fr_05_1982.pdf (764.6Kb)

Avoidance from petroleum hydrocaxboss by the cod (Gadus morhua)

&Unnvikelse fra oljehydrokarboner r'

hos torsk (Gadus m o r h u a o

BJØRN BØHLH

Statens Biologiske Stasjon F l @ d e v i g e n

W-4800 ARENDAL

FLØDEVIGEN Rapportserie Nr. 5, 1982

l ISSN 0 3 3 3 - 2 5 9 4

FORORD

Dette arbeidet er presentert på Det internasjonale havforskningsråds å r s m ~ t e i KØbenhavn i oktober 1982 (ICES Report C.M. 1982/E:56).

Arbeidet er derfor skrevet på engelsk, men er her forsynt med et norsk sammendrag og norske tabell- og figurtekster.

SAMMENDRAG

I 1 forbindelse med oljeutslipp på sjØen, er det ennå ikke observert akutt eller katastrofal dØdelighet på voksne fisk. For å kunne frem- bringe akutte effekter på fisk i laboratorieeksperimenter, har det vart nØdvendig å utsette fisk for langt hØyere konsentrasjoner av olje enn det som har vært registrert ved oljeutslipp i sjØen. Mindre kjent er virkninger av realistiske konsentrasjoner (0-500 pg/l) over lengre tid og som kunne tenkes å forandre £.eks. fisks overlevelses- og formeringsevne.

For fiskeriene er det viktig om fisken er tilgjengelig. Forandringer i forekomst og vandringsnØnster kan være meget avgjØrende for fisk- barheten av en art eller bestand. Denne undesØkelsen tok sikte på å undersØke hvorvidt torsk (20-40 cm) ville unnvike og svØmme vekk fra vann inneholdende oljehydrokarboner og bestemme terskelverdi for konsentrasjoner som ville gi slike reaksjoner.

Til

forsØkene ble det benyttet to akvarier, ett to-kammer og ett tre-kammer akvarium (Fig. 1). Fisken kunne svØmme fritt mellom de ulike kammer og svØmmeaktivitet og hvor fisken oppholdt seg, ble registrert kontinuerlig. SjØvann med olje-hydrokarboner ble pre- parert i en kolonne (Fig. 2 ) hvor det rant dråpevis gjennom den i lettere fyringsolje og opptok noe av denne. SjØvann med olje ble

l dirigert til ett av kamrene i akvariene og kunne forandres. Også

I

! konsentrasjonen av olje til akvariet kunne reguleres. Ved å samrnen-

i holde konsentrasjon av olje-hydrokarboner, ble fiskens reaksjoner

I karakterisert enten som tiltrekning ("attraction"), likegyldighet

l

I ("indifference") eller unnvikelse ("avoidance").

1 I

I Noen av resultatene kan bare forklares ved at fisken har vært

l

I stresset eller skremt. Av resultatene (Tabell 1 og 2) konkluderes

1

med at fisken i noen tilfelle syntes å bli tiltrukket av sjØvann

! l

med oljehydrokarboner. Likegyldig reaksjon ble oftest notert når fisken ble utsatt for konsentrasjoner mindre enn 50 pg/l.

^p

Unn- vikelsesreaksjon ble notert ved konsentrasjoner fra 50 pg/1 og hØyere. I svært mange av

eksperiment-situasjonene.unnvek

fisken

UndersØkelsen viser at torsk i store trekk har en tydelig tendens til

å

unnvike olje-hydrokarboner, på basis av lett fyringsolje ved konsentrasjoner ned til 50-100 pg/l. Det er usikkert i hvilken grad dette forhold kan overfares til sjØen. På den ene side kan det tenk- es at fiskens luktesans og reaksjonsevne er mer £Ølsom i dens natur- lige miljØ. På den annen side vil adferdsforstyrrelse tenkes

3

ville bli hemmet til fordel for sterke naturinnstinkter som £.eks.

matsØk og forplantningsaktivitet.

ABSTRACT

In laboratory experiments cod was presented a choice situation

between different concentrations of petroleum hydrocarbons, appear- ing as "water soluble fraction" and emulsified droplets derived from Fuel Oil No.

2.

In most experiments, the fishes seemed to avoid water containing hydrocarbons, though some fishes for peri- ods was indifferent also to considerable contaminated water. The over all results indicates that a majority of the fishes avoided water containing total hydrocarbons down to 50-100 yg/l sea water.

At still lower concentrations, the behavioural respons most often seemed indifferent.

INTRODUCTION

The understanding of impacts of oil to fisheries is still deficient.

Despite close observations in the sea and experimentation in labo- ratories for decades, until now very few acute etfects from reali- stic concentrations (0-500 pg/l) on mature fish in the sea has been observed. More obscure to mature fish is sublethal effects.

These may be very difficult to observe directly and it is necessary to find extra sensitive parameters to demonstrate any sublethal effects. OLLA and

SAMET

(1974) and OLLA - - et al. (1980) have stressed the possibility of using behaviour of fish in studying effects

from petroleum.

What i s i m p o r t a n t t o f i s h e r i e s , i s n o t o n l y w h e t h e r t h e f i s h e s

d i e s o r n o t , b u t a l s o m i g r a t i o n and p r e s e n c e o f f i s h which i n f l u e n c e t h e c a t c h a b i l i t y , The p r e s e n t e x p e r i m e n t s i n t e n d s t o s t u d y w h e t h e r cod showed b e h a v i o u r a l r e s p o n s , i . e . a v o i d e d p e t r o l e u m h y d r o c a r b o n s and t o d e t e r m i n e c o n c e n t r a t i o n t h r e s h o l d s f o r s u c h r e s p o n s e s .

METHODS

Two t y p e s o f e x p e r i m e n t a l a q u a r i a were u s e d . Between t h e compart- ments was s m a l l o p e n i n g s t h r o u g h which t h e e x p e r i m e n t a l f i s h

(20-40 cm l e n g t h ) c o u l d move f r e e l y . I n t h e s e x a n g u l a r aquarium

l ( F i g . 1) t h e f i s h a c t i v i t y i n s i d e t h e t h r e e compartments were c o n t i n o u s l y r e c o r d e d by means of p h o t o e l e c t r i c equipment. I n t h e

i

1

r e c k a n g u l a r aquarium, f i s h movements were r e c o r d e d by means o f

I

i

u l t r a s o u n d .

B e f o r e an e x p e r i m e n t was s t a r t e d , t h e f i s h was a c c l i m a t e d t o t h e a q u a r i a , t o e x h i b i t a n u n s t r e s s e d b e h a v i o u r and i d e a l l y t o s h a r e t h e i r a c t i v i t y e q u a l l y between t h e d i f f e r e n t compartments.

Sea w a t e r w i t h h y d r o c a r b o n s was p r e p a r e d i n a n " o i l column" ( F i g 2 ) where c l e a n w a t e r sank by g r a v i t y down t h r o u g h t h e F u e l O i l No. 2 . The o i l e d s e a w a t e r was t h e n mixed w i t h c l e a n w a t e r and t h i s mix- t u r e was d i r e c t e d t o o n e of t h e compartments. Due t o t h e open c o n n e c t i o n s between, come o f t h e o i l e d w a t e r a l s o i n t r u d e d t h e

1

o t h e r compartment (-s)

.

Water samples t a k e n i n t h e a q u a r i a were e x t r a c t e d w i t h d i c h l o r o - methane, a n a l y z e d on GC e q u i p p e d w i t h FID and column 1/4" x 9 £t.

packed w i t h SP 2100. The oven t e m p e r a t u r e was programrned a t 8OC/min t o 290°C. Accuracy o f e s t i m a t e s o f t o t a l h y d r o c a r b o n s was i n t h e o r d e r o f magnitude 2 2 0 % . C o n t e n t of t o t a i h y d r o c a r b o n s was e s t i - mated a s " t o t a l h y d r o c a r b o n s " (THC). Due t o t h e l a b o r a t o r y p r o c e - d u r e , t h e most v o l a t i l e components ( C n 8 ) c o u l d n o t be e x a c t l y

I q u a n t i f i e d .

I

I l

I The e x p e r i m e n t a l s t r a t e g y was t o i n t r o d u c e h y d r o c a r b o n s t o o n e

I

I o f t h e compartments and t o r e c o r d changes i n f i s h d i s t r i b u t i o n .

!

I f t h e f i s h d i d n o t d i s t r i b u t e e v e n l y b e t w e e n + t h e compartments

l when no h y d r o c a r b o n s were p r e s e n t , h y d r o c a r b o n s u s u a l l y was d i r e c t e d

i

t o t h e compartment where t h e f i s h showed h i g h e s t a c t i v i t y .

The b e h a v i o u r a l r e s p o n s e s o f t h e f i s h e s i s g i v e n a s p e r c e n t d i s t r i - b u t i o n i n e a c h compartment. Compared w i t h t h e hydrocarbon c o n c e n t r a - t i o n , t h e r e s p o n s e s w e r e c h a r a c t e r i z e d a s e i t h e r a t t r a c t i o n , i n d i f - f e r e n c e o r a v o i d a n c e . T o t a l l y , 16 e x p e r i m e n t s o f d u r a t i o n 3 t o 30 d a y s were performed.

RESULTS AND DISCUSSION

I n T a b l e 1 and 2 i s g i v e n a summary of t h e r e s u l t s from t h e 1 6 e x p e r i m e n t s . The d a t a i s p o o l e d from p e r i o d s o f a few h o u r s t o some d a y s and s h o u l d g i v e b a s e f o r sumrnarizing t h e b e h a v i o u r a l r e s p o n s e s from d i f f e r e n t l e v e l s o f h y d r o c a r b o n c o n c e n t r a t i o n s .

~t i s s e e n t h a t t h e r e s p o n s e s a r e v a r i a b l e , b o t h between f i s h specimens and a l s o d u r i n g one e x p e r i m e n t . I t seems a s i f some f i s h specimens a r e more s e n s i t i v e t o h y d r o c a r b o n s t h a n o t h e r s .

I n Experiment no. 104 " a t t r a c t i o n " h a s been n o t e d a t c o n c e n t r a t i o n s o f 110-150 p g T H C / l . I n t h e Experiment No. 1 0 8 , " a t t r a c t i o n " a t c o n c e n t r a t i o n s up t o 400 p g / l seems v e r y u n r e a s o n a b l e . The r e c o r d - i n g s may be e x p l a i n e d from s t r e s s e d and f r i g h t e n e d f i s h which

r e f u s e d t o move away from t h e o i l e d compartment. On t h e o t h e r hand, i t m i g h t b e r e a s o n a b l e t o assume t h a t o n e o r more p e t r o l e u m h y d r o c a r b o n s i n low c o n c e n t r a t i o n s a r e a t t r a c t i v e t o f i s h , i n t h a t r e s p e c t t h a t t h e f i s h may p e r c e i v e t h e odour a s p r e s u m p t i v e food.

Respons c a l l e d " i n d i f f e r e n c e " was most o f t e n r e c o r d e d a t s t i l l lower c o n c e n t r a t i o n s , when e s t i m a t e s approached t h e l e v e l o f ana- l y t i c a l s e n s i t i v i t y .

I n some p e r i o d s , t h e f i s h d i d n o t a l t e r i t s d i s t r i b u t i o n , a l t h o u g h t h e hydrocarbon c o n c e n t r a t i o n was i n c r e a s e d t o a r e l a t i v e l y h i g h l e v e l , f o r example P 8 0 p g / l i n Experiment No. 13. The a u t h o r c o u l d a s c r i b e t h i s t o " v a r i a t i o n " , b u t p r e f e r t o l a b e l i t a s s t r e s s e d f i s h .

Responses c h a r a c t e r i z e d a s " a v o i d a n c e " h a s been n o t e d a t concen- t r a t i o n s down t o 30 p g / l . However, t h e r e l i a b i l i t y o f s o low e s t i - m a t e s w i t h t b i s l a b o r a t o r y p r o c e d u r e i s n o t good. T h i s e n t a i l s t h a t judgement of b e h a v i o u r a l r e s p o n s r e l a t e d t o h y d r o c a r b o n con- c e n t r a t i o n a t t h i s l e v e l i s v e r y u n c e r t a i n .

What can be s e e n from t h e r e s u l t s i n T a b l e l and 2 i s t h a t a v o i d a n c e r e s p o n s v e r y o f t e n were n o t e d a t c o n c e n t r a t i o n s down t o 50-60 u g / l , b o t h i n t h e same e x p e r i m e n t and i n d i f f e r e n t e x p e r i m e n t s w i t h

d i f f e r e n t f i s h e s . "Avoidance" was i n t n e s a m e way t o a h i g h e x t e n t a l s o r e c o r d e d a t c o n c e n t r a t i o n s of 100-300 p g / l .

Although t h e r e s u l t s v a r i e d , i t i s c o n c l u d e d t h a t t h e f i s h t o a l a r g e e x t e n t a v o i d e d hydrocarbons from F u e l O i l No. 2 a t c o n c e n t r a - t i o n s down t o 50-100 ) i g / l .

To what e x t e n t t h e s e r e s u l t s can be a p p l i e d t o n a t u r a l c o n d i t i o n s i n t h e s e a , i s u n c e r t a i n . Of i t s s e n s e s , it i s w i d e l y a g r e e d t h a t f i s h m a i n l y u s e t h e s m e l l t o d e t e c t food i t e m s and f o r example c h e m i c a l p o l l u t a n t s . I t i s supposed t h a t i n t h e s e a u n d i s t u r b e d f i s h w i l l have t h e same o r s l i g h t l y lower t h r e s h o l d f o r d e t e c t i n g p o l l u t a n t s and e v e n t u a l l y g i v i n g a b e h a v i o u r a l r e s p o n s . I n t h e s e a , t h e f i s h a l s 0 a r e exposed t o o d o u r s "competing" w i t h h y d r o c a r - bons and t h o s e c o u l d mask e f f e c t s f r o n p e t r o l e u m h y d r o c a r b o n s .

REFERENCES

OLLA, B , L . and C. SAMET ( 1 9 7 4 ) . Behaviour o f m a r i n e o r g a n i s m s a s a measure of p e t r o l e u m c o n t a m i n a t i o n ,

-

I n : P r o c e e d i n g s o f E s t u a r i n e Research F e d e r a t i o n O u t e r C o n t i n e n t a l S h e l f Con- f e r e n c e and Workshop on Marine E n v i r o n m e n t a l I m p l i c a t i o n s of O f f s h o r e O i l and Gas Development i n t h e B a l t i m o r e Canyon Region o f t h e M i d - A t l a n t i c C o a s t . NOOA/NMFS Middle A t l a n t i c C o a s t a l F i s h e r i e s C e n t e r , Sandy Hook L a b o r a t o r y , H i g h l a n d s N . J . , USA.

OLLA, B.L. e t a l . ( 1 9 8 0 ) . A p p l i c a b i l i t y o f b e h a v i o u r a l rneasures i n e n v i r o n m e n t a l s t r e s s a s s e s s m e n t . Rapp. P.-v. ~ g u n . Cons. i n t . E x p l o r . M e r , 179: 162-173.

Table 1. Effects of exposure to hydrocarmns in the two-compartment aquarium. [keaks jon på hydro- karboner i to-kammer akvariet2

130 Avoidance 90 Attraction Experiment no.

90

-

¹¹⁰ Indifference 100 Avoidance

i

Concentration of

Behavioural hydrocarbons

respons

oJs/

¹

104 i ^l 30

-

⁴⁰ Indifference 110

-

¹⁵⁰ Attraction

220 Avoidance

105 i

1 110

-

^{200 Avoidance}

106

1

25

-

⁶⁰ Attraction

! 70

-

⁷⁵ Indiffernce

i

¹²⁰ Attraction

107 1 60

-

^{70 Avoidance}

i

⁵⁰ Indifference

108

1

⁴⁰

^-

⁶⁰ Indifference

i

^{130 Avoidance}

100

-

¹²⁰ Indifference 120

-

¹³⁰

1

Attraction

400 I Indifference 400

/

Attraction

Table 2. Effects of exposure to-hydrocarbons in the sex-angular aquarium. LReaksjon på iiydro- karboner i tre-kammer akvarietJ

Concentration of '

Experiment no. hydrocarbons Behavioural

l

(pg/l) respons

Avoidance

1

11 160

-

^{550 j Avoidance}

220

j

Attraction

12 30

-

^{50 i Avoidance}

100 (Avodance )

200 1 Avoidance

I Avoidance

(Indif f erence) Avoidance

/ ^AvOidance

14 80 -(350) ^! Avoidance

-

l

16 50

-

^{70 Avoidance}

90 Avoidance

130 i Avoidance

1

18 40

-

^{60 :} _i ^Avoidance

170 i Avoidance 30 ^! _! Indifference

i

19 60 i Avoidance

90

-

¹²⁰

¹

^Avoidance

l

20 60

-

^{100 Avoidance}

30 ^I Avoidance 10 i Attraction 10

i

Indif f erence 100

-

¹³⁰

20

-

³⁰

20

-

⁴⁰

Avoidance (Avoidance) Indifference

_----

SEAWATER OUTLET OVERFLOW

DOSING PUMP

Fig. 1. The sex angular (three-compartment) aquarium (A) and the rectangular (two-compartment) aquarium (B).

LTre-kammer akvariet (A) og to-kammer akvariet (B)

.]

CLEAN SEAWATER

F

F i g . 2 . The " o i l column" f o r p r e p a r i n g s e a w a t e r c o n t a i n i n g h y d r o c a r b o n s . riolje-kolonne f o r p r e p a r e r i n g a v sjØ- vann i n n e h o l d e n d e o l j e - h y d r o k a r b o n e r J