Study of baleen whales’ ecology and interaction with maritime traffic activities to support management of a complex socio-ecological system

Thesis written in co-mentorship with Robert Michaud.

Écologie et implications trophiques de la cyanobactérie Lyngbya wollei dans le fleuve Saint-Laurent

Les proliférations nuisibles de la cyanobactérie filamenteuse benthique Lyngbya wollei qui forme des tapis déposés sur les sédiments ont augmenté en fréquence au cours des 30 dernières années dans les rivières, lacs et sources de l'Amérique du Nord. Lyngbya wollei produit des neurotoxines et des composés organiques volatils (géosmin, 2-méthylisobornéol) qui ont des répercussions sur la santé publique de même que des impacts d'ordre socioéconomiques. Cette cyanobactérie est considérée comme un habitat et une source de nourriture de piètre qualité pour les invertébrés en raison de sa gaine robuste et de sa production de toxines. Les proliférations de L. wollei ont été observées pour la première fois en 2005 dans le fleuve Saint-Laurent (SLR; Québec, Canada). Nous avons jugé important de déterminer sa distribution sur un tronçon de 250 km afin d'élaborer des modèles prédictifs de sa présence et biomasse en se basant sur les caractéristiques chimiques et physiques de l'eau. Lyngbya wollei était généralement observé en aval de la confluence de petits tributaires qui irriguent des terres agricoles. L’écoulement d’eaux enrichies à travers la végétation submergée se traduisait par une diminution de la concentration d’azote inorganique dissous (DIN), alors que les concentrations de carbone organique dissous (DOC) et de phosphore total dissous (TDP) demeuraient élevées, produisant un faible rapport DIN :TDP. Selon nos modèles, DOC (effet positif), TP (effet négatif) et DIN :TDP (effet négatif) sont les variables les plus importantes pour expliquer la répartition de cette cyanobactérie. La probabilité que L. wollei soit présent dans le SLR a été prédite avec exactitude dans 72 % à 92 % des cas pour un ensemble de données indépendantes. Nous avons ensuite examiné si les conditions hydrodynamiques, c'est-à-dire le courant généré par les vagues et l'écoulement du fleuve, contrôlent les variations spatiales et temporelles de biomasse de L. wollei dans un grand système fluvial. Nous avons mesuré la biomasse de L. wollei ainsi que les variables chimiques, physiques et météorologiques durant trois ans à 10 sites le long d'un gradient d'exposition au courant et au vent dans un grand (148 km2) lac fluvial du SLR. L'exposition aux vagues et la vitesse du courant contrôlaient les variations de biomasses spatiales et temporelles. La biomasse augmentait de mai à novembre et persistait durant l'hiver. Les variations interannuelles étaient contrôlées par l'écoulement de la rivière (niveau d'eau) avec la crue printanière qui délogeait les tapis de l'année précédente. Les baisses du niveau d'eau et l'augmentation de l'intensité des tempêtes anticipées par les scénarios de changements climatiques pourraient accroître la superficie colonisée par L. wollei de même que son accumulation sur les berges. Par la suite, nous avons évalué l'importance relative de L. wollei par rapport aux macrophytes et aux épiphytes. Nous avons examiné l'influence structurante de l'échelle spatiale sur les variables environnementales et la biomasse de ces producteurs primaires (PP) benthiques. Nous avons testé si leur biomasse reflétait la nature des agrégats d'habitat basées sur l'écogéomorphologie ou plutôt le continuum fluvial. Pour répondre à ces deux questions, nous avons utilisé un design à 3 échelles spatiales dans le SLR: 1) le long d'un tronçon de 250 km, 2) entre les lacs fluviaux localisés dans ce tronçon, 3) à l'intérieur de chaque lac fluvial. Les facteurs environnementaux (conductivité et TP) et la structure spatiale expliquent 59% de la variation de biomasse des trois PP benthiques. Spécifiquement, les variations de biomasses étaient le mieux expliquées par la conductivité (+) pour les macrophytes, par le ratio DIN:TDP (+) et le coefficient d'extinction lumineuse (+) pour les épiphytes et par le DOC (+) et le NH4+ (-) pour L. wollei. La structure spatiale à l'intérieur des lacs fluviaux était la plus importante composante spatiale pour tous les PP benthiques, suggérant que les effets locaux tels que l'enrichissement par les tributaire plutôt que les gradients amont-aval déterminent la biomasse de PP benthiques. Donc, la dynamique des agrégats d'habitat représente un cadre général adéquat pour expliquer les variations spatiales et la grande variété de conditions environnementales supportant des organismes aquatiques dans les grands fleuves. Enfin, nous avons étudié le rôle écologique des tapis de L. wollei dans les écosystèmes aquatiques, en particulier comme source de nourriture et refuge pour l'amphipode Gammarus fasciatus. Nous avons offert aux amphipodes un choix entre des tapis de L. wollei et soit des chlorophytes filamenteuses ou un tapis artificiel de laine acrylique lors d'expériences en laboratoire. Nous avons aussi reconstitué la diète in situ des amphipodes à l'aide du mixing model (d13C et δ15N). Gammarus fasciatus choisissait le substrat offrant le meilleur refuge face à la lumière (Acrylique>Lyngbya=Rhizoclonium>Spirogyra). La présence de saxitoxines, la composition élémentaire des tissus et l'abondance des épiphytes n'ont eu aucun effet sur le choix de substrat. Lyngbya wollei et ses épiphytes constituaient 36 et 24 % de l'alimentation in situ de G. fasciatus alors que les chlorophytes, les macrophytes et les épiphytes associées représentaient une fraction moins importante de son alimentation. Les tapis de cyanobactéries benthiques devraient être considérés comme un bon refuge et une source de nourriture pour les petits invertébrés omnivores tels que les amphipodes.

Les macroinvertébrés benthiques littoraux : bioindicateurs de la qualité écologique des milieux humides en zone urbaine

Les milieux aquatiques en zone urbaine sont reconnus comme des îlots de biodiversité qui offrent de nombreux services écologiques. Dans cette étude, nous avons utilisé les macroinvertébrés comme bioindicateurs de la qualité écologique des étangs, petits lacs et marais de l’Île de Montréal. Les macroinvertébrés ont été récoltés durant l’été 2011 dans la zone littorale de 20 sites variant par leur urbanisation et leurs caractéristiques limnologiques. Nous avons évalué la variation dans la richesse en taxa, les indices de diversité et plusieurs métriques basées sur la composition taxonomique ou les traits fonctionnels. Nous avons déterminé la réponse des métriques aux changements dans l’urbanisation, l’aménagement et les conditions des plans d’eau. Notre étude montre que les étangs, marécages et petits lacs constituent des réserves importantes de biodiversité en zone urbaine. Les marécages naturels et les étangs et lacs permaments avaient une meilleure qualité écologique et supportaient des communautés de macroinvertébrés plus diverses et abondantes que les petits étangs temporaires aménagés. Le couvert de végétation aquatique, l’enrichissement en nutriments et en matière organique ainsi que la biomasse des algues expliquaient le plus de variation dans les macroinvertébrés. Les aménagements, la densité urbaine et la permanence de l’eau avaient aussi une bonne influence. Les métriques univariées avaient moins de potentiel que les métriques multivariées. Nous avons discuté les implications de notre étude pour le suivi environnemental de la biodiversité et la qualité écologique des milieux aquatiques en zone urbaine.

Distribution of Benthic In fauna in the Cochin Backwaters In Relation To Environmental Parameters

The study revealed stress and localized impact of industrial waste on the biota, predominance of stress tolerant species and low diversity in the vicinity of the effluent discharge point. These studies on impact of environmental parameters on the distribution of macrobenthos thus indicate the quantum of endurance warranted by the infauna to tide over the wide range of environmental stress. Low diversity and lower number of benthic fauna near discharge site can be attributed to the stress caused by cumulative toxic effects of effluents. The results of the physico-chemical parameters highlight the effects of pollution. The results of the study indicated the changes due to the large-scale movements of the estuarine water under the influence of tide, monsoon and land runoff coupled with its heterogenous nature owing to the effluent discharge from the industries

Dynamics of Infaunal Benthic Community of the Contenental Shelf of North-Eastern Arabian Sea

In this study dynamics of infaunal benthic community of the continental shelf of north-eastern Arabian sea. The benthic (under water sea) organisms play an important role in the marine food chain. It can be concluded that seasonal differences in the benthic community was observed in lower depths and absent in deeper depths. Increased richness and diversity during pre-monsoon may be related to the increased primary production which inturn influenced by the increased nutrient input due to winter convection. No single ecological factor could be considered as a master factor. In general the area supports moderately high benthic production and diversified community.

STUDIES ON TAXONOMY, DISTRIBUTION, ECOLOGY AND REPRODUCTIVE POTENTIAL OF ROTIFERS FROM SELECTED CENTRES IN COCHIN BACKWATER SYSTEM, KERALA

The studies were conducted in nine stations with varying ecological characteristics along Cochin backwaters and adjoining canals. Many workers opined that the distribution of rotifers is cosmopolitan. The significance of rotifers as first food for early larvae was indicated by Fujita. Aquaculture is a fast growing field in fisheries sector and it is gaining more importance as the fish landings and supply are getting irregular. A consistent supply of fish/shellfish can only be achieved through aquaculture. The success of any culture activity depends on the timely production of seeds of finfishes/shellfishes. The availability of wild seed is seasonal and erratic. So, a dependable source of seed of fishes and shellfishes is possible only through large scale production in hatchery. A successful seed production activity depends on the availability of a variety of suitable live feed organisms in sufficient quantities at the proper time for use in the larval stages. As the live feeds promote high growth rates, easy digestion, assimilation and the quality of not contaminating the culture water when compared to other artificial feeds, make the culture of live feed organisms the principal means of providing food for the larvae of finfishes and shellfishes. Rotifers are considered to be an excellent and indispensable food for larvae of many finfishes and crustaceans. It (1960) was the first to culture Brachionus plicatilis for feeding marine fish larvae, and now it is being extensively used as live feed in hatcheries all over the world. They are a group of microscopic organisms coming under the Phylum Rotifera which comprises of about 2000 species. Their slow swimming habits, ability to tolerate a wide range of salinities, parthenogenetic mode of reproduction and ability to get enriched easily, make rotifers an ideal live feed organism. The major factors such as temperature, salinity and food that influence the reproductive potential and thereby the population size of rotifer, Salinity is one of the most important aspect influencing the reproductive rate of rotifers. The feed type and feed concentration play a vital role in influencing the reproductive rate of rotifers. For culture of rotifers, the commonly used micro algae belong to Chlorella, Nannochloropsis, Isochrysis and Tetraselmis. While some studies have suggested that, algal diet has little effect on reproductive rates in 1979 while using the rotifer, Brachionus plicatilis as feed for the larvae of red sea bream, Pagrus major. It is generally accepted that rotifers play a pivotal role in the successful rearing of marine fish larvae.

Studies on the Benthic Fauna of the Mangrove Swamps of Cochin Area

Division of Marine Biology, Micrbiology and Biochemistry,Cochin University of Science and Technology

Studies on the Effects of Bottom Trawling on the Benthic Fauna off Veraval Coast, Gujarat

Bottom trawling is one among the most destructive human induced physical disturbances inflicted to seabed and its living communities. The bottom trawls are designed to tow along the sea floor, which on its operation indiscriminately smashes everything on their way crushing, killing, burying and exposing to predators the benthic fauna. Bottom trawling causes physical and biological damages that are irreversible, extensive and long lasting. The commercial trawling fleet of India consists of 29,241 small and medium-fishing boats. The northwest coast of India has the largest fishing fleet consisting of 23,618 mechanized vessels, especially the bottom trawlers. However, attempts were not made to study the impact of bottom trawling along Northwest coast of India. The estimated optimum fleet size of Gujarat is 1,473 mechanised trawlers while 7402 commercial trawlers are operated from the coast of Gujarat. Veraval port was designed initially for 1,200 fishing trawlers but 2793 trawlers are being operated from this port making it the largest trawler port of Gujarat. The aim of this study was to investigate the effects of bottom trawling on the substratum and the associated benthic communities of commercial trawling grounds of Veraval coast. The study compared the differences between the samples collected before and after experimental trawling to detect the impacts of bottom trawling. Attempts were made to assess the possible impact of bottom trawling on:(i) the sediment characteristics (ii)the sediment heavy metals (iii) epifauna (iv) macrobenthos and (v) meiobenthos. This study is expected to generate information on trawling impacts of the studied area that will help in better management of the biological diversity and integrity of the benthic fauna off Veraval coast. An exhaustive review on the studies conducted around the world and in India on impact of bottom trawling on the benthic fauna is also detailed.In the present study, the bottom trawling induced variations on sediment organic matter, epifauna, macrobenthos and meiobenthos were evident. It was also observed that the seasonal/ natural variations were more prominent masking the trawling effect on sediment texture and heavy metals. Enforcement of control of excess bottom trawlers and popularization of semi pelagic trawls designed to operate a little distance above the sea bottom for off bottom resources will minimize disturbance on the sea bottom. Training and creating awareness in responsible fishing should be made mandatory requirements, to the coastal communities. They should be made wardens to protect the valuable resources for the benefit of sustainability. To protect the biodiversity and ecosystem health, the imminent need is to survey and make catalogue, identification of sensitive areas or hot spots and to adopt management strategies for the conservation and biodiversity protection of benthic fauna. The present study is a pioneering work carried out along Veraval coast. This thesis will provide a major fillip to the studies on impact of bottom trawling on the benthic fauna along the coast of India.

Linear Low Density Polyethylene-Biodegradability Using Bacteria from Marine Benthic Environment and Photodegradability Using Ultraviolet Light

Various compositions of linear low density polyethylene(LLDPE) containing bio-filler(either starch or dextrin)of various particle sizes were prepared.The mechanical,thermal,FTIR,morphological(SEM),water absorption and melt flow(MFI) studies were carried out.Biodegradability of the compositions were determined using a shake culture flask containing amylase producing bacteria(vibrios),which were isolated from marine benthic environment and by soil burial test. The effect of low quantities of metal oxides and metal stearate as pro-oxidants in LLDPE and in the LLDPE-biofiller compositions was established by exposing the samples to ultraviolet light.The combination of bio-filler and a pro-oxidant improves the degradation of linear low density polyethylene.The maleation of LLDPE improves the compatibility of the c blend components and thepro-oxidants enhance the photodegradability of the compatibilised blends.The responsibility studies on the partially biodegradable LLDPE containing bio-fillers and pro-oxidants suggest that the blends could be repeatedly reprocessed without deterioration in mechanical properties.

Studies on taxonomy and ecology of Mysidacea from the EEZ of India

Members of the order Mysidacea are important component in marine and estuarine plankton inhabiting all regions of the oceans. There are many brackish water species and few species occur in fresh water, some have become adapted to the specialized environments of caves and wells. They are omnivores, responsible for remineralisation of a substantial portion of the detritus in the water column. They form an important link in the food chain (between microbial producers and secondary consumers) and therefore play a major role in the cycling of energy within the aquatic ecosystem. In tropical and subtropical waters, swarms of mysids are exploited commercially and marketed as preserved cooked food. Mysids have been used in fish farming as live feed resource. They are also excellent experimental organism, extremely useful in the studies of potential impact of various pollutants in the aquatic environment. Mysids are also used in wood pulp effluent plants.Considering the significant role of mysids in the productivity of tropical and coastal ecosystems,the present study has been undertaken to extend our knowledge on the systematics, species composition, distribution,abundance and ecology of mysid fauna of the Indian EEZ and adjoining areas. The present study therefore will undoubtedly fumish valuable information on Mysidacea of the Indian waters.