CAPITOLO 2
2. MATERIALI E METODI
2.1. DESCRIZIONE DEI SITI DI STUDIO
La parte sperimentale della tesi è stata svolta in località Calafuria ( 43° 30’N, 10° 20’E ), a sud di Livorno (Fig. 2.1), lungo un tratto di costa rocciosa di circa 1,5 Km. La zona, particolarmente esposta al moto ondoso, è rivolta ad Ovest-Sud-Ovest, risultando perciò esposta principalmente ai venti del III e del IV quadrante, anche se i venti più costanti risultano essere quelli provenienti dal I e dal II (Cinelli 1969).
La roccia è costituita da arenaria che, notevolmente soggetta a fenomeni di erosione, fa si che il substrato risulti molto frastagliato e ricco di anfratti e fratture. La porzione di battigia della costa mostra una distribuzione spaziale degli organismi animali e vegetali piuttosto discontinua, presentando in brevi tratti una evidente ripartizione verticale ed in altri una distribuzione apparentemente casuale. La parte superiore è occupata in prevalenza dai crostacei cirripedi Chthamalus montagui Southward e Chthamalus stellatus (Poli). La porzione centrale è dominata dall’alga rossa Rissoella verruculosa (Bertoloni) J.Agardh, che forma una banda ampia circa 20-30 cm con evidenti limiti superiori ed inferiori. Meno abbondante è invece l’alga rossa Nemalion helminthoides (Valley in Withering) Batterns, che solo in certi casi forma delle chiazze estese e dense. Nella parte inferiore della fascia considerata si trovano invece specie algali incrostanti, in particolare l’alga bruna Ralfsia verrucosa (Areshough) J.Agardh e
corallinacee indeterminate, alternate a forme filamentose quali Ceramium ciliatum (Ellis) Ducluzeau, Polysiphonia sertularioides (Grateloup) J.Agardh e Chaetomorpha aerea (Dillwyn) Kützing. A questo stesso livello si trovano inoltre mitili (Mytilus galloprovincialis Lamark) frammisti all’alga rossa Corallina elongata Ellis et Solander e ad alghe a tallo cilindrico carnoso come Chondria boryana (De Notarsi) De Toni, Gastroclonium clavatum (Roth) Ardissone, Laurencia spp. Disperse sul substrato di tutta la fascia studiata si trovano colonie di cianobatteri appartenenti per lo più alle specie Rivularia atria Roth e Rivularia mesenterica Thuret.
Gli erbivori più comuni sono rappresentati da patelle come Patella rustica Linnè e Patella aspera Roding e da altri gasteropodi quali Osilinus turbinatus (Van Bon) e Melaraphe neritoides (Linnè).
Fig. 2.1. E’ tracciato il profilo costiero del tratto di costa a sud di Livorno. La freccia indica la località in cui sono stati svolti gli esperimenti.
2.2. STRUTTURE ARTIFICIALI
Per esaminare i due modelli alternativi secondo cui i popolamenti ad alghe ed invertebrati di costa rocciosa risponderebbero all’inclinazione del substrato per sè piuttosto che alle proprietà dell’habitat (orientamento della costa, irradiazione solare, esposizione al moto ondoso) in cui substrati a diversa inclinazione si trovano, abbiamo collocato sulla naturale costa verticale 24 blocchi di arenaria distribuiti in sei siti. Di questi, 12 erano parallelepipedi con una faccia verticale (12x12cm) rivolta verso il mare mentre gli altri 12 avevano una sezione triangolare ed una faccia orizzontale (delle stesse dimensioni della precedente) rivolta verso l’alto (Fig. 2.2.). Su ogni blocco sono stati effettuati due fori con l’uso di un trapano a batteria e in ciascun foro si è inserita una barra d’acciaio filettata, fissata con del cemento chimico. Il fissaggio alla naturale costa verticale è avvenuto inserendo le barre d’acciaio in due fori praticati sulla roccia e fissandole per mezzo di uno stucco epossidico (Subcoat-S.Veneziani). In ciascuno di tre dei sei siti scelti sono stati collocati 4 blocchi verticali e negli altri tre sono stati disposti i blocchi orizzontali. Il disegno sperimentale ha previsto anche l’allestimento di quadrati di controllo naturale (non manipolati) scelti come condizione di riferimento e quadrati denudati sperimentalmente su substrato naturale (ottenuti attraverso un’opera di ripulitura della naturale roccia verticale per mezzo di martello e scalpello o di un trapano a batteria). I quadrati naturali sono stati allestiti per valutare se le modalità di sviluppo dei popolamenti sui blocchi artificiali riflettono quanto accade su substrati naturali. Le ipotesti
derivanti dai modelli sopra citati e associate all’esperimento sono: (i) se le differenti strutture dei popolamenti
Fig.2.2. Rappresentazione schematica dei blocchi di arenaria portanti superfici orizzontali e verticali
che si trovano naturalmente sui substrati a diversa inclinazione sono imputabili all’inclinazione per sè, allora sui blocchi artificiali orizzontali e verticali si dovranno sviluppare popolamenti diversi; inoltre ci aspettiamo che i popolamenti che si svilupperanno sui blocchi verticali saranno simili a quelli che si svilupperanno sui quadrati denudati. (ii) se le diverse strutture dei popolamenti naturalmente presenti sui piani verticali e orizzontali della costa sono ascrivibili alle proprietà dell’habitat, allora ci aspettiamo similarità strutturali fra i popolamenti che si svilupperanno sia sui blocchi orizzontali che su quelli verticali che sui quadrati denudati. Eventuali differenze tra blocchi verticali e quadrati naturali indicherebbero che i primi non rappresentano in modo appropriato il substrato naturale e che quindi i risultati sperimentali non possono essere generalizzati a condizioni naturali. L’assenza di differenza tra le due condizioni indicherebbe altresì che quanto osservato sui blocchi è applicabile anche ai substrati naturali e che quindi i risultati hanno valore predittivo.
Ciascuna unità sperimentale è stata campionata in modo non distruttivo ogni tre mesi circa dall’inizio dell’esperimento per circa un anno. A tale scopo su ogni unità sono stati disposti dei rettangoli di rete metallica semirigida di dimensioni 8x8 cm suddivisi in 16 sub-quadrati di 20x20 mm (è stata esaminata soltanto l’area centrale di ogni blocco per evitare il potenziale effetto margine; Farrell 1989). Per le specie algali il ricoprimento è stato ottenuto assegnando ad ogni taxon presente nel quadrato un valore compreso tra 0 e 4 in ogni sub-quadrato in cui era presente e sommando le stime ottenute dai 16 sub-quadrati (Dethier et al.1993; Benedetti-Cecchi et al. 1996; Menconi et al. 1999). L’abbondanza finale
è stata valutata in termini di ricoprimento percentuale. Quando possibile gli organismi sono stati identificati a livello di genere o specie; negli altri casi sono stati raccolti in gruppi morfologici (Littler e Littler 1980; Steneck e Dethier 1994). Gli organismi mobili (ad esempio Patella spp.) sono stati invece quantificati come numero di individui per unità sperimentale.
Il disegno sperimentale associato include i seguenti fattori: (1) Trattamento, 4 livelli (blocchi orizzontali, blocchi verticali, quadrati di grattaggio, quadrati di controllo), fissi; (2) Sito, 3 livelli, random, gerarchizzati nel Trattamento, con 4 blocchi di arenaria replicati in ogni sito. Uno schema del disegno sperimentale è illustrato in Fig. 2.3. Purtroppo molte unità sperimentali sono state perse in seguito a mareggiate. Dopo 9 mesi dall’inizio dell’esperimento i 4 blocchi orizzontali collocati nel sito 1 e altri 5 blocchi in altri siti sono stati persi. Per questo motivo sono state analizzate soltanto le prime tre date di campionamento. Dato il numero limitato di specie presenti sui blocchi, sono state compiute unicamente analisi univariate della varianza (ANOVA) effettuate per ogni data di campionamento. I dati persi sono stati sostituiti col valor medio ottenuto dalle repliche rimanenti in un dato sito. I gradi di libertà sono stati aggiustati per reintegrare i valori persi come descritto da Underwood (1997). Prima di ogni analisi è stata valutata l’assunzione di omogeneità della varianza usando il test C di Cochran (Winer 1971; Underwood 1997). In caso di non omogeneità ai dati sono state applicate appropriate trasformazioni. Nel caso di risultati significativi si è utilizzato l’SNK (Student-Newman-Keuls) per i confronti multipli a posteriori fra le medie. Quando è stata rilevata significatività del fattore Trattamento, le
analisi sono state ripetute escludendo i quadrati di controllo. Questa procedura si è resa necessaria a causa dell’interruzione dell’esperimento dovuta alla eccessiva perdita delle unità sperimentali. A quel tempo, infatti, i popolamenti sviluppatisi sui blocchi artificiali e sui quadrati denudati risultavano ancora differenti da quelli presenti sui quadrati di controllo. L’esclusione dei popolamenti maturi dalle analisi ha consentito una migliore discriminazione delle differenze fra i popolamenti sviluppatisi sui blocchi orizzontali e verticali.
Fig.2.3. Disegno sperimentale relativo al primo esperimento. O=blocchi artificiali orizzontali; V=blocchi artificiali verticali; C=quadrati di controllo; G=quadrati di grattaggio. TRATT. TRATT. SITO SITO O V C G 1 2 3 1 2 3 Repl. 1 2 3 4 1 2 3 4 TRATT. TRATT. SITO SITO O V C G 1 2 3 11 22 33 Repl. 11 22 33 44 11 22 33 44
2.3. INTERAZIONI BIOTICHE E RECLUTAMENTO
Per esaminare i modelli secondo cui le differenze esistenti fra la struttura dei popolamenti di costa rocciosa presenti sui substrati orizzontali e verticali sarebbero da ascrivere a processi di reclutamento o a processi ecologici di natura biotica post-reclutamento, un secondo esperimento è stato allestito nel Giugno 2004. Lungo la costa di Calafuria sono stati scelti 4 siti a prevalente substrato verticale e 4 siti a prevalente substrato orizzontale (ogni sito si estende per metri/decine di metri di costa). In ciascuno sito sono stati individuati 8 quadrati (14x10cm) a ciascuna di due diverse altezze sulla costa (circa 0.1 e 0.3 m al di sopra del Livello Medio di Bassa Marea). Ogni quadrato è stato delimitato ai quattro angoli con frammenti di stucco epossidico (Subcot “S”, Veneziani) per poter essere localizzati successivamente con facilità. In ciascun sito, 4 degli 8 quadrati sono stati denudati di tutti gli organismi presenti mediante l’uso di martello e scalpello, mentre i restanti 4 quadrati sono stati lasciati inalterati come controllo. I dati raccolti sono stati analizzati separatamente per ciascuna delle due altezze.
Le ipotesi associate ai modelli sopra citati sono due: (i) se è vero che le differenze fra i popolamenti presenti sui due piani della costa sono determinate da un reclutamento di tipo differenziato da parte delle specie sui substrati a diversa inclinazione, allora ci aspettiamo che nelle prime fasi di ricolonizzazine si abbia una diversa abbondanza delle specie presenti sui quadrati di grattaggio situati sul piano orizzontale rispetto a quelli del piano verticale; (ii) se invece le differenze
nella struttura dei popolamenti sono da attribuire a processi post-reclutamento (sia abiotici che biotici), allora ci aspettiamo una divergenza durante lo sviluppo dei popolamenti tra substrato verticale ed orizzontale.
I quadrati di grattaggio e di controllo sono stati campionati per la prima volta nel Settembre 2004 e successivamente ogni circa tre mesi fino al ??. Ciascuna unità sperimentale è stata campionata come descritto per l’esperimento precedente. A tale scopo su ogni quadrato sono stati disposti dei rettangoli di rete metallica semirigida di dimensioni 12x8 cm suddivisi in 24 sub-quadrati di 20x20 mm (è stata esaminata soltanto l’area centrale di ogni blocco per evitare l’effetto del bordo; Farrell 1989). Il disegno sperimentale associato all’esperimento include i seguenti fattori: (1) Inclinazione, 2 livelli (substrato verticale e orizzontale), fissi ed incrociati (2) Sito, 4 livelli, random e gerarchizzati nell’inclinazione (3) Trattamento, 2 livelli (quadrati di grattaggio e di controllo) fissi ed incrociati con Inclinazione e Sito, con 4 repliche per ogni trattamento in ciascun sito. Uno schema del disegno sperimentale è illustrato in Fig.2.4. I dati raccolti sono stati analizzati mediante analisi univariate della varianza (ANOVA) e analisi multivariate della varianza (PERMANOVA – Permutational Multivariate Analysis of Variance, Anderson 2001), compiute per ogni data di campionamento. Prima di ogni analisi univariata è stata valutata l’assunzione di omogeneità della varianza usando il test C di Cochran (Winer 1971; Underwood 1997). In caso di non omogeneità sono state applicate appropriate trasformazioni. Nel caso di risultati significativi, si è compiuto un test per confronti multipli a posteriori utilizzando l’SNK test (Student-Newman-Keuls). Nel caso delle analisi
multivariate il test a posteriori utilizzato è stato lo Student’s t-test. Tutte le analisi sono state ripetute escludendo i quadrati di controllo per esaminare più direttamente le possibili differenze di reclutamento nei quadrati denudati situati sui due piani a diversa inclinazione.
O V INCLINAZ. SITO TRATT. Repl. 1 2 3 4 G C G C 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 INCLINAZ. SITO TRATT. O V 1 2 3 4 1 2 3 4 G C GG CC 1 2 3 4 1 2 3 4 11 22 33 44 1 2 3 4 1 2 3 4 Repl.
Fig.2.4. Disegno sperimentale relativo al secondo esperimento. O=substrati orizzontali; V=substrati verticali; G=quadrati denudati; C=quadrati di controllo
