Short-term effects of substrate type on the growth and survival of transplanted eelgrass (Zostera marina) : an experimental case study in Horten harbor

Abstract

Eelgrass (Zostera marina) provides important functions in marine ecosystems as feeding habitat and nurseries for fish and several other species. Degradation of coastal areas caused by human activities threatens these vital ecosystems resulting in loss of biodiversity. In the inner Horten harbour, there is an ongoing remediation project of contaminated sediments where eelgrass has been registered. Remediation methods include dredging and capping, both highly intrusive for the marine environment. It was therefore of interest to investigate the effects of substrate type and transplant methods for the reestablishment of eelgrass in relation to the remediation project. In summer 2020, an experiment was conducted in Horten harbour testing the growth and survival of transplanted eelgrass in substrate types representing a difference in grain size, grain structure and silt/clay content. One sandy sediment type from a natural deposit (Natural substrate), one sediment type made from crushed mineral material (Machine substrate) and one muddy sediment type with a high silt/clay content (Control substrate). Each of the substrates were allocated into two of six 1.2 m x 0.8 m wooden crates (plots) placed near intact eelgrass meadows in about 3 m depth, providing one replicate for each substrate type. Eelgrass was then transplanted by single plants into one half of the crate, while patches were transplanted into the other half. Survival and growth were sampled 5 months after transplantation by measuring number and length of plants, respectively. Growth and survival were compared for the two transplant methods by visual inspection of underwater videos and pictures. Biodiversity (i.e., fish, starfish, and other organisms) associated with each substrate was also registered. In addition, time in air was registered during transplanting to test whether this factor also affects eelgrass growth and survival. The results show better growth in Natural substrate compared to Machine substrate, while no significant difference was found for number of individuals. Although not tested empirically, visual inspection supported better survival and growth for transplanted patches compared to single plants. There was a positive correlation between “time in air” and “growth”, although further research is needed. A higher number of species were observed in plots allocated in Natural substrate compared to Machine substrate which confirms a positive correlation between biodiversity and eelgrass survival and growth. These results provide knowledge about an effective return of biodiversity in the Norwegian coast after similar harbour remediation projects or other activities that damage eelgrass. In future restoration projects with eelgrass, this information can provide guidelines for a cost- and time-effective methodology, as substrate type and transplantation technique clearly influence eelgrass survival and growth.

Ålegress (Zostera marina) bidrar til viktige funksjoner i marine økosystemer som beiteområde og habitat for ungfisk og flere andre arter. Degradering av kystområder forårsaket av menneskelige aktiviteter truer disse vitale økosystemene som resulterer i tap av biologisk mangfold. I Horten indre havn er det et pågående opprydningsprosjekt av forurensede sedimenter der ålegress er registrert. Opprydningsmetoder inkluderer mudring og tildekking, begge svært forstyrrende for det marine miljøet. Det var derfor av interesse å undersøke effekten av substrattype og transplantasjonsmetoder for reetablering av ålegress i sammenheng til oppryddingsprosjektet. Sommeren 2020 ble det utført et eksperiment i Horten havn som testet overlevelse og vekst av transplantert ålegress i tre ulike typer substrater (dvs. Natur, Maskin og Kontroll). Disse substrattypene representerer forskjell i kornstørrelse, kornstruktur og silt/leirinnhold. Et sandig substrat fra en naturlig avsetning (Natursubstrat), et substrat laget av knust mineralmateriale (Maskinsubstrat) og et gjørmete substrat med høyt silt/leirinnhold (Kontroll substrat). Hvert av substratene ble fordelt i to av seks 1,2 m x 0,8 m trekasser plassert nær intakte ålegressenger i omtrent 3 m dybde, som gav en replikant for hvert substrat. Ålegress ble deretter transplantert på to måter, enkeltplanter i den ene halvdelen versus tuer i den andre halvdelen av kassen. Overlevelse og vekst ble undersøkt 5 måneder etter transplantasjon ved å måle antall planter og lengde på planter henholdsvis. Vekst og overlevelse ble sammenlignet for de to transplantasjonsmetodene gjennom visuell inspeksjon av undervannsvideoer og bilder. Biodiversitet (dvs. fisk, sjøstjerne og andre organismer) assosiert med hvert substrat ble også registrert. I tillegg ble tid i luft mellom transplantasjon og når plantene kom i vannet igjen målt for å teste om dette er en faktor som også påvirker ålegress vekst og overlevelse i forbindelse med transplantasjon. Resultatene viser bedre vekst i Natursubstrat sammenlignet med Maskinsubstrat, men varierte ikke for antall individer. Den visuelle inspeksjonen av transplantasjonsmetode viste bedre overlevelse og vekst for transplanterte tuer sammenlignet med enkeltplanter. Tid i luft viste en positiv korrelasjon mellom «tid» og «vekst», men mer forskning er nødvendig her. Flere arter ble observert i kassene med Natursubstrat sammenlignet med Maskinsubstrat noe som bekreftet en positiv sammenheng mellom biologisk mangfold og ålegress overlevelse og vekst. Disse resultatene gir kunnskap om en effektiv tilbakeføring av biologisk mangfold langs norskekysten etter lignende opprydningsprosjekter eller andre aktiviteter som forringer ålegress. I fremtidige restaureringsprosjekter med ålegress kan denne informasjonen gi retningslinjer for en kostnads- og tidseffektiv metodikk, da substrattype og transplantasjonsmetode tydelig påvirker ålegressoverlevelse og vekst.