Ảnh hưởng lắng đọng trầm tích lên hàu gần cỏ biển tại Newport Bay - Victoria Wood

Khám phá luận văn về dự án Ca14 living shorelines tại khu vực thượng vịnh Newport Bay. Nghiên cứu chi tiết về phương pháp và kết quả bảo tồn sinh thái.

• Tác giả: Victoria Wood
• Người hướng dẫn: Dr. Danielle Zacherl
• Trường học: California State University, Fullerton
• Chuyên ngành: Sinh học
• Đề tài: Ảnh hưởng lắng đọng trầm tích lên hàu gần cỏ biển Newport Bay
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Fullerton

Tóm tắt

I. Tổng quan về ảnh hưởng lắng đọng trầm tích lên hàu gần cỏ biển Newport Bay

Nghiên cứu tại Newport Bay, California đã chỉ ra mối quan hệ phức tạp giữa lắng đọng trầm tích và hàu Ostrea lurida khi trồng gần thảm cỏ biển Zostera marina. Trong vòng sáu tháng đầu sau khi khôi phục, các bãi hàu được trồng riêng lẻ tích tụ nhiều bùn đất hơn trên vỏ so với bãi hàu kết hợp với cỏ biển. Điều này cho thấy cỏ biển có khả năng lọc trầm tích từ cột nước, giảm tải lượng trầm tích đến bãi hàu lân cận. Tuy nhiên, hiệu ứng lọc này không kéo dài ở tất cả các vị trí nghiên cứu. Sau một năm, chỉ một trong ba địa điểm duy trì được sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về trầm tích trên vỏ hàu. Hàu trưởng thành có kích thước lớn hơn khi có nhiều trầm tích bám trên vỏ, nhưng mật độ hàu lại không tăng khi trồng cạnh cỏ biển. Những phát hiện này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xem xét vị trí cụ thể và thời gian khi lập kế hoạch khôi phục hệ sinh thái hàu-cỏ biển.

1.1. Vai trò sinh thái của hàu Ostrea lurida và cỏ biển Zostera marina

Hàu Ostrea lurida và cỏ biển Zostera marina là hai loài bản địa quan trọng tại vùng biển phía Tây Hoa Kỳ. Cả hai loài đều cung cấp các dịch vụ hệ sinh thái thiết yếu bao gồm tạo môi trường sống ba chiều phức tạp, nơi trú ẩn cho nhiều loài sinh vật và chống xói mòn bờ biển. Hàu lọc nước, cải thiện chất lượng môi trường sống thủy sinh. Cỏ biển ổn định trầm tích và cung cấp thức ăn cho nhiều loài. Sự suy giảm của cả hai loài trong hai thế kỷ qua đã đặt ra nhu cầu cấp bách về các chiến lược khôi phục hiệu quả nhằm bảo tồn đa dạng sinh học ven biển.

1.2. Sáng kiến Living Shorelines và mục tiêu nghiên cứu

Sáng kiến Living Shorelines nhằm khôi phục các hệ sinh thái tự nhiên đồng thời thúc đẩy khả năng phục hồi của đường bờ biển. Nghiên cứu tại Newport Bay được thực hiện từ tháng 6 năm 2016 đến tháng 4 năm 2017 với bốn nghiệm thức: thảm cỏ biển, bãi hàu, bãi hàu kết hợp cỏ biển và nhóm kiểm soát tại mỗi vị trí. Mục tiêu chính là đánh giá liệu sự hiện diện của cỏ biển có ảnh hưởng đến phản ứng của hàu thông qua cơ chế lắng đọng trầm tích do cỏ biển gây ra. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho các quyết định khôi phục hệ sinh thái ven biển.

II. Phân tích cơ chế lọc trầm tích của cỏ biển và phản ứng của hàu

Thảm cỏ biển đóng vai trò như bộ lọc sinh học tự nhiên, giảm vận tốc dòng nước và cho phép các hạt trầm tích lắng đọng trong vùng có hệ thực vật. Cơ chế này đã được ghi nhận qua nhiều nghiên cứu trước đó và tiếp tục được xác minh trong nghiên cứu tại Newport Bay. Tuy nhiên, sự thay đổi theo thời gian và vị trí cho thấy các yếu tố như dòng chảy, độ sâu nước và đặc điểm trầm tích địa phương ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả lọc của cỏ biển. Hàu Ostrea lurida được coi là loài có độ nhạy cảm cao nhất với lắng đọng trầm tích trong số các loài hàu bản địa. Trầm tích quá mức có thể gây tắc nghẽn mang hàu, cản trở hô hấp và kiếm ăn, dẫn đến giảm mật độ và tăng tỷ lệ chết. Do đó, hiểu biết về tương tác giữa trầm tích, cỏ biển và hàu là yếu tố then chốt để tối ưu hóa các chiến lược khôi phục hệ sinh thái ven biển.

2.1. Ảnh hưởng của trầm tích đến sinh lý và sự sống của hàu

Khi trầm tích tăng trong bãi hàu, chúng có thể bao phủ và làm ngạt thở các cá thể. Hàu gặp khó khăn trong việc lấy oxy và thức ăn khi mang bị tắc nghẽn bởi bùn đất. Ấu trùng hàu đặc biệt nhạy cảm với trầm tích lơ lửng và khó có thể định cư trên nền đáy mềm. Nghiên cứu cho thấy sau sáu tháng, hàu trồng riêng có nhiều bùn trên vỏ hơn so với hàu trồng cạnh cỏ biển. Tuy nhiên, kích thước hàu lại tăng theo lượng trầm tích bám trên vỏ, gợi ý mối quan hệ phức tạp giữa trầm tích và sự phát triển của hàu.

2.2. Sự biến động hiệu ứng lọc trầm tích theo thời gian và vị trí

Hiệu ứng lọc trầm tích của cỏ biển không đồng nhất giữa các vị trí nghiên cứu và thời điểm quan sát. Sau một năm, chỉ một trong ba địa điểm duy trì được sự khác biệt đáng kể về trầm tích trên vỏ hàu giữa nghiệm thức hàu đơn và hàu kết hợp cỏ biển. Không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về lắng đọng trầm tích bờ giữa các nghiệm thức. Dữ liệu cho thấy mật độ hàu trưởng thành không bị ảnh hưởng tích cực bởi sự hiện diện của cỏ biển, thậm chí một số vị trí hàu trồng riêng có mật độ cao hơn.

III. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng trầm tích lên hàu và cỏ biển

Khôi phục hệ sinh thái hàu và cỏ biển đòi hỏi phương pháp tiếp cận dựa trên bằng chứng khoa học. Nghiên cứu tại Newport Bay sử dụng thiết kế bốn nghiệm thức tại mỗi vị trí: thảm cỏ biển, bãi hàu, bãi hàu kết hợp cỏ biển và nhóm kiểm soát. Các phép đo bao gồm kích thước hạt trầm tích, lượng trầm tích lắng đọng trên vỏ hàu, lắng đọng bờ, mật độ phiến lá cỏ biển, sự định cư của hàu, mật độ hàu trưởng thành và kích thước hàu. Kết quả cho thấy hàu trồng riêng lẻ có nhiều trầm tích bùn hơn trên vỏ so với hàu trồng cạnh cỏ biển sau sáu tháng, mặc dù hiệu ứng này không đồng nhất ở tất cả các vị trí sau một năm. Kích thước hàu tăng theo lượng trầm tích trên vỏ, nhưng mật độ hàu trưởng thành không bị ảnh hưởng tích cực bởi sự hiện diện của cỏ biển.

3.1. Thiết kế nghiệm thức và công cụ đo lường trầm tích

Thiết kế nghiên cứu bao gồm bốn nghiệm thức được thiết lập tại mỗi vị trí trong số bốn địa điểm tại Newport Bay. Công cụ đo lường bao gồm lõi bùn để phân tích kích thước hạt trầm tích, kỹ thuật điểm tiếp xúc để đo lượng trầm tích bám trên vỏ hàu và cọc trầm tích để theo dõi lắng đọng bờ. Các phép đo được thực hiện vào nhiều thời điểm khác nhau trong giai đoạn nghiên cứu từ tháng 6 năm 2016 đến tháng 4 năm 2017. Phương pháp này cho phép so sánh trực tiếp hiệu quả của các chiến lược khôi phục khác nhau.

3.2. Đánh giá phản ứng của hàu và cỏ biển sau khôi phục

Phản ứng của hàu được đánh giá thông qua bốn chỉ số chính: sự định cư của hàu trên bãi, mật độ hàu trưởng thành, kích thước hàu và lượng trầm tích bám trên vỏ. Cỏ biển được đánh giá bằng mật độ phiến lá trong các nghiệm thức tương ứng. Dữ liệu được thu thập từ nhiều thời điểm để theo dõi sự thay đổi theo mùa và thời gian. Phân tích thống kê bao gồm ANOVA hai chiều và kiểm tra hậu kỳ Tukey HSD để xác định sự khác biệt có ý nghĩa giữa các nghiệm thức và vị trí.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn cho khôi phục hệ sinh thái ven biển

Kết luận từ nghiên cứu tại Newport Bay cho thấy mối quan hệ phức tạp giữa lắng đọng trầm tích và hàu Ostrea lurida. Cỏ biển Zostera marina có khả năng lọc trầm tích từ cột nước, giảm tải lượng trầm tích đến bãi hàu lân cận, nhưng hiệu ứng này thay đổi theo thời gian và vị trí. Sau một năm, chỉ một trong ba địa điểm duy trì được sự khác biệt có ý nghĩa. Hàu trưởng thành có kích thước lớn hơn khi có nhiều trầm tích bám trên vỏ, nhưng mật độ hàu không tăng khi trồng cạnh cỏ biển. Các chiến lược khôi phục nên được thiết kế phù hợp với điều kiện địa phương, xem xét các yếu tố như dòng chảy, độ sâu và đặc điểm trầm tích. Việc bảo tồn và khôi phục hệ sinh thái hàu-cỏ biển đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì đa dạng sinh học và bảo vệ bờ biển.

4.1. Ý nghĩa đối với đa dạng sinh học và bảo tồn hệ sinh thái

Sự tương tác giữa hàu và cỏ biển có ý nghĩa quan trọng đối với đa dạng sinh học ven biển. Cả hai loài đều tạo ra môi trường sống phức tạp cho nhiều loài sinh vật khác. Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc khôi phục kết hợp hai loài này, đồng thời cảnh báo về những thách thức tiềm ẩn từ lắng đọng trầm tích. Việc bảo tồn các hệ sinh thái tự nhiên này không chỉ giúp duy trì đa dạng sinh học mà còn tăng cường khả năng chống chịu của bờ biển trước biến đổi khí hậu và xói mòn.

4.2. Hướng dẫn cho thực hành khôi phục trong tương lai

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các nhà quản lý nên xem xét điều kiện địa phương cụ thể khi lập kế hoạch khôi phục hệ sinh thái hàu-cỏ biển. Cần đánh giá kỹ đặc điểm trầm tích, dòng chảy và độ sâu tại từng vị trí. Việc theo dõi dài hạn là cần thiết để đánh giá hiệu quả của các biện pháp khôi phục. Các nghiên cứu tương lai nên mở rộng phạm vi điều tra để hiểu rõ hơn về tương tác giữa hàu và cỏ biển trong các điều kiện môi trường khác nhau, từ đó tối ưu hóa chiến lược khôi phục.

Trích đoạn nội dung tài liệu

THE EFFECT OF SEDIMENTATION ON OYSTERS (OSTREA LURIDA) ADJACENT TO EELGRASS BEDS (ZOSTERA MARINA) _______________________________ A Thesis Presented to the Faculty of California State University, Fullerton _______________________________ In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree Master of Science in Biology _______________________________ By Victoria Wood Thesis Committee Approval: Dr. Danielle Zacherl, Department of Biological Science, Chair Dr. Paul Stapp, Department of Biological Science Dr. Joseph Carlin, Department of Geological Sciences Fall 2018 ABSTRACT Oyster and eelgrass beds both provide ecosystem services that may include providing complex three-dimensional habitats, refuge from predation, and shoreline resiliency by buffering erosion.

California’s native oyster, Ostrea lurida, and native eelgrass, Zostera marina, have declined over the past two centuries on the west coast of the United States. As part of a Living Shorelines initiative to restore these important habitats while promoting shoreline resiliency, I restored oysters and eelgrass alone and adjacent to one another. Specifically, I aimed to assess if the oyster response is affected by eelgrass due to eelgrass-induced sediment deposition. From June 2016— April 2017, four treatments were established with restored eelgrass, oyster, oyster/eelgrass, and control plots at each of four locations in Newport Bay, California.

Sediment characteristics such as grain size, sediment deposition onto oyster shell, and upshore sedimentation were measured using mud cores, point-contact techniques, and sediment pins. Eelgrass and oyster responses were measured by assessing eelgrass blade density, oyster settlement, adult oyster density, and adult oyster size. After one year, both the Oyster and Oyster/Eelgrass treatments tended to have more upshore silt and clay sediments than Eelgrass and Control treatments. Similarly, six months after oyster bed construction, mud deposition on shell was higher on oyster beds restored alone than on beds restored adjacent to eelgrass, suggesting that eelgrass may filter sediments from the water column, reducing the sediment load delivered to adjacent ii oyster beds.

However, after one year this “filtering effect” remained at only one of the sites, and there was no significant difference in sedimentation upshore of treatment plots. In the reproductive season following restoration, cumulative settlement onto oyster beds was not affected by the presence of eelgrass. After one year, adult oyster density was either unaffected by the presence of eelgrass or was greater where oysters were restored alone than adjacent to eelgrass. Consistent with previous studies, oyster length increased with mud deposition on shell.

Collectively, my results suggest some sediment filtering by eelgrass beds, with varying effects on adjacent oysters across time and among sites. Conclusions about whether to restore oysters alone versus adjacent to eelgrass meadows may be premature given the temporal and spatial context dependency observed within the first year after restoration, warranting continued and future investigation into these processes. Ultimately my findings may direct future restoration initiatives involving oysters and eelgrass. iii TABLE OF CONTENTS ABSTRACT.

ii LIST OF TABLES. vi LIST OF FIGURES. 1 Purpose and Hypothesis. 8 Study Site and Experimental Set-up.

10 Sedimentation and Grain Size. 10 Percent Mud Coverage and Mud Deposition on Shell. 12 Oyster Settlement and Recruitment. 14 Synthesis of Data Collection.

14 Post-hoc Analyses. 20 Percent Mud Coverage. 22 Mud Deposition on Shell. Mud Deposition on Hard Substrata.

48 Filtering Effect of Eelgrass. 49 Impacts to Oyster Communities. 51 Living Shorelines Implications. 59 v LIST OF TABLES Table Page 1.

Two-way ANOVA test statistics for effects of site, treatment, and their interactions on eelgrass density four months after oyster bed construction, August 2017, in Newport Bay, CA. Two-way ANOVA test statistics for effects of site, treatment, and their interactions on eelgrass density four months after oyster bed construction, August 2017, in Newport Bay, CA. Two-way ANOVA test statistics for effects of site, treatment, and their interactions on eelgrass density twelve months after oyster bed construction in Newport Bay, CA, in May 2018. Two-way ANOVA test statistics for effects of site, and treatment on upshore sedimentation measured with sediment pins twelve months after oyster bed construction in Newport Bay, CA, in May 2018.

Two-way ANOVA test statistics for effects of site, treatment and their interaction on percent mud coverage in January 2017, during pre-oyster bed construction in Newport Bay, CA. Two-way ANOVA test statistics for effects of site, treatment and their interaction on percent mud coverage in November 2017, six months post-oyster bed construction in Newport Bay, CA. Two-way ANOVA test statistics for effects of site, treatment and their interaction on percent mud coverage in May 2018, twelve months post-oyster bed construction in Newport Bay, CA. Two-way ANOVA test statistics for effects of site, treatment and their interactions on average millimeter of mud measurements taken on oyster shell six months after oyster bed construction in Newport Bay, CA, in November 2017.

Two-way ANOVA test statistics for effects of site, treatment and their interactions on sediment deposition onto oyster shells twelve months after oyster bed construction in Newport Bay, CA, in May 2018 28 vi 10. Two-way ANOVA test statistics for effects of site, and treatment on change in percent clay concentration from pre-restoration to twelve months after oyster bed construction in Newport Bay, CA. Two-way ANOVA test statistics for effects of site, and treatment on change in percent silt concentration from pre-restoration to twelve months after oyster bed construction in Newport Bay, CA. Two-way ANOVA test statistics for effects of site, and treatment on change in percent sand concentration from pre-restoration to twelve months after oyster bed construction in Newport Bay, CA.

Two-way ANOVA test statistics for effects of site, and treatment on cumulative oyster settlement in 2016 pre-oyster bed construction in Newport Bay, CA. Two-way ANOVA test statistics for effects of site, and treatment on cumulative oyster settlement in 2017 post-oyster bed construction in Newport Bay, CA. Two-way ANOVA test statistics for effects of site, and treatment on oyster recruitment in 2016 pre-oyster bed construction in Newport Bay, CA. Two-way ANOVA test statistics for effects of site, and treatment on oyster recruitment in 2017 post-oyster bed construction in Newport Bay, CA.

Two-way ANOVA test statistics for effects of site, treatment, and their interaction on adult oyster density in May 2018, one year post-oyster bed construction in Newport Bay, CA. Two-way ANOVA test statistics for effects of site, treatment, and their interaction on oyster length size (mm) in May 2018, one year post-oyster bed construction in Newport Bay, CA. 45 vii LIST OF FIGURES Figure Page 1. The four locations (PCH, Westcliff, Deanza, and Shellmaker) in Upper Newport Bay, CA that each contain oyster and eelgrass beds restored together and in isolation as well as an un-manipulated control plot.

The restoration treatment layout at each of four sites in Newport Bay, CA followed this general schematic (not drawn to scale). Eelgrass density per treatment per site (n=24 quadrats per treatment) in August 2017. Eelgrass density per treatment per site (n=24 quadrats per treatment) in May 2018. Total sedimentation (cm) per treatment across sites (n=3) in May 2018 after twelve months of experimental data collection.

Total sedimentation (cm) per treatment across treatments (n=4) in May 2018 after twelve months of experimental data collection. Percent mud coverage per treatment per site (n=3) in January 2017, during pre-oyster bed conclusion. Percent mud coverage per treatment per site (n=3) in November 2017, six months post-oyster bed construction. Percent mud coverage per treatment per site (n=3) in May 2018, twelve months post-oyster bed construction.

Percent mud coverage in April 2017 (during oyster bed construction), November 2017 (six months after oyster bed construction), and May 2018 (one year after oyster bed construction) at oyster and oyster/eelgrass treatments. Mud deposition (mm) onto hard substrata on oyster bed treatments in November 2017, six months after oyster bed construction. Mud deposition (mm) on hard substrata per treatment per site in May 2018, twelve months after oyster bed construction. Change in percent clay concentration per site (n=4) from pre-survey conditions to post-oyster bed construction twelve months.

Change in percent silt concentration per site (n=4) from pre-restoration to post-oyster bed construction twelve months. Change in percent sand concentration per site (n=4) from pre-restoration to post-oyster bed construction twelve months. Grain size per treatment (n=3) pre-restoration, six months after oyster bed construction, and twelve months after oyster bed construction in Newport Bay, CA. Non-metric multidimensional scaling of grain size characteristics (sand, silt, and clay) per treatment per site in March 2017, pre-restoration in Newport Bay, CA.

Non-metric multidimensional scaling of grain size characteristics (sand, silt, and clay) per treatment per site in May 2018, one year post-oyster bed construction in Newport Bay, CA. Mean Ostrea lurida cumulative settlement per tile per treatment in 2016. Total cumulative settlement of Ostrea lurida per site in 2016 37 21. Total cumulative settlement of Ostrea lurida per treatment in 2017.

Total cumulative settlement of Ostrea lurida per site in 2017 38 23. Daily settlement of Ostrea lurida (oysters/m2/day) from April 2016-December 2016 by treatment in Newport Bay, CA. Daily settlement of Ostrea lurida (oysters/m2/day) from January 2017-December 2017 by treatment in Newport Bay. Recruitment of Ostrea lurida per tile per treatment in 2016, pre-oyster bed construction.

Recruitment of Ostrea lurida per tile per site in 2016, pre-oyster bed construction. Total recruitment of Ostrea lurida per tile per treatment in 2017, post-oyster bed construction. Total recruitment of Ostrea lurida per tile per site in 2017, post-oyster bed construction. Ostrea lurida (per m2) per site and treatment (n=10) in May 2018, twelve months post-oyster bed construction.

Length of Ostrea lurida (mm) per treatment in May 2018, one year post-oyster bed construction. Length of Ostrea lurida (mm) per site in May 2018, one year post-oyster bed construction. Relationship between average mud deposition onto hard substrata on oyster beds and average Ostrea lurida length on each bed in May 2018, twelve months post-oyster bed construction in Upper Newport Bay, CA. Regression of Ostrea lurida adult density by eelgrass density in May 2018, twelve months post-oyster bed construction.

47 x ACKNOWLEDGMENTS This thesis is dedicated to all those who actively attempt to make positive change in a sometimes discouraging world. I am inspired by those who, “never doubt that a small group of thoughtful, committed citizens can change the world; indeed it’s the only thing that ever has” (Margaret Mead). First, I would like to thank my advisor and mentor, Dr. Danielle Zacherl, for her guidance, insight, and unwavering support.

This thesis would not have been possible without her help, as well as the help of others on my committee, Dr. Joseph Carlin, and Dr. Field and laboratory work was made possible with aid from Erica Jiang, William Wang, Juliann Vannordstrand, Marissa Wu, Althea Marks, Ryan Kabala, Ariana Sanchez, Rick Torres, Chelsea Bowers, Bryce Perog, Carmen Lopez, Eric Stucker, Mayra Rodrigues, and anyone else in the Zacherl lab who may have helped at any point of this project. I am also incredibly grateful for volunteers from the local community, the CSUF students from other labs or courses, and interns from Orange County Coastkeeper for their participation.

Lastly, I would like to thank my family, friends, and my boyfriend, Erick Valdez, for their limitless love and support. Financial support was provided by The California Coastal Conservancy, The Honda Marine Science Foundation, The Dr. Bright Environmental Scholarship Committee, Associated Students Inc., and the Department of Biological Sciences, CSUF. xi 1 CHAPTER 1 INTRODUCTION Climate change (Schlacher et al., 2008), rising sea levels (Aagaard and Sorensen, 2011), and habitat degradation (Gittman et al., 2016) have motivated interest in how to protect our shorelines in the face of an uncertain future.

Shoreline protection has been a concern for hundreds of years in the United States, even pre-dating concerns about climate change, with concrete seawall construction dating back to 1784 in Boston Harbor, Massachusetts.