környezettudományi Intézet,
Limnológia Intézeti Tanszék
Pannon Egyetem
Kémiai és Környezettudományi Doktori Iskola Veszprém
2013
DOI: 10.18136/PE.2014.519
KOPOLTYÚHÁLÓS ÉS HIDROAKUSZTIKUS HALÁLLOMÁNY VIZSGÁLATOK ALKALMAZÁSA ÉS EREDMÉNYEIK MEGFELELTETHETŐSÉGE SEKÉLY TAVI KÖRNYEZETBEN
Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében Írta:
György Ágnes Irma
Készült a Pannon Egyetem Kémiai és Környezettudományi Doktori Iskolája keretében
Témavezető: Prof. Dr. Padisák Judit
Elfogadásra javaslom (igen / nem) ……….
(aláírás) A jelölt a doktori szigorlaton ...%-ot ért el,
Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom:
Bíráló neve: …... …... igen /nem
……….
(aláírás)
Bíráló neve: …... …...) igen /nem
……….
(aláírás)
A jelölt az értekezés nyilvános vitáján …...%-ot ért el.
Veszprém, ……….
A Bíráló Bizottság elnöke A doktori (PhD) oklevél minősítése…...
………
Az EDHT elnök
1
Tartalom
Kivonat ... 3
Abstract ... 4
Zusammenfassung ... 5
1. Bevezetés ... 6
2. Irodalmi áttekintés ... 8
2.1. Állóvizek halállományának vizsgálata ... 8
2.2. A kopoltyúhálós módszer ... 8
2.3. A hidroakusztikus módszer ... 10
2.4. A kopoltyúhálós és a hidroakusztikus módszerek együttes alkalmazása ... 12
2.5. A Balaton halállománya és vizsgálata ... 13
3. Problémafelvetés és célkitűzések ... 16
4. Anyag és módszer ... 18
4.1. Mintavételi helyek ... 18
4.2. Kopoltyúhálós halászat ... 19
4.2.1. Egységnyi mintavételi ráfordításra eső fogás (CPUE) számítása ... 20
4.3. Hidroakusztikus halállománymérés ... 21
4.3.1. A hidroakusztikus berendezések működési elve ... 21
4.3.2. A halak méretének, egyedszámának és biomasszájának meghatározása a visszavert hang alapján ... 25
4.3.3. A hidroakusztikus mérések ... 27
4.4. Statisztikai analízis ... 31
4.4.1. Az Európai Standardnak megfelelő bentikus kopoltyúhálós halászatok reprezentativitásának vizsgálata a Balaton nyíltvízében ... 31
4.4.2. A kopoltyúhálós és hidroakusztikus eredmények kapcsolata... 32
5. Eredmények ... 34
5.1. A Balaton nyíltvízi halállományának jellemzői ... 34
5.2. Az Európai Standardnak megfelelő bentikus kopoltyúhálós halászatok reprezentativitásának vizsgálata a Balaton nyíltvizében ... 38
5.2.1. Fajszámok ... 38
5.2.2. Az eltérő típusú kopoltyúhálók fogásai (CPUE) ... 39
5.2.3. Állomány összetétel ... 39
5.2.4. Méreteloszlás ... 42
5.3. A kopoltyúhálós és hidroakusztikus mérések kapcsolata ... 44
5.3.1. Kopoltyúhálós CPUE értékek és testhossz eloszlások ... 45
2
5.3.2. Hidroakusztikus abundancia, biomassza és testhossz eloszlások ... 46
5.3.3. A kopoltyúhálós fogások és a hidroakusztika közötti kapcsolat ... 49
6. Diszkusszió ... 55
6.1. A Balaton nyíltvízi halállományának jellemzői ... 55
6.2. Az Európai Standardnak megfelelő bentikus halászatok reprezentativitása... 56
6.3. A kopoltyúhálós és hidroakusztikus mérések kapcsolata ... 59
6.4. A hidroakusztikus mérések alkalmazásának feltételei a Balatonban ... 63
7. Összefoglalás ... 65
8. Köszönetnyilvánítás ... 67
9. Felhasznált irodalom ... 68
10. Tudományos tevékenység adatai ... 80
10.1. Idegen nyelvű publikációk ... 80
10.2. Magyar nyelvű publikációk ... 81
10.3. Nemzetközi prezentációk ... 82
10.4. Hazai prezentációk ... 83
11. Eredmények tézisszerű összefoglalása ... 85
12. Results of the studies ... 90
13. Függelék ... 95
3
Kivonat
Az értekezésben bemutatott kutatás célja megvizsgálni a két leggyakrabban alkalmazott, az EU VKI által javasolt EN14757:2005 Standardnak megfelelő kopoltyúhálós halászati és a hidroakusztikus módszer reprezentativitását és összevethetőségét a Balaton nyíltvízi halállományának jellemzése során.
A szerző elemezte az európai Standardnak megfelelő sekélytavi mintavételi módszertan reprezentativitását. Megállapította, hogy a Standardnak megfelelő bentikus kopoltyúhálók kizárólagos alkalmazása jelentős információveszteséggel járt, így pontatlan képet nyújtott a balatoni állomány-viszonyokról. A szerző ezért javasolja a kiegészítő, pelágikus kopoltyúhálós halászatok végzését a balatoni halközösségek monitorozása során, illetve más nagy produktivitású sekély tavakban is ajánlja alkalmazásukat.
A szerző tanulmányozta a kopoltyúhálós és hidroakusztikus felmérésekkel kapott relatív egyedsűrűség és méreteloszlás eredmények összevethetőségét a Balaton nyíltvízében.
Megállapította, hogy a CPUE (egységnyi ráfordításra eső fogás) adatok egyedszám szerinti változásának kevesebb, mint 8,8%-át magyarázta a hidroakusztikus halsűrűség, míg a biomassza szerinti CPUE-t leíró modellekhez nem járult jelentősen hozzá. Az átlátszóság és a hidroakusztikus egyedsűrűség közös hatása az CPUE-re jelentős volt, ismeretükben a várható kopoltyúhálós fogás jól modellezhető. A két módszerrel kapott halsűrűség közötti jelentős összefüggés hiánya a CPUE értékeknek még az abundancia-trendek vizsgálatában betöltött szerepét is vitathatóvá teszi. A tanulmány alapján külön-külön egyik módszer sem ad reprezentatív képet a Balaton nyíltvízi halállományról, azonban eredményeik kiegészítik egymást, ezért a valóságot jobban megközelítő kép eléréséhez a szerző javasolja a jövőben a két módszer együttes alkalmazását a Balaton vizsgálata során.
A szerző vizsgálta a hidroakusztikus mérések alkalmazási feltételeit és megállapította, hogy az európai halak testhossz-testtömeg összefüggését leíró általános egyenlet (Frouzová et al., 2005) a Balaton esetében több mint 20 %-os túlbecslést okoz a biomasszában, ennek megfelelően javasolja azt in situ adatok alapján kalkulálni. Megállapította, hogy a Balatonra reprezentatív eredményekhez elméletileg szükséges mintavételi erőfeszítés 97 km, illetve a mérésekre a szeptemberi éjszakák a legmegfelelőbbek.
4
Abstract
The aim of this study was to examine the fish assemblages as well as the representativeness and comparability of the two most common fish sampling methods in standing waters, the European Standard gillnet fishing (CEN, 2005) and hydroacoustics, in the shallow and turbid Lake Balaton. The sole use of the standard gillnets provided biased information on fish assemblage characteristics thus, complementary sampling with pelagic gillnets is suggested in the monitoring of Lake Balaton and other productive shallow lakes.
The feasibility of establishing a powerful model describing the relationship between fish density estimates of gillnetting and acoustics is low in shallow and turbid habitats, and it might be successful only if crucial sampling and environmental parameters affecting catches and acoustic data are considered. This study cautions again that gillnetting should be used carefully to analyse trends of fish abundance.
5
Zusammenfassung
Das Ziel dieser Untersuchung war um die Fischsammlungen sowie die Repräsentativität und Vergleichbarkeit der zwei häufigsten Methoden, die Kiemennetze, gemäß Europäischer Norm (CEN 2005) und Hydroakustik, die zur Fischerfassung in Stillgewässern verwendet werden, in dem großen und trüben Plattensee zu untersuchen.
Die ausschließliche Benutzung der Standard-Kiemennetze erbrachten jedoch zu den Fischgemeinschaften verzerrte Daten, daher wurden für das Monitoring der Bestände des Plattensees und anderer flachem und produktiven Seen pelagische Netze zur Ergänzung empfohlen. Wir schließen daraus, dass die Durchführbarkeit eines aussagekräftigen Modells zur Beschreibung der Beziehung zwischen Fischdichtenschätzung in flachem und trübem Gewässern aufgrund Kiemennetzfänge und Hydroakustik ist gering und dass dies nur erfolgreich sein kann, wenn ausschlaggebende Erfassungs- und Umweltparameter, die die Fangeffizienz ebenso beeinflussen wie der akustischen Daten, mit einbezogen werden.
Diese Studie mahnt außerdem erneut, dass Daten von Kiemennetzfängen mit Vorsicht zur Trendanalyse von Fischabundanzen zu verwenden sind.
6
1. Bevezetés
Az utóbbi két évszázad során felszíni vizeinket fokozott emberi terhelés érte. Az ipari, mezőgazdasági és lakossági szennyezésnek köszönhetően különféle káros folyamatok zajlottak, zajlanak, amelyek következtében vizeink jelentős részének állapota leromlott. Az Európai Unió ezért célul tűzte ki tagállamai számára, hogy 2015 végéig, ahol ez lehetséges, jó állapotba kell hozni a felszíni és felszín alatti vizeket. A végrehajtáshoz jogszabályt hoztak létre, a Víz Keretirányelvet (VKI), amely szabályozás 2000-ben lépett hatályba. A szakmai intézkedések megtervezéséhez azonban elengedhetetlen felmérni az egyes víztestek jelenlegi állapotát, valamint meghatározni az elérni kívánt célállapotot.
A halak meghatározó szerepet játszanak a vízi ökoszisztémák működésében. Emellett fajonként változatos ökológiai igénnyel és tűrőképességgel rendelkeznek. Mindezen tulajdonságaiknak köszönhetően kitűnő indikátorszervezetek, ebből kifolyólag ideálisak a vizes élőhelyek és azok állapotának minősítésére (2000/60/EK). Ezenfelül, a halállományban bekövetkező változások, ideértve a célzott beavatkozásokat is, jelentős hatással vannak a vizek anyagforgalmára, vízminőségére (felkevert üledék, oldott tápanyagok, vízi növényzet) (Van de Bund & Van Donk, 2002; Søndergaard et al. 2008), és végső soron ökológiai állapotukra (pl. Holmlund & Hammer, 1999). Sajnos a múltban egyes beavatkozások és a halászati kvóták meghatározása során komoly hibákat követtek el a pontatlan halállománybecslések miatt (Peltonen et al., 1999; Schnute & Hilborn, 1993), ezzel veszélyeztetve akár a teljes halállományt és a vízi ökoszisztémát. A halpopulációk halászati hasznosíthatóságának kiemelt jelentősége van, s célja általában elsősorban a lehető legnagyobb gazdasági haszon elérése. Mára azonban már az is rendkívül fontossá vált, hogy szem előtt tartsuk a hasznosítás fenntarthatóságát, az ökológiai kölcsönhatásokat, és így az ökoszisztéma egészének stabilitását. Mindezen törekvések fokozott igényt támasztottak az egyre pontosabb és részletesebb halállomány- becslő módszerek kidolgozására. Gyors fejlődésnek indultak mind a halászeszközökkel végzett mintavételi eljárások, mind a halállomány beavatkozás-mentes felmérését biztosító, költség- és munkaerő szempontjából is hatékony műszeres vizsgálati módszerek.
A Balaton halállománya több szempontból is kiemelt helyen áll. A halászat sok száz éven át fontos szerepet játszott a környező települések életében. A közelmúltban az élőhely átalakításoknak, az idegen fajok betelepítésének, az emberi hatásra bekövetkezett trofitás változásoknak és az intenzív halászatnak és horgászatnak köszönhetően, a tó halfaunája jelentős minőségi (fajszám csökkenés) és mennyiségi (biomassza) változásokon ment keresztül (Bíró, 2002; Specziár, 2010). Mára a halászatot a rekreációs és sporthorgászat váltotta fel. Ezzel az állomány-összetétellel szemben támasztott várakozások is átalakultak, illetve változtak a halállomány kezelésének prioritásai. Bár a Balaton az egyik legalaposabban kutatott tavak egyike Európában, ennek ellenére halállományáról nem állnak rendelkezésre standardizált módszereken alapuló, hosszú távú reprezentatív adatsorok. Mindössze az utóbbi 15 évben végeztek standard módszerekkel felméréseket az MTA Limnológiai Intézetének kutatói (Specziár et al., 1996, 1997, 2000, 2007; Specziár,
7
2001, 2010). Az általuk rendszeresen alkalmazott két standardizált módszer a kopoltyúhálós halászat és kéziszákos parti elektromos halászat. E módszerek elsősorban a halállomány összetételében és mennyiségében mutatkozó markánsabb tendenciák kimutatására alkalmasak, a területegységre vetített állománynagyság nem becsülhető velük. Ennek ellenére a VKI monitoring során az európai tavakban jelenleg e két módszer alapján értékelik a halközösségeket (Európai Standard) (CEN, 2005). Sőt, a Standard szerint sekély, 10 m-nél kisebb mélységű tavakban csak az aljzat mentén kell halászni, úgynevezett bentikus hálókkal, amelyek magassága mindössze 1,5 m. Tehát a módszer nem vizsgálja a felszín közeli élőhelyeket, annak ellenére, hogy nem rendelkezünk információval arra vonatkozóan, mennyiben torzítja ez az egyszerűsítés az eredményeket, és ebből adódóan a becsült ökológiai állapotot. Ráadásul a kopoltyúháló a halakra ártalmas, nagy mortalitást okozó eszköz, így kifejezetten kívánatos olyan egyéb módszerek kifejlesztése, amelyek használatának szükségességét mérsékelhetik. Az egyik ilyen dinamikusan fejlődő, hiánypótló módszer a hidroakusztikus halállománymérés, amely megfelelő kiegészítője lehet a hálós halászatoknak. E módszer hatékonyan alkalmazható az egyedszám, a méreteloszlás és az élőhely-használat vizsgálatára, miközben nem tesz kárt sem az élőlényekben, sem környezetükben. A hidroakusztika kétségtelenül a jövő meghatározó halállomány vizsgáló eszköze lesz, míg a ma még helyettesíthetetlennek tűnő kopoltyúháló – az állatjóléti törekvéseknek is megfelelően – a kutatásokban csak másodlagos, validáló módszerként maradhat fenn.
Jelen tanulmányban megvizsgáltuk a pelágikus kopoltyúhálós minták jelentőségét a Balalton nyíltvízi halállományának jellemzésében és kíváncsiak voltunk, hogy az Európai Standard (CEN, 2005) szerint végzett kopoltyúhálós halászat reprezentatív eredményeket biztosít-e a Balaton esetében. Emellett összevetettük a szabványos kopoltyúhálós módszert a ma már széles körben alkalmazott hidroakusztikus halállományméréssel.
8
2. Irodalmi áttekintés
2.1. Állóvizek halállományának vizsgálata
A halállományok tulajdonságainak megbízható becslése alapvető követelmény mind az alap, mind az alkalmazott kutatásban. A mintavételhez különféle módszerek állnak rendelkezésünkre, amelyek azonban alkalmazási területükben és mintavételi szelektivitásukban jelentősen különböznek (pl. Murphy & Willis, 1996). Az egyes módszerek rendszerint csak meghatározott körülmények között használhatók, és a halállományt eltérő tulajdonságú mutatókkal jellemezik (pl. a fogott egyedszám módszerenként eltérően, területre vagy időre standardizálható; egyes módszerek tényleges halsűrűséget mutatnak, mások csak relatív abundanciát). Ugyanakkor, sajnos az egyes módszerek teljesítménye is változik a mintavételi feltételekkel. A kutatási programok (például az Európai Unió Víz Keretirányelve) globalizációjával egyre nagyobb figyelmet fordítanak az egyes állománybecslési módszerek különféle élőhelyek közötti, illetve széles idő- és térléptékek mentén történő összehasonlíthatóságára (Holmgren & Appelberg, 2000;
Mehner et al., 2005; Lauridsen et al., 2008; Deceliere-Vergès et al., 2009; Erős et al., 2009a). Szintén alapvető törekvés a különböző mintavevő eszközökkel kapott eredmények összevethetőségének meghatározása, közös nevezőre hozása (Jackson & Harvey, 1997;
Erős et al., 2009b; Olin & Malinen, 2003; Winfield et al., 2009; Emmrich et al., 2010).
2.2. A kopoltyúhálós módszer
Állóvizekben a kopoltyúhálós mintavétel a legelterjedtebb halközösségeket leíró adatok gyűjtésére szolgáló módszer, amelyet könnyű és olcsó használata, széleskörű alkalmazhatósága, hosszú tradíciója és nem utolsósorban könnyű standardizálhatósága tesz annyira népszerűvé a halbiológiában. A kopoltyúhálós mintavétel legkritikusabb pontja, annak meghatározása, hogy a fogások, vagyis a Catch Per Unit Effort (egységnyi mintavételi ráfordításra eső fogás, továbbiakban CPUE) hogyan viszonyul a halak valós egyedszámához és méreteloszlásához. Általánosságban azt feltételezzük, hogy ha a mintákat standardizált módon vesszük, akkor a kopoltyúhálós fogások megfelelően jelzik mind időben, mind térben az állomány trendjeit (pl. Appelberg et al., 1995; CEN, 2005). A kopoltyúháló azonban egy erősen szelektív, passzív mintavételi eszköz (Hubert, 1996); a fogható halak méretét a háló szembősége egyértelműen megszabja, ugyanakkor a fogáshoz a halnak aktívan a hálóba kell úsznia és bele is kell akadnia. Vagyis, a fogás nagymértékben függ a halak méretétől, alakjától és aktivitásától (Hamley, 1975; Rudstam et al., 1984). A halak aktivitását a napszak, a víz átlátszósága, a hőmérséklet, a ragadozók jelenléte, az életciklus (pl. ívás) és egyéb tényezők is befolyásolják (Neuman, 1979;
Rudstam et al., 1984; Borgstrøm, 1992), illetve szezonálisan és a halak mérete szerint is változik (Hansson & Rudstam, 1995). A fentieken felül a fogásokra hatással van még a háló észlelhetősége, azaz annak láthatósága a vízben, amely a háló anyaga mellett ugyancsak függ a vízben uralkodó fényviszonyoktól, a napszaktól és a zavarosságtól
9
(Berst, 1961). Ebből kifolyólag a CPUE adatok és az egyedszám között az összefüggés nem általánosítható, illetve a kopoltyúhálós fogás közvetlenül nem is alkalmazható a relatív állománysűrűség pontos meghatározására (Hamley, 1975; Linløkken & Haugen, 2006; Olin et al., 2004; Pierce et al., 2010; Prchalová et al., 2011). Ennek ellenére jelenleg elsősorban ezzel a módszerrel vizsgálják az állóvizeket. Az eredmények összevethetőségének növelése céljából számos területen tettek erőfeszítéseket a kopoltyúhálós protokoll egységesítésére (Hammar & Filipsson, 1985; Fjälling & Fürst, 1991; Appelberg et al., 1995; Appelberg 2000), s a folyamat eredményeként végül elkészült az Európai Standard (CEN, 2005). Eszerint Európában az állóvizek halainak monitoringja során az Európai Standard bentikus kopoltyúhálót kell alkalmazni, amely tizenkét 2,5 m hosszú és 1,5 m magas, 5-55 mm lyukbőségű panelekből álló aljzati, úgynevezett Nordic típusú, damil alapanyagú háló. A háló nagyobb szembőségű panelekkel szükség esetén kiegészíthető. Ezt a hálótípust eredetileg a sekélytől a nagyon mélyig erősen változó vízmélységű északi tavak halállományainak mintázására fejlesztették ki (innen ered neve is) (Appelberg et al., 1995; Appelberg, 2000). A Standard szerint kiegészítő mintavételt csak a 10 m-nél mélyebb élőhelyeken kell végezni, 6 m mély pelágikus hálókkal, míg ennél sekélyebb vizekben csak a fenék közeli halállomány vizsgálata történik (CEN, 2005). Vagyis, miközben a halállomány rétegzett eloszlását ismerve a függőleges kopoltyúháló sorozatokkal való kutatóhalászatnak kiterjedt gyakorlata van (pl. Barton et al., 1973; Hansson, 1988; Vašek et al., 2009), addig az új szabvány jelentősen leegyszerűsítette a halállomány vizsgálatát, nem ismert mértékű információveszteséget vállalva. A Standard figyelmen kívül hagyja, a sekély vizekben is gyakran tömeges pelágikus (nem bentikus) halfajokat, amelyek a felső vízrétegben élnek és planktonnal, a levegőben élő rovarokkal vagy más halakkal táplálkoznak [pl. a küsz Alburnus alburnus (L.), a garda Pelecus cultratus (L.), a vörösszárnyú keszeg Scardinius erythrophthalmus (L.), a balin Aspius aspius (L.), a busa Hypophthalmichthys molitrix (Valenciennes)]. Azt is tudjuk, hogy az édesvízi halak eloszlása – néhány kizárólagosan aljzaton élő halfaj kivételével – szezonálisan, illetve napszakosan is változik a vízoszlopban. Ezen felül befolyásolja az időjárás, az oxigén koncentráció, a táplálék elérhetősége és számos további tényező (Rowe, 1994; Sydänoja et al., 1995; Olin &
Malinen, 2003; Mous et al., 2004; Helland et al., 2007; Mehner et al., 2007). Ezek az előre megjósolhatatlan tényezők további hibát okozhatnak a CEN Standardnak megfelelő, kizárólag egy, meghatározott (bentikus) vízrétegre korlátozódó módszerrel történő halállomány-becslésekben.
A fenti zavaró tényezők sokasága is hozzájárul ahhoz, hogy törekednünk kell a kopoltyúhálót kiváltó, stabilabb és pontosabb eredményeket biztosító módszerek alkalmazására. A hidroakusztikus mérés ma már ígéretes lehetőség a kopoltyúháló részleges kiváltására (MacLennan & Simmonds, 1992; Dahm et al., 1992, Rudstam and Johnson, 1992; Kubecka et al., 2009; Yule et al., 2009).
10
2.3. A hidroakusztikus módszer
Középkori írásos források szerint már Leonardo Da Vinci is kísérletezett a hang víz alatti észlelésével, mégpedig egy hosszú cső segítségével, melynek egyik végét a vízbe mártotta, míg másikat füléhez tartva hallgatta a távoli hajók harangjainak hangját (Urick, 1983). A vízben terjedő hang sebességét (kb. 1450 ms-1) először Colladon és Sturm mérte meg 1823-ban (Simmons & MacLennan, 2005). A nagy áttörést 1917-ben Langevin első piezoelektromos jelátalakítója (transducer) jelentette (Simmons & MacLennan, 2005), amely azon az elektromos jelenségen alapult, amely során bizonyos anyagokon (kristály, kerámia) összenyomás hatására elektromos feszültség keletkezik, illetve elektromos feszültség hatására alakváltozás jön létre. Az első világháború során aztán felgyorsultak a hidroakusztikus berendezések fejlesztései, miután felfedezték, hogy a tengeralattjárókat a kibocsátott, majd a róluk visszavert hang alapján észlelni lehet a víz alatt (Simmonds &
MacLennan, 2005).
Halakat először 1929-ben Kimura észlelt akusztikus módszerrel egy mesterséges halastóban, Japánban. Egy oszcilloszkóp1 által kijelzett hullámfrontokat fényképezett le, és megállapította, hogy az amplitúdó észrevehetően megváltozott, amikor a halak a sugárban voltak. A következő nagy lépést a felvételeket készítő, függőlegesen lefelé sugárzó szonár típus, az echosounder jelentette, amely az echogramokat2 már papírra rajzolta (Wood &
Smith, 1935). Az 1930-as években az angol és norvég kutatók egymással egy időben készítettek felvételeket halrajokról a tengeren (Balls, 1946, 1948; Sund, 1935; Runnstrom, 1937), majd a második világháború hozta meg ismét a gyors fejlesztéseket, amely után a halászok is hamar felfedezték az akusztikában rejlő új lehetőségeket. Az új készülékek teljesítménye és felbontása nőtt, és megszülettek az első halfelderítésre specializált modellek (Simmonds & MacLennan, 2005).
A halak egyedszám becsélését az 1950-es években kezdték el, amely kezdetben az egyes visszavert hangjelek (echók) különféle egyszerű ötletek alapján történő megszámlálásán (Tungate, 1958) vagy az amplitúdók összegzésén alapult (Richardson et al., 1959). Utóbbi alapjában véve az echóintegrációs módszer, melynek helyes változatát, miszerint nem az amplitúdókat, hanem az echó-intenzitásokat kell összegezni Scherbino és Truskanov 1966- ban írta le. E módszer a mai napig az egyedszám becslések alapja (Simmonds &
MacLennan, 2005). Ebben az időben még nagy hibákkal voltak terheltek a mérések, nem voltak kellően pontos kalibrációs módszerek és a halakról visszaverődő „jel erőssége”
(target strength3, továbbiakban TS) még nagyon változó és bizonytalanul értékelhető volt.
Az 1980-as és 1990-es évek során kezdték el tisztázni, hogy pontosan mire képesek, illetve nem képesek a hidroakusztikus módszerek. Megszülettek a magas teljesítményű, digitális jelfeldolgozáson alapuló tudományos szonár készülékek és echosounderek, amelyek nagyobb dinamikus tartományt tesznek lehetővé, sokkal stabilabb erősítő (gain)
1 Az oszcilloszkóp, időben változó elektromos áram és feszültségek mérésére szolgáló elektronikus mérőműszer.
2 Az echogram az oszcilloszkóp által készített grafikus megjelenítése a visszhangnak az „átvilágított”
vízoszlopban.
3A Target strength (TS, dB) a halak akusztikus visszaverő képessége, vagyis a céltól 1 m-re mért visszavert intenzitás (I2) és a beeső intenzitás (I1) hányadosának logaritmusa: TS=10 log (I2 / I1).
11
karakterisztikával rendelkeznek és a szóródási veszteséget jobban kompenzálják (Simmonds & MacLennan, 2005). A kalibrációs lehetőségek pedig korszerűk (Foote et al., 1987). Új technikákat fejlesztettek ki a TS mérésére is, elsősorban a kettős- és az osztott hangsugarú szonár berendezéseket. Mindezen fejlesztések révén a hidroakusztikus technika ma már nagyban hozzájárul a halak és a halászati módszerek alaposabb megismeréséhez.
Napjainkban a szonár technológiával működő hidroakusztikus módszereket általánosan alkalmazzák a víz alatti fizikai környezet és élőlények észlelésére, mennyiségi jellemzőik becslésére és monitoringjára. Szonár technológia alatt olyan módszert értünk, amely a víz alatti hang terjedését használja fel navigálásra, kommunikációra és célok észlelésére.
Alkalmas a vízmélység detektálására (batimetria), az aljzat minőségének megállapítására, topográfiai mérésekre, a víz alatti növények és állatok jelenlétének, egyedszámának, eloszlásának, méretének és viselkedésének vizsgálatára. A halászatban nagyon sokféle típusú szonárt alkalmaznak, a legegyszerűbb echosoundertől a letapogató (scanning) szonáron át, amely radarhoz hasonló képeket készít a detektált célpontokról, egészen a közvetlenül a hálókra rögzített jelátalakítókig (Simmonds & MacLennan, 2005).
A hidroakusztikus halállománymérés tudományosan jól megalapozott (MacLennan &
Simmonds, 1992; Simmonds & MacLennan, 2005, Sullivan & Rudstam, 2008), külföldön rendkívül népszerű és széles körben, mind álló-, mind folyóvizekben használt módszer. A jelenlegi fejlett számítógépes és műszaki technikának köszönhetően kellően pontos (Kubečka et al., 1998; Knudsen & Sægrov, 2002; Mehner et al., 2003; Gangl & Whaley, 2004), különösen, ha a hagyományos halászati módszerekhez (pl. varsa, húzóháló) hasonlítjuk. Nem utolsó sorban pedig egy rendkívül költséghatékony eljárás, mivel üzemeltetéséhez nem szükséges jelentős emberi erőforrás, sem nagy erőbefektetés, ellenben rövid idő alatt hatalmas területek, illetve víztérfogatok átvizsgálását teszi lehetővé (nagy mintavételi intenzitás) nappal és éjjel egyaránt. Sőt, a hidroakusztikus felmérések alapján kapott eredmények megbízhatóan ismételhetők, és a rendszerek eltérő beállítási, illetve sugár paraméterei ellenére is összehasonlítható biomassza adatokat eredményeznek (pl. Wanzenböck et al., 2003; Gangl & Whaley, 2004). Természetesen, mint minden módszernek, ennek is vannak korlátai, pl. a fajok megkülönböztetése gyakran lehetetlen (de nem minden esetben, ld. Elliott & Fletcher, 2001; Winfield et al., 2009), a felszínhez, illetve az aljzathoz közeli halak észlelése, illetve a sűrű halrajok egyedszám becslése pedig egyelőre korlátozott.
A halállományméréseket mind mozgatott, mind helyben rögzített berendezésekkel rendszeresen végeznek, azonban a tanulmányok nagy része mély vizekkel (>10 m) foglalkozik, ahol a mérések során függőleges sugárzást alkalmaznak. A függőleges sugárzás előnye, hogy a szonár fejhez közel eső vakzónát leszámítva (általában 2-3 m) a vízoszlop teljes mélységében vizsgálható, illetve, hogy a halaknak mindig ugyanazon, felülnézeti vetületét „látjuk”, ami megkönnyíti a halak méretének meghatározását a TS alapján. Sekély víztestekben a függőleges sugárzás használata nem bizonyult hatékonynak, mivel a távolság a jeladó-vevő és az aljzat között túlságosan rövid (<6 m), és így a sugár nem tud megfelelő mértékben kinyílni a halak detektálásához. Ráadásul, ahogy azt már több módszerrel is kimutatták, gyakori, hogy a tavak mélységétől függetlenül, a
12
halállomány jelentős része a felszínközeli 1-5 m-es vízrétegben található, amely függőleges sugárzással megint csak nem mintázható, a radar vak zónája miatt (Tarbox &
Thorne, 1996; Kubečka & Wittingerova, 1998; Knudsen & Sægrov, 2002; Gangl &
Whaley, 2004, Djemali et al., 2009). A megoldást a horizontális sugárzás alkalmazása jelentette, és ezzel elkezdődött az új értékelési módszerek kidolgozása is (Kubečka et al., 1994; Kubečka, 1996; Mous & Kemper, 1996; Kubečka & Wittingerova, 1998; Balk, 2001; Knudsen & Sægrov, 2002). A vízszintes sugárzás során kapott jelek kiértékelését azonban megnehezíti, hogy a halakat változó szögből láthatjuk, s helyzetüktől függően más a visszaverődő jel erősségét meghatározó vetületük. Így a halak méretének és biomasszájának becslése ezzel a technikával lényegesen bonyolultabb. A hidroakusztikus mérések standardizálása jelenleg is folyik Európában (CEN, 2009; Winfield et al., 2011), míg Észak-Amerikában már rendelkezésre állnak standardizált eljárások (Bonar et al., 2009). A sekély tavi vízszintes sugárzás alkalmazásának több nehézsége van, mint a függőleges mélyvízi méréseknek. Ezek közül legfontosabb a szél által gerjesztett hullámzás negatív hatása, amely egyrészt a hajó ringatásával megszünteti a sugár stabilitását, így az beleütközik a felszínbe és az aljzatba, másrészt buborékok képzésével zajossá teszi a felvételeket (Mous & Kemper, 1996, Trevorrow, 1998; Gangl & Whaley, 2004). Szintén problémát jelent a határfelületek (felszín, aljzat) közelsége, amely megszabja a sugár maximális nyílását, vagyis azt, hogy egyszerre hány hal fér el a sugárban (Trevorrow, 1998). Ha ez a keresztmetszet kisebb, mint a nagyobb halak hossza, akkor a mérések már nem lesznek reprezentatívak. Általában 3 m alatti vízmélységnél vagy 3 m-nél kisebb távolságon belül nem javasolt mozgatott hidroakusztikus felméréseket végezni.
2.4. A kopoltyúhálós és a hidroakusztikus módszerek együttes alkalmazása
Mind a kopoltyúhálós, mind a hidroakusztikus módszeren alapuló felméréseknek vannak erősségei és gyengéi. Így például, míg a hidroakusztikus mérések fajmeghatározásra csak bizonyos esetekben, és rendkívül korlátozottan alkalmasak, addig a kopoltyúhálónak ez az egyik erőssége. Ellenben abban az esetben, ha a területre vetített állománynagyságot akarjuk megbecsülni, az csak a hidroakusztikus módszerrel lehetséges. Amennyiben részletes képet szeretnénk kapni egy adott víztest halállományáról, ajánlott tehát a két módszert egymás kiegészítéseként, párhuzamosan alkalmazni (Rudstam & Johnson, 1992;
Hansson & Rudstam, 1995; Mehner & Schulz, 2002; Mous et al., 2004; Guillard &
Vergès, 2007; Winfield et al., 2009; Boswell et al., 2010). Ennek ellenére egyelőre aránylag kevés ilyen tanulmánnyal találkozunk, és még kevesebbel a Balatonhoz hasonló sekély tavakban (Tátrai et al., 2008). Ennek több oka is van, az egyik, a hasonlóan nagyméretű és alacsony borítottságú sekély tavak alacsony száma az olyan országokban, ahol rendelkezésre állnak hidroakusztikus berendezések. A másik, a sekély tavi hidroakusztikus méréseket megnehezítő, fentebb is említett körülmények (lásd pl. Mous &
Kemper, 1996). A Balatonon az első ilyen összehasonlító mérések 2003 és 2007 között történtek (Tátrai et al., 2008), azonban e vizsgálatok eredményei nem bizonyultak
13
egyértelműnek. A hidroakusztikus módszerrel kapott egyedszámok és a kopoltyúhálós CPUE értékek közötti pozitív korreláció megléte ugyan általános, azonban ereje erősen változó és gyakran gyenge (Hansson & Rudstam, 1995; Elliott & Fletcher, 2001; Mehner
& Schulz, 2002; Tátrai et al., 2008; Boswell et al., 2010; Achleitner et al. 2012, Dennerline et al., 2012). Mivel a kopoltyúháló fogási hatékonysága a környezeti és technikai tényezőkkel változik, a különböző módszerekkel történő összehasonlítás során számolni kell e hatásokkal is. Például, Hansson & Rudstam (1995) javasolta, hogy amennyiben a kopoltyúhálós fogásokat más módszerek eredményeivel (pl. a hidroakusztikussal) hasonlítjuk össze, figyelembe kell venni a víz átlátszóságát és hőmérsékletét is. Nemrégiben pedig Prchalová és munkatársai (2011) javasolták a
„megfogható biomassza” (catchable biomass) modellt, mint lehetséges eszközt a kopoltyúhálós adatok összehasonlíthatóságának növeléséhez. Ez az eljárás a halászat idejével, és így a háló telítődésével összefüggésben álló torzítást is figyelembe veszi.
Mindezek ellenére eddig még csak néhány egyedi próbálkozás történt arra, hogy ehhez hasonló tényezőket bevegyenek a különböző mintavételi eljárásokkal kapott adatok közötti kapcsolatot vizsgáló modellekbe (pl. Hansson & Rudstam, 1995).
2.5. A Balaton halállománya és vizsgálata
A balatoni halászatot már 1055-ben a Tihanyi alapítólevélben megemlítik. A török világutazó történetíró, Evlija Cselebi 1660 és 1666 közötti magyarországi utazásait leíró Utazások könyve című munkájában kitér a Balatonra is, és annak jelentős halállományáról számol be (Karácson, 1985). Igen részletes leírást találunk a balatoni halászatról Bél Mátyás 1740-es években készült művében, aki ugyancsak rendkívül halgazdagként mutatja be a tavat (Bél, 1745). Az 1850-es években a Balaton körül élő lakosságnak (kb. 37e fő) nagyjából a fele foglalkozott halászattal (Móricz, 1956), amely szintén jelentős állományt feltételez. Az 1900-as években az éves halászfogás hozzávetőlegesen 500-800 t volt, és egészen az 1950-es évekig a halászati hozamok, a halászati technológia fejlődésével és a halászati ráfordítással párhuzamosan nőttek (1960 t év-1) (Bíró, 2002). Azonban a berekterületek 1860-as, majd a Kis-Balaton 1920-ban történt lecsapolása, a természetes partok kikövezése, beépítése, a nádasok leromlása, pusztulása miatt, valamint a lakossági és mezőgazdasági terhelés hatására, a tó állapota jelentősen megváltozott. Az élőhelyek átalakulása, beszűkülése, valamint a tápanyagokban történő feldúsulás közvetlenül hatottak a tó halállományára, s részben ennek köszönhetően, részben a tömeges halpusztulásoknak, részben pedig a halászott területek és a halászati ráfordítás csökkentésének eredményeképpen az 1960-as évektől a hozamok folyamatosan visszaestek (Bíró, 2002).
Mára a kisszerszámos, népi halászat megszűnt a tavon, s míg néhány évtizede még a halászat hasznosította lényegében a tó teljes halállományát, direkt gazdasági célból, addig ma a halászat csak az idegenhonos fajok kártételét hivatott mérsékelni, ennek gazdasági haszna csak másodrendű szempont. A halászatot a horgászat váltotta fel, jelenleg évente összesen több mint 40 ezren horgásznak a tavon (Bíró et al., 2009). Napjainkban az éves fogás nem kevesebb, mint 600 t, amelyben a szelektív halászatnak köszönhetően a busa és az angolna részaránya meghaladja az 50%-ot (Weipert et al., 2009).
14
Faunisztikai szempontból a közlemúltban több kutató is vizsgálta a tavat, s részletezte, elemezte az állomány múltbéli és jelenlegi összetételét, a különféle fajok elterjedését (ld.
pl. Bíró et al., 2009; Specziár, 2010; Specziár et al., 2009; Takács et al. 2011). A halfauna hajdani összetételét és időközben bekövetkezett változásait, átalakulását Specziár (2010) a Balaton halfaunájáról írt monográfiája összegezi, illetve alaposan részletezi a jelenlegi állomány összetételét. Ez alapján a Balaton halállományát jelenleg 32 állandó faj alkotja (Specziár, 2010). Ebből mára mindössze 18 az olyan őshonos faj, amelynek állománya önfenntartó, míg az 50-es évek előtt még 36 ilyen őshonos faj élt a tóban (Entz &
Sebestyén, 1942; Specziár, 2010). A biomassza nagy részét a dévérkeszeg (Abramis brama L.), a garda, a szélhajtó küsz és a betelepített busa teszik ki (Bíró 1997; Specziár et al., 2000, Specziár, 2010). A 2005-2009 között rendszeresen végzett, standard módszereken alapuló, tudományos felmérések alapján Specziár (2010) megállapította, hogy a kopoltyúhálóval vizsgálható halállomány 78%-a a nyíltvízben él. Ezen felül, annak ellenére, hogy egyes fajok állománysűrűsége a nádasokban és az északi part mentén a legmagasabb, állományuk nagyobb része mégis a nyíltvízben található (pl. bodorka Rutilus rutilus (L.), küsz, balin, karikakeszeg Blicca bjoerkna (L.), ponty Cyprinus carpio L.).
Kimutatta, hogy a nyíltvízben biomasszáját tekintve elsősorban a dévérkeszeg, a küsz, a garda, a vágódurbincs (Gymnocephalus cernua (L.), a fogassüllő (Sander lucioperca (L.) és a busa a domináns halfajok.
Az elmúlt évtizedek halászati és horgászati hozamainak értékelésével számos tudományos írás foglalkozik (pl. Vutskits, 1897; Lukács, 1932; Mihályfi, 1954; Bíró, 1981, 1997, 2000, 2002; Weiperth et al., 2009; Specziár, 2010), amelyekből kiderül, hogy a hivatásos halászok halászati eredményeinek viszonyítási alapja nem szabványos, mivel az évek során mind a módszerek, mind a halászati ráfordítás változott. Az egyes alkalmazott eszközök szelektivitása eltérő volt, illetve nem mindig ismert pontosan az alkalmazott módszer és a halászat intenzitása sem. Ezenfelül a fajmeghatározás is elnagyolt, mivel nem tesz különbséget az egyes pontyfélék (pl. dévérkeszeg, bodorka, karikakeszeg) között, hanem azokat egyetlen kategóriába (keszeg) sorolja. A hivatásos halászok által rendelkezésre bocsátott húzóhálós halászatok eredményei alapján számított egykori és jelenlegi állománynagyság pontossága és megbízhatósága a fentiek ismeretében tudományos szempontból sajnos nem kielégítő (Specziár, 2010).
Pontos halállomány méret becslés pedig sajnos más módszerekkel nem történt. A kutatási célból alkalmazott kopoltyúhálós és kéziszákos elektromos halászati módszerek, miközben részletes és értékes adatokat szolgáltatnak az állomány szerkezetéről (faj-, méret- és koreloszlásáról), a halak növekedéséről, táplálkozási szokásairól, egészségi állapotáról, illetve alkalmasak az állományban bekövetkező trendek kimutatására, addig területegységre vetített mennyiségi becslésre sajnos nem alkalmazhatók. Tehát jelenleg nem áll rendelkezésre tudományos szempontból kielégítő minőségű adatsor a Balaton halállományának nagyságáról. Ezen a hiányosságon kívántak változtatni a tihanyi Limnológiai Intézet kutatói, amikor beszereztek egy modern szonár készüléket a 2000-es évek elején. Bár ezt megelőzően, már az 1990-es évek elején is próbálkoztak a hidroakusztikus mérésekkel a tó keleti medencéjében (Paulovits & Bíró, 1991), azonban a készülék kezdetlegessége miatt a felvételekből kinyerhető információ ekkor még erősen
15
korlátozott volt. Ezen felül egyetlen, ellenben sokkal komolyabb, tudományos szempontból jól megalapozott, vízszintes sugárzást alkalmazó vizsgálat volt a tavon, amelyet 1997-ben Kubečka és munkatársai végeztek a tó hossztengelye mentén (Kubecka et al., 1997).
Vizsgálatuk során a nyíltvízi halbiomasszát 169±112 kg ha-1-nak találták. A felvételek néhány további részletéről Draštík et al. (2005) cikkében is olvashatunk, amelyben a vizsgálatokat készítő hajónak a halak viselkedésére gyakorolt hatását elemezték különféle módszerekkel. 2004-2007 között a kutatók elsősorban az újonnan beszerzett, korszerű hidroakusztikus berendezés speciális balatoni körülményekre történő optimalizálásával foglalkoztak (azaz a megfelelő sugárzási irány és dőlésszög, a különféle sugárzás-beállítási paraméterek, pl. hangpulzus gyakoriság és az értékelési módszerek meghatározása). A fentebb már említett, első komolyabb kísérlet a balatoni kopoltyúhálós és hidroakusztikus mérések összevetésére is ebben az időben zajlott (Tátrai et al., 2008).
16
3. Problémafelvetés és célkitűzések
Az EU Víz Keret Irányelvéhez kapcsolódó szabványokhoz igazodva, állóvizeink halállományát és annak változásait döntően kopoltyúhálós halászatok és végleges szabvánnyal még nem bíró hidroakusztikus mérések segítségével igyekszünk megismerni (CEN, 2005, 2009). E két módszer működési elve alapvetően eltérő. A kopoltyúháló az aktív, az adott területen mozgásban lévő halakat ejti zsákmányul méret szelektíven és így a halállomány faj- és méretszerinti összetételére, illetve relatív mennyiségére vonatkozóan szolgáltat, sajnos bizonytalan pontosságú becslést (Linløkken & Haugen, 2006; Prchalová et al., 2011), míg a hidroakusztikus mérésekkel a halállomány tényleges sűrűsége és méreteloszlása becsülhető viszonylag jó pontossággal, de faji szintű felbontás nélkül (Simmonds & MacLennan, 2005). A felszíni állóvizekben jelenleg leggyakrabban alkalmazott kopoltyúhálós mintavételi módszertan során, a mintavételi erőfeszítés általában nem arányosan oszlik meg az adott víztestet jellemző élőhelyek között (ld. CEN, 2005). Tavakban, különösen sekély tavakban (<10 m) a kopoltyúhálós erőfeszítéseket a legváltozatosabb bentikus halállományokra összpontosítják, miközben a felszín közelében élő halak alulkutatottak. Hasonlóan, a hidroakusztikus vizsgálatok is elsősorban a bentikus és nyíltvízi halközösségekre koncentrálnak, és főként a technikai korlátoknak (minimális mérési távolság, közeghatárok) köszönhetően aránylag kis figyelmet fordítanak a vízfelszín közelében és a part menti sekély vízben élő halakra. Néhány, a közelmúltban született tanulmány azonban már hangsúlyozza a nem bentikus halak fontosságát az édesvízi ökoszisztéma-folyamatok vizsgálata során mind mély (Kubečka & Wittingerova, 1998;
Knudsen & Sægrov, 2002; Lauridsen et al., 2008; Emmrich et al., 2010), mind sekély tavakban és tározókban (Olin & Malinen, 2003; Mous et al, 2004; Specziár et al., 2009a).
Annak ellenére, hogy a Balaton nagyon sekély (átlag mélysége 3,2 m), halállományának eloszlása a vízoszlopban, a fajok előfordulását tekintve függőlegesen jellegzetes átmenetet mutat, azonban a biomassza ezt nem követi és az a teljes vízoszlopban, meglepőmódon, közel egyenletes (Specziár et al., 2009a). A kopoltyúhálós vizsgálatokból kiderült, hogy a Balaton nyíltvízi halbiomasszájának körülbelül egyharmadát a felszíni életmódú szélhajtó küsz adja (Specziár & Takács, 2007; Specziár, 2010). Ezért fontosnak találtuk megvizsgálni, hogy van-e információveszteség, ha kizárólag az EN14757:2005 Európai Standardnak (CEN, 2005) megfelelő hálókat alkalmazzuk a balatoni halállomány tanulmányozására. Emellett alapvetőnek tartottuk, hogy az eddigieknél pontosabb képet kapjunk az állományok mennyiségi viszonyairól, megteremtve a szükséges beavatkozások tudományos alapjait. Abból indultunk ki, hogy a halállományok és környezetük, valamint az állomány kihasználása közötti kapcsolatok megismerése a halászat-horgászat irányítói számára olyan eszközrendszert ad, amely alkalmas lehet a környezetbarát (ökológiai) halgazdálkodásra. Úgy gondoltuk, hogy a két módszer, a Balatonon 15 éve rendszeresen alkalmazott kopoltyúhálós halászat és az új, korszerű hidroakusztikus állománymérések sikeres összekalibrálása vezethet el minket oda, hogy állóvizeink halállományát az
17
eddigieknél sokkal pontosabban, mindemellett könnyebben, olcsóbban és jóval kisebb környezeti beavatkozással határozhassuk meg.
Kutatásaink során tanulmányoztuk az EU VKI által javasolt EN14757:2005 standard kopoltyúhálós mintavételi módszertan alkalmasságát a Balaton, illetve általában a hasonló mérsékelt övi termelékeny tavak halállományainak reprezentatív jellemzésére, valamint a hidroakusztikus mérések és a kopoltyúhálós fogási adatok kapcsolatát és egymásnak való megfeleltethetőségét.
Az értekezés az alábbi kutatási feladatokra koncentrál:
1. A halközösségek fajösszetételének, testhossz-gyakoriság eloszlásának, egyedszámának és biomasszájának meghatározása a Balaton nyíltvizében, tekintettel az évszakos, éves és medencék közötti különbségekre;
2. Az Európai Standard (CEN, 2005) kopoltyúhálós mintavétel reprezentativitásának vizsgálata, különösképpen a felsőbb vízrétegek halállományainak mellőzéséből adódó információ veszteség jelentőségének értékelése a Balaton nyíltvízében;
3. A kopoltyúhálós CPUE és a hidroakusztikus állománysűrűség értékek közötti kapcsolat feltárása, figyelembe véve a fontosabb biotikus és abiotikus környezeti tényezőket; emellett a kopoltyúhálós halászatok mérséklésének mérlegelése a balatoni halközösségek jellemzése során;
4. A hidroakusztikus mérések alkalmazási feltételeinek meghatározása a Balatonban.
18
4. Anyag és módszer 4.1. Mintavételi helyek
593 km2 területével, a Balaton Közép-Európa legnagyobb sekély tava. A tó 78 km hosszú, átlagosan 7,6 km széles, 3,2 m mély és 104,8 m-rel a tengerszint felett található.
Területének mindössze 0,1%-a mélyebb, mint 5 m, amely rész tihanyi kútként ismert.
Aljzata döntően egyenletes, jelentősebb vízmélység változások nem jellemzők.
Napjainkban a tó mezo-eutróf, átlagos éves klorofill-a koncentrációja 3,6 és 18,7 mg L-1 között változik (Istvánovics et al., 2007). A vízpart 47%-át nádas övezi, hínárnövényzet csak szórványosan, a partmenti zónában fordul elő. Vize enyhén lúgos, körülbelül 400 mg L-1 Ca2+ és Mg2+(HCO3-
)2-ot tartalmaz, pH-ja 8,2-9,1, konduktivitása 550-671 μs cm-1. Bár különleges körülmények között (például jégborítás alatt) a víz átlátszósága elérheti a 1,5- 1,8 m-t is, a tó vize általában zavaros és Secchi-átlátszósága 0,2-0,8 m közötti.
Hőmérsékleti rétegződés nem, vagy csak kivételes esetekben alakul ki, a felszín és az aljzat vízhőmérséklete közötti különbség nem haladja meg a 2-3 °C-ot (Herodek et al., 1988).
Oxigénhiányt még nem figyeltek meg a tóban, a szennyezőanyagok koncentrációja alacsony vagy kimutathatatlan.
Zánka
Tihany
Balatonfűzfő
Keszthely
Siófok
Zala folyó
Szigliget
Balatonboglár
Zamárdi III.
I.
III.
II.
IV.
IV.
1. ábra: A mintavételi helyek (szürke körök) elhelyezkedése medencénként a Balaton hossztengelye mentén a nyíltvízben. I.: Keszthelyi medence – Keszthely; II.: Szigligeti medence – Szigliget, III.:
Szemesi medence – Balatonboglár, Zánka; IV.: Siófoki medence – Siófok, Zamárdi.
A mintavételeket széles tér- és időléptékben végeztük a tó hossztengelye mentén a nyíltvízi régióban, hogy mind a halállomány-sűrűség, mind a környezeti körülmények jól elemezhető gradienst biztosítsanak. Minden alkalommal megmértük a víz hőmérsékletét (°C) fél méterrel a felszín alatt, a vízmélységet (m) és a Secchi-átlátszóságot (cm). A
19
mintavételek a parttól legalább 1500 m-es távolságban történtek. A halállomány vizsgálatok mintavételi helyeit az 1. ábra mutatja.
4.2. Kopoltyúhálós halászat
2006 és 2010 között összesen 45 kopoltyúhálós halászatot végeztünk. 2006. október és 2007 októbere között 14 nyíltvízi halászat alkalmával (126 kopoltyúháló szett) vizsgáltuk az Európai Standardnak megfelelő bentikus hálók (CEN, 2005) (továbbiakban standardháló) reprezentativitását, 3,7-4,5 m-es vízmélység mellett (Függelék 14. táblázat).
2007-2010 között 35 alkalommal végeztünk a halászatokkal párhuzamosan hidroakusztikus halállományméréseket (Függelék 15. táblázat).
A mintavételek során egyszerre háromféle hálót alkalmaztunk. Az első típus, a standardháló (Nippon Verkko oy, Finnország) 12 különböző, 5-55 mm között (csomótól csomóig mért) változó lyukbőségű panelből áll, amelyek mélysége 1,5 m. Az egyenként 2,5 m hosszú, eltérő lyukbőségű panelek 43; 19,5; 6,25; 10; 55; 8; 12,5; 24; 15,5; 5; 35 és 29 mm sorrendben követték egymást. A paneleket egy 30 m hosszú lebegő felin és egy 33 m hosszú súlyozott alin tartotta. A hálószemek feszülési aránya4 minden háló esetében 0,5 volt. A standardháló felinjének vízben mért lineáris sűrűsége 7 g m-1, alinjának levegőben mért lineáris sűrűsége 22 g m-1, így a háló alinja a fenéken terült el. A második háló típus a standardháló felszíni változata (továbbiakban felszíni háló), amelynél a felint (vízben mért lineáris sűrűsége 31 g m-1) úgy állítottuk be, hogy az a vízfelszínén lebegjen. A harmadik háló a standardháló kétszeres magasságú változata volt (továbbiakban duplaháló), azzal a különbséggel, hogy ebből a szettből kimaradt az 5 mm-es lyukbőségű panel. A dupla háló alinja is a fenéken terült el.
Minden alkalommal három-három standard, felszíni és duplahálót tettünk ki. A hálókat minden alkalommal egymás után, véletlen sorrendben azonos vízmélységben állítottuk fel, minden szett között egy hálónyi hosszúságú szünetet hagyva. Az aljzat minden mintavételi helyen egyenletes és makrofitáktól mentes volt. Annak érdekében, hogy elkerüljük a hálók telítődését, amely a Balaton esetében igen rövid idő alatt bekövetkezik (Specziár et al., 2000; Specziár, 2001; Erős et al., 2009b; Specziár et al., 2009a) (1. kép) és az ebből adódó hibalehetőséget (Olin et al., 2004; Prchalová et al., 2011), 3 órás mintavételi időt alkalmaztunk.
4A kopoltyúhálók esetében a hálószemek feszülési aránya adja meg, hogy milyen mértékben van kifeszítve a háló az alin és felin között. A feszülési arány elméletben 0 (az összes szem egy pontba van felkötve, vagyis a hálónak nincs vízszintes irányú dimenziója) és 1,0 (a háló széltében teljesen ki van húzva, tehát a hálónak nincs függőleges irányú dimenziója) közötti érték lehet. A gyakorlatban általában a feszülési arány 0,25-0,65 közötti.
20 1. kép: Küszökkel telített felszíni háló 2 órás halászat után a Balatonból
A halászatokat a reggeli órákban végeztük. Az egyes hálók fogásait külön-külön kezeltük.
Mivel a duplahálóból hiányzott az 5 mm-es panel (gyártástechnikai okból), ezért az összehasonlítás során ezek fogását kihagytuk a másik két hálónál is. Ennek a hálószakasznak az adott vizsgálatok szempontjából nem volt jelentősége. Egyetlen egy halfaj, a fogassüllő, nagyon szűk méretcsoportját, az ivadékot (kb. 2,5 cm-es példányok) képes megfogni, az évnek csak egy nagyon rövid időszakában (május vége, június legeleje). Sajnos ilyen kis szembőségben nem lehet már hatékony kopoltyúhálót készíteni, a háló túl merev, amelyet egyrészt a halak könnyen észlelnek, másrészt ilyen kicsi halaknak nincs is elég ereje ahhoz, hogy belefűzzék magukat. Az 5 cm-nél kisebb ivadékot más módszerekkel, pl. vontatott ivadékhálóval lehet csak hatékonyan felmérni.
A fogott halak faji hovatartozását meghatároztuk, fajonként megszámoltuk egyedszámukat, megmértük standard testhosszukat (SL, mm) és testtömegüket (M, g).
4.2.1. Egységnyi mintavételi ráfordításra eső fogás (CPUE) számítása
A fogásokat CPUE értékekként fejeztük ki, amely az egységnyi idő (h) alatt fogott halak száma vagy tömege az egyes hálókban. A fogásokat a mintavételi erőfeszítéssel, azaz a háló hosszával vagy a háló felületével (a standardháló felszíne 41,25 m2 volt a 2,5 m hosszú 5 mm-es panelt nem számítva) és a halászat időtartamával standardizáltuk, és az egyedszámok esetében NPUE (hal h-1 háló-1), a biomassza esetében BPUE (g h-1 háló-1) értékeként fejeztük ki. A hálófelszínre történő standardizálást több tanulmányban (pl. Olin
& Malinen, 2003; Rask et al., 2003) alkalmazzák és az Európai Standard (CEN, 2005) is javasolja. A halméret szerinti háló-szelektivitást nem vettük figyelembe, mivel a hálók
21
anyaga és lyukbőség-eloszlása azonos volt és így az egyes hálók között ilyen jellegű különbség nem lehetett.
A teljes vízoszlopra vonatkozó CPUEvo értékeket a duplaháló fogásának (CPUEDH) és a vízmélység (z, m) függvényében a felszíni háló fogása (CPUEFH) arányos részének összegeként adtuk meg, az alábbi egyenletnek megfelelően (Specziár, 2010):
4.3. Hidroakusztikus halállománymérés
4.3.1. A hidroakusztikus berendezések működési elve
A hidroakusztikus halállomány-méréseknek évtizedes hagyományai vannak mind tengeri, mind édesvízi környezetben. Halak, halrajok észlelésére, valamint méretük meghatározására is alkalmas készülékek állnak rendelkezésre a különféle szonaraktól kezdve, az echosoundereken át, egészen a horgászok körében napjainkban rendkívül népszerű „halradarokig”. A hidroakusztikus módszer azon alapszik, hogy a készülék által kibocsátott hang a vízben található halaknak ütközik, majd onnan több-kevesebb veszteséggel visszaverődik. A kibocsátás és a fogadás közötti időkülönbségből az észlelt hal távolságára, a beérkezett visszhang intenzitásából pedig a halak méretére és abundanciájára következtethetünk. A kibocsátott és visszavert hang többféle veszteséget is szenved (abszorpció általi átviteli veszteség, szóródás, illetve a készüléken belüli átalakítás során elszenvedett veszteség), amelyek befolyásolják a beérkező hang intenzitását, ahogyan a hal helyzete a sugárban és annak visszaverő képessége is.
A kutatási célokra használt szonarak elsősorban abban különböznek a többi berendezésektől, hogy amplitúdójuk stabil és már a feldolgozás kezdetén analógról digitálisra konvertálják a fogadott jelet, ennek következtében rugalmasabban használhatók, teljesítményük stabil és nem befolyásolja működésüket az alkatrészek elöregedése, illetve a hőmérsékletváltozás (Simmonds & MacLennan, 2005).
22 2. kép: A hidroakusztikus berendezés: a vezérlő számítógép (a), a Simrad EK60 típusú jeladó-vevő (a, c) (c – forrás: www.simrad.com/ek60) és a Simrad 120C-7 típusú, osztott hangsugarú jelátalakító fej (b) a hajó orrán rögzítve.
A szonarak 3 fő részből épülnek fel, ezek az adó-vevő egység, a jelátalakító fej, valamint a vezérlő és adatrögzítő számítógép (2. kép). Az adó-vevő a vezérlő által meghatározott időközönként, adott frekvenciájú elektromos energiát hoz létre, amit a jelátalakító adott hosszúságú akusztikus pulzussá (ping), azaz hanggá alakít. A szonár által kibocsátott nagy frekvenciájú pingekkel megegyező frekvenciával érkeznek vissza a halakról a visszaverődő echók. Az átalakítófej a beérkező visszhangokat ismét elektromos jelekké alakítja, majd közvetíti a jeladó-vevőben található különféle erősítő áramkörök felé, és végül az így kapott jeleket a számítógép egy értékelő szoftver segítségével összegzi (echointegration) és echogramokon ábrázolja. Ezután a teljes folyamat megismétlődik újra és újra, és így az echogramon kirajzolódnak a víztestben található halak és egyéb célpontok (pl. zooplankton felhő, hínár, kövek, lebegő fák, stb.). Horizontális sugárzás esetén az echogram x tengelyén az időt, illetve mozgó felvételeknél tulajdonképpen a megtett távolságot láthatjuk, y tengelyén pedig a jelek jelátalakító fejtől mért távolságát.
A legáltalánosabban alkalmazott jelátalakító készülékek piezo-elektromos anyagokat tartalmaznak, például kerámiát, amelyekben nyomás hatására feszültség keletkezik. Mivel ez a folyamat visszafordítható, oszcilláló feszültség hatására a kerámia kitágul, majd összehúzódik, és eközben hangot bocsájt ki (Simmonds & MacLennan, 2005). A jelátalakító több kisebb elemből épül fel, és az általuk kibocsájtott hangsugarak a konstruktív és destruktív interferencia következtében nem minden irányban egységes, ez eredményezi a keletkező sugárnyaláb mintázatát (sugármintázat). A jelátalakító irányítottsága miatt – leginkább egy elemlámpa fénysugarára hasonlít – egy hal visszhang- szintje nagyobb, ha a hal a sugárzás fő tengelyével egybe esik, mintha a tengelyen kívül esik. Ennek következtében, ha a hal méretének meghatározása a cél, akkor a visszhang- szintet a hal sugárbeli helyzetének megfelelően kompenzálni kell. Tehát, amennyiben a halak méretét közvetlenül szeretnénk megmérni, ahhoz ismernünk kell a halnak a sugár tengelyétől mért távolságát. Az aránylag egyszerű, egysugaras technikával működő
23
rendszerek esetében így a méret meghatározása csak bonyolult statisztikai számításokkal lehetséges, ezért ezt a típust elsősorban a halrajok észlelésére használják. A méret közvetlen meghatározására a több sugaras rendszerek képesek, mint például a kettős sugarú szonár, ahol a belső keskeny sugarat, egy külső széles sugár öleli körül, vagy az osztott sugarú szonarak. A kettős sugarú készülékek esetében a két sugárból származó visszhangjel összehasonlításából számítható ki a tengelytől mért távolság. A leggyakrabban alkalmazott és jelenleg legjobb, osztott hangsugarú rendszerek 3 dimenzióban tudják meghatározni a célpont helyét. Ezek a jelátalakítók négy, egymástól azonos távolságra elhelyezett vevőegységet tartalmaznak, így ha a hal a sugárzás fő tengelyén kívül esik, a visszavert hang a különálló elemeket különböző fázissal fogja elérni, tehát a sugármintázat ismeretében a beérkező visszhangok fáziseltérésből meghatározható a célpont pontos helyzete a sugárban (Balk, 2001; Simmonds &
MacLennan, 2005). Az adó-vevő fő feladata a visszaérkezett jelek felerősítése. A négy jelet külön erősíti fel, majd egy fázis-detektor és egy amplitúdó-detektor felé adja tovább.
A fázis-detektor összehasonlítja a jeleket és kiszámítja a célpontok szöghelyzetét. Az amplitúdó-detektor a négy jelet összevonja, és a magas frekvenciájú jelek összegéből a csúcsokat detektálja. Ezek a csúcsok egy, az echó-intenzitást tartalmazó alacsony frekvenciájú módosított jelet alkotnak (Balk, 2001). Ebből a jelből képez mintákat az adatértékelő szoftver (Sonar5-Pro Post Processing System, Lindem Data Acquisition), majd a megfelelő egyenletek (ún. szonár egyenletek) alkalmazásával ezeket értelmezi és térfogati visszaverődési erősség értékekként (Sv, dB) az ún. amplitúdó-echogramon (Amp- echogram) ábrázolja (Balk & Lindem, 2007). A modell, amellyel a visszaérkező echó- intenzitást leírjuk a szonár egyenlet. Általában két egyenletet alkalmaznak, az egyik a térfogati visszaverődés modell, amely a halak, halrajok echóit integrálja:
ahol a célpont egy egységnyi víztérfogat . A másik egyenlet a pontforrás modell, amely egyes célpontokat, azaz egy-egy halat ír le:
ahol a célpont visszaverési keresztmetszete (Balk & Lindem, 2007).
Az adó-vevő készülék másik fontos feladata, hogy a beérkezett jeleket a terjedési és abszorpciós veszteségekkel kompenzálja az ún. időben változó erősítő (Time Varied Gain, TVG) segítségével (Simmonds & MacLennan, 2005). Tehát a TVG meghatározza, hogy mennyivel kell az echó-intenzitást a távolság növekedésével kompenzálni, és így az eredmény a célpont távolságától független lesz. Az egyes halak echóinak megszámlálása, vagyis a pontforrás modell esetén 40 log R-rel, míg térfogati visszaverődés, azaz halrajok esetén 20 log R-rel kell kompenzálni az echó-intenzitást, ahol R (m) a távolság (Balk &
Lindem, 2007). Az adó-vevő további funkciója, hogy megszűri az átalakítóból érkező jeleket és az erősítő sáváteresztőjén kívül eső frekvenciájúkat visszautasítja. A szűrést általában a sávszélességgel (B) fejezik ki, azaz a szonár közép-frekvenciáján (f0) kapott
24
válaszhoz képest az f0 ± B/2 frekvenciájú jelek 3 dB-lel gyengébbek. A kibocsájtott pulzus f0 frekvenciájú adott számú ciklus. Ennek a pulzusnak a frekvencia-spektruma a pulzus időtartamtól (τ, s) függ, és azzal fordítottan arányos. Minél rövidebb a pulzus, annál szélesebb a spektrum. Minél távolabb esik a frekvencia f0-tól, annál nagyobb az energiája.
Mivel ez az echóra is érvényes, ezért B-nek kellően nagynak kell lennie ahhoz, hogy az echóenergia nagy részét átengedje. Másrészről viszont a keskeny sávszélesség csökkenti a jelben a szélessávú zajt és megkönnyíti a kis echók észlelését. Általános szabály, hogy a sávszélesség és a pulzus időtartam szorzata, Bτ = 3 kell, legyen. Ezzel elkerülhető a szignifikáns echó energia veszteség (Simmonds & MacLennan, 2005).
Mivel a frekvenciával (f, kHz) nő a hang abszorpciója, így az egyes készülékek hatótávolságát befolyásolja a frekvencia, azaz minél nagyobb a frekvencia, annál kisebb a hatótávolság. A frekvenciával szoros összefüggésben van a készülék felbontóképessége is, vagyis a kibocsájtott hang hullámhossza (λ, cm):
ahol c (ms-1) a hang sebessége a vízben. Édesvízi környezetben 120 kHz frekvencia esetén ez nagyjából 1-2 cm között van a víz sótartalmától függően (a Balatonban kb. 1,7 cm). A vizsgált tartományon belüli felbontást a pulzusok időtartamának csökkentésével lehet növelni, illetve a halaknak kellően nagy távolságra kell lenniük egymástól, hogy egyes célpontokként tudjuk őket detektálni. Az egyes visszhangok egymástól való elválasztását a pulzus időtartam és a hang sebessége közötti összefüggés befolyásolja:
ahol ∆R a távolság két elkülönítendő célpont (R1 és R2, m) között. Tehát az egymáshoz ∆R- nél közelebb található célpontoktól származó visszhangokat nem lehet elkülöníteni (Simmonds & MacLennan, 2005; Sullivan & Rudstam, 2008).
A felbontó képességet a ping kibocsátási gyakorisága (s-1) is befolyásolja, ha túl ritkán bocsátja ki a szonár a hangot, előfordulhat, hogy nem találunk el minden halat vagy nem kellő mennyiségű találattal ahhoz, hogy követhessük az egyes halak áthaladását a sugáron, és így biztosak lehessünk benne, hogy nem ugyanazt a halat detektáljuk többször (ez természetesen a halak és a hajó sebességétől is függ). Azonban, ha túlságosan nagy gyakorisággal bocsájtjuk ki a pingeket és a víz még mindig „cseng” az előző kibocsátott hangtól, akkor a következő ping új energiát ad a vízhez, amely növeli a visszaverődési szintet, amely csökkentheti a kis halak detektálási valószínűségét. A maximális ping gyakoriságot a háttér visszaverődés elhalási ideje szabja meg, amit pedig a kibocsátott energia nagysága, a távolság és a mintavételi hely jellege befolyásol (Balk, 2001).
A halak nagysága és az általuk visszavert echó nagysága között szoros összefüggés van, vagyis a nagyobb halaknak nagyobb az echója, ám a kapcsolat leírása összetett. Egy adott hal echó-amplitúdója a hal sugárban lévő helyzetétől és a sugármintázattól függő sztochasztikus változó, értéktartományát valószínűség-eloszlással lehet leírni. Az eloszlást azonban tovább bonyolítja, ha az echók különféle méretű és fajtájú halaktól származnak.
