Resumen de Quantification, ingestion and threat of plastic pollution on marine diversity
- español
Los desechos plásticos en el medio marino son una creciente amenaza global para los ecosistemas marinos. Se ha reconocido ampliamente la cuenca del Mar Mediterráneo como uno de los mares más contaminados por desechos marinos. El presente trabajo en esta tesis doctoral, se centra en un enfoque multidisciplinar para identificar, cuantificar y evaluar el posible riesgo de los desechos marinos, específicamente los plásticos, en los ecosistemas marinos. El primer paso ha sido identificar la distribución espacial de los desechos de la superficie del mar. El siguiente paso fue detectar sus consecuencias directas sobre las especies marinas. Por último, sobre los resultados anteriores, se cuantificó el posible riesgo para la diversidad marina tanto a escala regional como local. En primer lugar, los desechos marinos flotantes recogidos por las embarcaciones de limpieza fueron analizados para determinar patrones de acúmulo espacio-temporal de desechos plásticos (elementos >5 mm) en la superficie del mar de las aguas costeras de las Islas Baleares (Capítulo 2). Así, los desechos marinos de plástico fueron identificados como el elemento más común (54%) y su abundancia aumentó durante los meses de verano. Además, la baja altura de las olas y las condiciones del viento favorecieron la eficacia de la recogida de los desechos marinos. Posteriormente, se realizó una evaluación espacio-temporal sobre la fracción microplástica en regiones costeras determinando la caracterización, la abundancia y el tipo de polímero; en un esfuerzo por identificar y modelizar sus fuentes potenciales (Capítulo 3). Precisamente, los microplásticos (elementos < 5 mm) dominaron la clase de tamaño en este análisis y se identificaron zonas de alta fragmentación costera en la zona sur de la isla de Mallorca. Además, los modelos sobre corrientes marinas utilizados indicaron que la mayor parte de los desechos que circulaban en las zonas cercanas a la costa procedían de las Islas Baleares. A continuación, se evaluó la ingestión de partículas antropogénicas en especies comerciales de peces (anchoa europea y sardina europea) a lo largo de la plataforma continental del Mediterráneo español (Capítulo 4). En general, se halló que un 14-15% de los individuos habían ingerido materiales tanto sintéticos como naturales. Estos materiales ingeridos fueron identificados principalmente como fibras de la industria textil. A fin de profundizar en los resultados anteriores, se recogieron muestras en la capa de máxima agregación de zooplancton al tiempo que se analizó el contenido estomacal de especies filtradoras y selectivas capturadas por embarcaciones de pesca en la misma región (Capítulo 5). En el análisis se encontraron partículas antropogénicas en todas las muestras, siendo el 96% de los elementos encontrados fibras en la capa de máxima agregación de zooplancton. Se observó que las especies filtradoras fueron principalmente consumidoras de fibras, mientras que las especies selectivas y más depredadoras ingieren principalmente fragmentos. En consecuencia a las altas concentraciones de desechos plásticos y sus interacciones con la biota marina observados en los anteriores estudios, el objetivo del siguiente análisis fue cuantificar esta amenaza mediante modelización sobre la diversidad marina de todo el Mar Mediterráneo. A través de la integración en el modelo de los rasgos de la historia de la vida a nivel de especie, se elaboraron mapas de distribución para cada especie (Capítulo 6). En general, los resultados pusieron de relieve que tanto la diversidad marina en las zonas costeras como las especies demersales presentaban un alto riesgo de exposición a los desechos marinos de plástico. Para finalizar y teniendo en cuenta los resultados en el estudio anterior en que las especies costeras corrían un mayor riesgo, se cuantificó la diversidad marina en una zona costera cercana a la costa mediante la exposición, la vulnerabilidad y el riesgo de ingesta utilizando datos empíricos de desechos marinos de plástico combinados con la ecología de cada especie (Capítulo 7). Estos resultados identificaron una amenaza heterogénea de riesgo en todas las Islas Baleares y las especies con niveles tróficos más altos como las que presentaron mayor riesgo. Los resultados de esta tesis ponen de relieve la amenaza actual de la contaminación plástica en los ecosistemas a nivel local y regional dentro del Mar Mediterráneo e identifica las implicaciones actuales que la contaminación plástica tiene en la diversidad marina, especialmente en las regiones costeras, que pueden servir como áreas esenciales para la gestión y conservación de la diversidad marina.
- català
La contaminació plàstica en el medi marí són una amenaça global creixent per als ecosistemes marins. S'ha reconegut àmpliament la conca de la Mar Mediterrània com una de les mars més contaminades per residus marins. El present treball, comprès en aquesta tesi doctoral, se centra en un enfocament multidisciplinari per a identificar, quantificar i avaluar el possible risc dels residus marins, específicament els plàstics, en els ecosistemes marins. El primer pas ha estat identificar la distribució espacial dels residus de la superfície de la mar. El següent pas va ser detectar les seves conseqüències directes sobre les espècies marines. Finalment, sobre els resultats anteriors, es va quantificar el possible risc per a la diversitat marina tant a escala regional com local. En primer lloc, els residus marins flotants recollits per les embarcacions de neteja van ser analitzats per a determinar patrons d'acumulació espacial i temporal de residus plàstics (elements >5 mm) en la superfície de la mar de les aigües costaneres de les Illes Balears (Capítol 2). Així, els residus marines plàstics van ser identificats com l'element més comú (54%) i la seva abundància va augmentar durant els mesos d'estiu. A més, la baixa altura de les ones i les condicions del vent van afavorir l'eficàcia de la recollida dels residus marins. Posteriorment, es va avaluar espacial i temporal la fracció de microplàstics en regions costaneres determinant la caracterització, l'abundància i el tipus de polímer; en un esforç per identificar i modelitzar les seves fonts potencials (Capítol 3). Precisament, els microplàstics (elements < 5 mm) van dominar la classe de grandària en aquesta anàlisi i es van identificar zones d'alta fragmentació costanera en la zona sud de l'illa de Mallorca. A més, els models sobre corrents marines utilitzats van indicar que la major part dels residus que circulaven en les zones pròximes a la costa procedien de les Illes Balears. A continuació, es va avaluar la ingestió de partícules antropogèniques en espècies comercials de peixos (anxova europea i sardina europea) al llarg de la plataforma continental del Mediterrani espanyol (Capítol 4). En general, es va trobar que un 14-15% dels individus havien ingerit materials tant sintètics com naturals. Aquests materials ingerits van ser identificats principalment com a fibres de la indústria tèxtil. A fi d'aprofundir en els resultats anteriors, es van recollir mostres en la capa de màxima agregació de zooplàncton al mateix temps que es va analitzar el contingut estomacal d'espècies filtradores i selectives capturades per embarcacions de pesca en la mateixa regió (Capítol 5). En l'anàlisi es van trobar partícules antropogèniques en totes les mostres, sent el 96% dels elements trobats fibres en la capa de màxima agregació de zooplàncton. Admès, es va observar que les espècies filtradores van ser principalment consumidores de fibres, mentre que per contra les espècies selectives i més depredadores ingereixen principalment fragments. En conseqüència a les altes concentracions de residus plàstics i les seves interaccions amb la biota marina observada en els anteriors estudis, l'objectiu de la següent anàlisi va ser quantificar aquesta amenaça mitjançant modelització sobre la diversitat marina de tota la Mar Mediterrània. A través de la integració en el model dels trets de la història de la vida a escala d'espècie, es van elaborar mapes de distribució per a cada espècie (Capítol 6). En general, els resultats van posar en relleu que tant la diversitat marina en les zones costaneres com les espècies demersals presentaven un alt risc d'exposició als residus marins de plàstic. Per a finalitzar i tenint en compte els resultats en l'estudi anterior en què les espècies costaneres corrien un major risc, es va quantificar la diversitat marina en una zona costanera pròxima a la costa mitjançant l'exposició, la vulnerabilitat i el risc d'ingesta utilitzant dades empíriques de residus marins de plàstic combinades amb les dades ecològiques de cada espècie (Capítol 7). Aquests resultats van identificar una amenaça heterogènia de risc en totes les Illes Balears i les espècies amb nivells tròfics més alts van presentar major risc. Els resultats d'aquesta tesi posen en relleu l'amenaça actual de la contaminació plàstica en els ecosistemes a escala local i regional dins de la Mar Mediterrània i identifica les implicacions actuals que la contaminació plàstica té en la diversitat marina, especialment a les regions costaneres, que poden servir com a àrees essencials per a la gestió i conservació de la diversitat marina.
- English
Plastic debris in the marine environment is an increasing global threat to marine ecosystems. The Mediterranean Sea basin has been widely recognized as one of the most polluted seas with marine litter. The present work encompassed within this doctoral thesis focuses on a multi-disciplinary approach to identifying, quantifying and evaluating the potential risk of marine debris, specifically plastic, on marine ecosystems. The first step was to identify the spatial distribution of sea-surface debris. The next step was to detect its direct implications with marine species. Finally, building on these previous results, the potential risk on marine diversity was quantified at both a regional and local scale. Floating marine debris collected by sea-cleaning boats was analysed to determine the spatio-temporal patterns of plastic debris (items >5 mm) on the sea surface in the Balearic Islands' coastal waters (Chapter 2). Plastic marine debris was the most common item (54%) with abundance increasing with summer months. Additionally, low wave height and wind conditions favoured the effectiveness of marine debris removal. The spatio-temporal micro-plastic fraction was assessed in the coastal regions to determine the characterization, abundance, and polymer type; in an effort to identify and model their potential sources (Chapter 3). Therefore, micro-plastics (items < 5 mm) dominated the size class and hotspot areas with high coastal fragmentation was found in the southern area of the island of Mallorca. Furthermore, backtracking current models indicated the majority of debris circulating in the nearshore areas originated from the Balearic Islands. The ingestion of anthropogenic particles in commercial fish species (the European anchovy and the European sardine) was assessed along the Spanish Mediterranean continental shelf (Chapter 4). Overall, a 14-15% ingestion occurrence was found with items of both synthetic and natural materials, primarily fibres from the textile industry. Net tows were collected in the maximum zooplankton aggregation layer and the stomach content analyses of selective and filter feeding fish from fishing hauls in the same region were analysed (Chapter 5). Anthropogenic particles were found in all net tows and 96% of the items were fibres. Filter feeding fish mainly ingested fibres while the selective and more predatory species ingested primarily fragments. Seeing the high concentrations of plastic debris and its interactions with marine biota, the following study quantified this threat across marine diversity the entire Mediterranean Sea through a modelling approach. By integrating species-level life-history traits into the model, distribution maps were developed for each species (Chapter 6). Overall, results highlighted marine diversity in coastal areas and demersal species were at high risk of exposure to plastic marine debris. Considering coastal species were at the highest risk in the previous study, marine diversity within a nearshore coastal area was quantified through exposure, vulnerability, and hazard using empirical data of plastic marine debris combined with each species' ecological traits (Chapter 7). The results identified the heterogeneous threat of ingestion throughout the Balearic Islands and species with higher trophic levels are more at risk. The outcomes from this thesis highlights the current threat of plastic pollution on ecosystems locally and regionally within the Mediterranean Sea to identify the current implications plastic pollution has on marine diversity, especially in coastal regions, which can serve as essential areas for management and conservation of marine diversity.
