Kopoltyúhálós és hidroakusztikus halállomány vizsgálatok alkalmazása és eredményeik megfeleltethetősége sekély tavi környezetben

Átírás

1 Kopoltyúhálós és hidroakusztikus halállomány vizsgálatok alkalmazása és eredményeik megfeleltethetősége sekély tavi környezetben DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS György Ágnes Irma Témavezetők: Dr. Tátrai István Tudományos főmunkatárs, a biológiai tudomány kandidátusa MTA ÖK Balatoni Limnológiai Intézet Prof. Dr. Padisák Judit Intézetigazgató egyetemi tanár, az MTA doktora Pannon Egyetem, Környezettudományi Intézet, Limnológia Intézeti Tanszék Pannon Egyetem Kémiai és Környezettudományi Doktori Iskola Veszprém 2013

2 KOPOLTYÚHÁLÓS ÉS HIDROAKUSZTIKUS HALÁLLOMÁNY VIZSGÁLATOK ALKALMAZÁSA ÉS EREDMÉNYEIK MEGFELELTETHETŐSÉGE SEKÉLY TAVI KÖRNYEZETBEN Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében Írta: György Ágnes Irma Készült a Pannon Egyetem Kémiai és Környezettudományi Doktori Iskolája keretében Témavezető: Prof. Dr. Padisák Judit Elfogadásra javaslom (igen / nem) A jelölt a doktori szigorlaton...%-ot ért el,. (aláírás) Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom: Bíráló neve: igen /nem. (aláírás) Bíráló neve:......) igen /nem. (aláírás) A jelölt az értekezés nyilvános vitáján...%-ot ért el. Veszprém,. A Bíráló Bizottság elnöke A doktori (PhD) oklevél minősítése... Az EDHT elnök

3 Tartalom Kivonat... 3 Abstract... 4 Zusammenfassung Bevezetés Irodalmi áttekintés Állóvizek halállományának vizsgálata A kopoltyúhálós módszer A hidroakusztikus módszer A kopoltyúhálós és a hidroakusztikus módszerek együttes alkalmazása A Balaton halállománya és vizsgálata Problémafelvetés és célkitűzések Anyag és módszer Mintavételi helyek Kopoltyúhálós halászat Egységnyi mintavételi ráfordításra eső fogás (CPUE) számítása Hidroakusztikus halállománymérés A hidroakusztikus berendezések működési elve A halak méretének, egyedszámának és biomasszájának meghatározása a visszavert hang alapján A hidroakusztikus mérések Statisztikai analízis Az Európai Standardnak megfelelő bentikus kopoltyúhálós halászatok reprezentativitásának vizsgálata a Balaton nyíltvízében A kopoltyúhálós és hidroakusztikus eredmények kapcsolata Eredmények A Balaton nyíltvízi halállományának jellemzői Az Európai Standardnak megfelelő bentikus kopoltyúhálós halászatok reprezentativitásának vizsgálata a Balaton nyíltvizében Fajszámok Az eltérő típusú kopoltyúhálók fogásai (CPUE) Állomány összetétel Méreteloszlás A kopoltyúhálós és hidroakusztikus mérések kapcsolata Kopoltyúhálós CPUE értékek és testhossz eloszlások

4 Hidroakusztikus abundancia, biomassza és testhossz eloszlások A kopoltyúhálós fogások és a hidroakusztika közötti kapcsolat Diszkusszió A Balaton nyíltvízi halállományának jellemzői Az Európai Standardnak megfelelő bentikus halászatok reprezentativitása A kopoltyúhálós és hidroakusztikus mérések kapcsolata A hidroakusztikus mérések alkalmazásának feltételei a Balatonban Összefoglalás Köszönetnyilvánítás Felhasznált irodalom Tudományos tevékenység adatai Idegen nyelvű publikációk Magyar nyelvű publikációk Nemzetközi prezentációk Hazai prezentációk Eredmények tézisszerű összefoglalása Results of the studies Függelék

5 Kivonat Az értekezésben bemutatott kutatás célja megvizsgálni a két leggyakrabban alkalmazott, az EU VKI által javasolt EN14757:2005 Standardnak megfelelő kopoltyúhálós halászati és a hidroakusztikus módszer reprezentativitását és összevethetőségét a Balaton nyíltvízi halállományának jellemzése során. A szerző elemezte az európai Standardnak megfelelő sekélytavi mintavételi módszertan reprezentativitását. Megállapította, hogy a Standardnak megfelelő bentikus kopoltyúhálók kizárólagos alkalmazása jelentős információveszteséggel járt, így pontatlan képet nyújtott a balatoni állomány-viszonyokról. A szerző ezért javasolja a kiegészítő, pelágikus kopoltyúhálós halászatok végzését a balatoni halközösségek monitorozása során, illetve más nagy produktivitású sekély tavakban is ajánlja alkalmazásukat. A szerző tanulmányozta a kopoltyúhálós és hidroakusztikus felmérésekkel kapott relatív egyedsűrűség és méreteloszlás eredmények összevethetőségét a Balaton nyíltvízében. Megállapította, hogy a CPUE (egységnyi ráfordításra eső fogás) adatok egyedszám szerinti változásának kevesebb, mint 8,8%-át magyarázta a hidroakusztikus halsűrűség, míg a biomassza szerinti CPUE-t leíró modellekhez nem járult jelentősen hozzá. Az átlátszóság és a hidroakusztikus egyedsűrűség közös hatása az CPUE-re jelentős volt, ismeretükben a várható kopoltyúhálós fogás jól modellezhető. A két módszerrel kapott halsűrűség közötti jelentős összefüggés hiánya a CPUE értékeknek még az abundancia-trendek vizsgálatában betöltött szerepét is vitathatóvá teszi. A tanulmány alapján külön-külön egyik módszer sem ad reprezentatív képet a Balaton nyíltvízi halállományról, azonban eredményeik kiegészítik egymást, ezért a valóságot jobban megközelítő kép eléréséhez a szerző javasolja a jövőben a két módszer együttes alkalmazását a Balaton vizsgálata során. A szerző vizsgálta a hidroakusztikus mérések alkalmazási feltételeit és megállapította, hogy az európai halak testhossz-testtömeg összefüggését leíró általános egyenlet (Frouzová et al., 2005) a Balaton esetében több mint 20 %-os túlbecslést okoz a biomasszában, ennek megfelelően javasolja azt in situ adatok alapján kalkulálni. Megállapította, hogy a Balatonra reprezentatív eredményekhez elméletileg szükséges mintavételi erőfeszítés 97 km, illetve a mérésekre a szeptemberi éjszakák a legmegfelelőbbek. 3

6 Abstract The aim of this study was to examine the fish assemblages as well as the representativeness and comparability of the two most common fish sampling methods in standing waters, the European Standard gillnet fishing (CEN, 2005) and hydroacoustics, in the shallow and turbid Lake Balaton. The sole use of the standard gillnets provided biased information on fish assemblage characteristics thus, complementary sampling with pelagic gillnets is suggested in the monitoring of Lake Balaton and other productive shallow lakes. The feasibility of establishing a powerful model describing the relationship between fish density estimates of gillnetting and acoustics is low in shallow and turbid habitats, and it might be successful only if crucial sampling and environmental parameters affecting catches and acoustic data are considered. This study cautions again that gillnetting should be used carefully to analyse trends of fish abundance. 4

7 Zusammenfassung Das Ziel dieser Untersuchung war um die Fischsammlungen sowie die Repräsentativität und Vergleichbarkeit der zwei häufigsten Methoden, die Kiemennetze, gemäß Europäischer Norm (CEN 2005) und Hydroakustik, die zur Fischerfassung in Stillgewässern verwendet werden, in dem großen und trüben Plattensee zu untersuchen. Die ausschließliche Benutzung der Standard-Kiemennetze erbrachten jedoch zu den Fischgemeinschaften verzerrte Daten, daher wurden für das Monitoring der Bestände des Plattensees und anderer flachem und produktiven Seen pelagische Netze zur Ergänzung empfohlen. Wir schließen daraus, dass die Durchführbarkeit eines aussagekräftigen Modells zur Beschreibung der Beziehung zwischen Fischdichtenschätzung in flachem und trübem Gewässern aufgrund Kiemennetzfänge und Hydroakustik ist gering und dass dies nur erfolgreich sein kann, wenn ausschlaggebende Erfassungs- und Umweltparameter, die die Fangeffizienz ebenso beeinflussen wie der akustischen Daten, mit einbezogen werden. Diese Studie mahnt außerdem erneut, dass Daten von Kiemennetzfängen mit Vorsicht zur Trendanalyse von Fischabundanzen zu verwenden sind. 5

8 1. Bevezetés Az utóbbi két évszázad során felszíni vizeinket fokozott emberi terhelés érte. Az ipari, mezőgazdasági és lakossági szennyezésnek köszönhetően különféle káros folyamatok zajlottak, zajlanak, amelyek következtében vizeink jelentős részének állapota leromlott. Az Európai Unió ezért célul tűzte ki tagállamai számára, hogy 2015 végéig, ahol ez lehetséges, jó állapotba kell hozni a felszíni és felszín alatti vizeket. A végrehajtáshoz jogszabályt hoztak létre, a Víz Keretirányelvet (VKI), amely szabályozás 2000-ben lépett hatályba. A szakmai intézkedések megtervezéséhez azonban elengedhetetlen felmérni az egyes víztestek jelenlegi állapotát, valamint meghatározni az elérni kívánt célállapotot. A halak meghatározó szerepet játszanak a vízi ökoszisztémák működésében. Emellett fajonként változatos ökológiai igénnyel és tűrőképességgel rendelkeznek. Mindezen tulajdonságaiknak köszönhetően kitűnő indikátorszervezetek, ebből kifolyólag ideálisak a vizes élőhelyek és azok állapotának minősítésére (2000/60/EK). Ezenfelül, a halállományban bekövetkező változások, ideértve a célzott beavatkozásokat is, jelentős hatással vannak a vizek anyagforgalmára, vízminőségére (felkevert üledék, oldott tápanyagok, vízi növényzet) (Van de Bund & Van Donk, 2002; Søndergaard et al. 2008), és végső soron ökológiai állapotukra (pl. Holmlund & Hammer, 1999). Sajnos a múltban egyes beavatkozások és a halászati kvóták meghatározása során komoly hibákat követtek el a pontatlan halállománybecslések miatt (Peltonen et al., 1999; Schnute & Hilborn, 1993), ezzel veszélyeztetve akár a teljes halállományt és a vízi ökoszisztémát. A halpopulációk halászati hasznosíthatóságának kiemelt jelentősége van, s célja általában elsősorban a lehető legnagyobb gazdasági haszon elérése. Mára azonban már az is rendkívül fontossá vált, hogy szem előtt tartsuk a hasznosítás fenntarthatóságát, az ökológiai kölcsönhatásokat, és így az ökoszisztéma egészének stabilitását. Mindezen törekvések fokozott igényt támasztottak az egyre pontosabb és részletesebb halállománybecslő módszerek kidolgozására. Gyors fejlődésnek indultak mind a halászeszközökkel végzett mintavételi eljárások, mind a halállomány beavatkozás-mentes felmérését biztosító, költség- és munkaerő szempontjából is hatékony műszeres vizsgálati módszerek. A Balaton halállománya több szempontból is kiemelt helyen áll. A halászat sok száz éven át fontos szerepet játszott a környező települések életében. A közelmúltban az élőhely átalakításoknak, az idegen fajok betelepítésének, az emberi hatásra bekövetkezett trofitás változásoknak és az intenzív halászatnak és horgászatnak köszönhetően, a tó halfaunája jelentős minőségi (fajszám csökkenés) és mennyiségi (biomassza) változásokon ment keresztül (Bíró, 2002; Specziár, 2010). Mára a halászatot a rekreációs és sporthorgászat váltotta fel. Ezzel az állomány-összetétellel szemben támasztott várakozások is átalakultak, illetve változtak a halállomány kezelésének prioritásai. Bár a Balaton az egyik legalaposabban kutatott tavak egyike Európában, ennek ellenére halállományáról nem állnak rendelkezésre standardizált módszereken alapuló, hosszú távú reprezentatív adatsorok. Mindössze az utóbbi 15 évben végeztek standard módszerekkel felméréseket az MTA Limnológiai Intézetének kutatói (Specziár et al., 1996, 1997, 2000, 2007; Specziár, 6

9 2001, 2010). Az általuk rendszeresen alkalmazott két standardizált módszer a kopoltyúhálós halászat és kéziszákos parti elektromos halászat. E módszerek elsősorban a halállomány összetételében és mennyiségében mutatkozó markánsabb tendenciák kimutatására alkalmasak, a területegységre vetített állománynagyság nem becsülhető velük. Ennek ellenére a VKI monitoring során az európai tavakban jelenleg e két módszer alapján értékelik a halközösségeket (Európai Standard) (CEN, 2005). Sőt, a Standard szerint sekély, 10 m-nél kisebb mélységű tavakban csak az aljzat mentén kell halászni, úgynevezett bentikus hálókkal, amelyek magassága mindössze 1,5 m. Tehát a módszer nem vizsgálja a felszín közeli élőhelyeket, annak ellenére, hogy nem rendelkezünk információval arra vonatkozóan, mennyiben torzítja ez az egyszerűsítés az eredményeket, és ebből adódóan a becsült ökológiai állapotot. Ráadásul a kopoltyúháló a halakra ártalmas, nagy mortalitást okozó eszköz, így kifejezetten kívánatos olyan egyéb módszerek kifejlesztése, amelyek használatának szükségességét mérsékelhetik. Az egyik ilyen dinamikusan fejlődő, hiánypótló módszer a hidroakusztikus halállománymérés, amely megfelelő kiegészítője lehet a hálós halászatoknak. E módszer hatékonyan alkalmazható az egyedszám, a méreteloszlás és az élőhely-használat vizsgálatára, miközben nem tesz kárt sem az élőlényekben, sem környezetükben. A hidroakusztika kétségtelenül a jövő meghatározó halállomány vizsgáló eszköze lesz, míg a ma még helyettesíthetetlennek tűnő kopoltyúháló az állatjóléti törekvéseknek is megfelelően a kutatásokban csak másodlagos, validáló módszerként maradhat fenn. Jelen tanulmányban megvizsgáltuk a pelágikus kopoltyúhálós minták jelentőségét a Balalton nyíltvízi halállományának jellemzésében és kíváncsiak voltunk, hogy az Európai Standard (CEN, 2005) szerint végzett kopoltyúhálós halászat reprezentatív eredményeket biztosít-e a Balaton esetében. Emellett összevetettük a szabványos kopoltyúhálós módszert a ma már széles körben alkalmazott hidroakusztikus halállományméréssel. 7

10 2. Irodalmi áttekintés 2.1. Állóvizek halállományának vizsgálata A halállományok tulajdonságainak megbízható becslése alapvető követelmény mind az alap, mind az alkalmazott kutatásban. A mintavételhez különféle módszerek állnak rendelkezésünkre, amelyek azonban alkalmazási területükben és mintavételi szelektivitásukban jelentősen különböznek (pl. Murphy & Willis, 1996). Az egyes módszerek rendszerint csak meghatározott körülmények között használhatók, és a halállományt eltérő tulajdonságú mutatókkal jellemezik (pl. a fogott egyedszám módszerenként eltérően, területre vagy időre standardizálható; egyes módszerek tényleges halsűrűséget mutatnak, mások csak relatív abundanciát). Ugyanakkor, sajnos az egyes módszerek teljesítménye is változik a mintavételi feltételekkel. A kutatási programok (például az Európai Unió Víz Keretirányelve) globalizációjával egyre nagyobb figyelmet fordítanak az egyes állománybecslési módszerek különféle élőhelyek közötti, illetve széles idő- és térléptékek mentén történő összehasonlíthatóságára (Holmgren & Appelberg, 2000; Mehner et al., 2005; Lauridsen et al., 2008; Deceliere-Vergès et al., 2009; Erős et al., 2009a). Szintén alapvető törekvés a különböző mintavevő eszközökkel kapott eredmények összevethetőségének meghatározása, közös nevezőre hozása (Jackson & Harvey, 1997; Erős et al., 2009b; Olin & Malinen, 2003; Winfield et al., 2009; Emmrich et al., 2010) A kopoltyúhálós módszer Állóvizekben a kopoltyúhálós mintavétel a legelterjedtebb halközösségeket leíró adatok gyűjtésére szolgáló módszer, amelyet könnyű és olcsó használata, széleskörű alkalmazhatósága, hosszú tradíciója és nem utolsósorban könnyű standardizálhatósága tesz annyira népszerűvé a halbiológiában. A kopoltyúhálós mintavétel legkritikusabb pontja, annak meghatározása, hogy a fogások, vagyis a Catch Per Unit Effort (egységnyi mintavételi ráfordításra eső fogás, továbbiakban CPUE) hogyan viszonyul a halak valós egyedszámához és méreteloszlásához. Általánosságban azt feltételezzük, hogy ha a mintákat standardizált módon vesszük, akkor a kopoltyúhálós fogások megfelelően jelzik mind időben, mind térben az állomány trendjeit (pl. Appelberg et al., 1995; CEN, 2005). A kopoltyúháló azonban egy erősen szelektív, passzív mintavételi eszköz (Hubert, 1996); a fogható halak méretét a háló szembősége egyértelműen megszabja, ugyanakkor a fogáshoz a halnak aktívan a hálóba kell úsznia és bele is kell akadnia. Vagyis, a fogás nagymértékben függ a halak méretétől, alakjától és aktivitásától (Hamley, 1975; Rudstam et al., 1984). A halak aktivitását a napszak, a víz átlátszósága, a hőmérséklet, a ragadozók jelenléte, az életciklus (pl. ívás) és egyéb tényezők is befolyásolják (Neuman, 1979; Rudstam et al., 1984; Borgstrøm, 1992), illetve szezonálisan és a halak mérete szerint is változik (Hansson & Rudstam, 1995). A fentieken felül a fogásokra hatással van még a háló észlelhetősége, azaz annak láthatósága a vízben, amely a háló anyaga mellett ugyancsak függ a vízben uralkodó fényviszonyoktól, a napszaktól és a zavarosságtól 8

11 (Berst, 1961). Ebből kifolyólag a CPUE adatok és az egyedszám között az összefüggés nem általánosítható, illetve a kopoltyúhálós fogás közvetlenül nem is alkalmazható a relatív állománysűrűség pontos meghatározására (Hamley, 1975; Linløkken & Haugen, 2006; Olin et al., 2004; Pierce et al., 2010; Prchalová et al., 2011). Ennek ellenére jelenleg elsősorban ezzel a módszerrel vizsgálják az állóvizeket. Az eredmények összevethetőségének növelése céljából számos területen tettek erőfeszítéseket a kopoltyúhálós protokoll egységesítésére (Hammar & Filipsson, 1985; Fjälling & Fürst, 1991; Appelberg et al., 1995; Appelberg 2000), s a folyamat eredményeként végül elkészült az Európai Standard (CEN, 2005). Eszerint Európában az állóvizek halainak monitoringja során az Európai Standard bentikus kopoltyúhálót kell alkalmazni, amely tizenkét 2,5 m hosszú és 1,5 m magas, 5-55 mm lyukbőségű panelekből álló aljzati, úgynevezett Nordic típusú, damil alapanyagú háló. A háló nagyobb szembőségű panelekkel szükség esetén kiegészíthető. Ezt a hálótípust eredetileg a sekélytől a nagyon mélyig erősen változó vízmélységű északi tavak halállományainak mintázására fejlesztették ki (innen ered neve is) (Appelberg et al., 1995; Appelberg, 2000). A Standard szerint kiegészítő mintavételt csak a 10 m-nél mélyebb élőhelyeken kell végezni, 6 m mély pelágikus hálókkal, míg ennél sekélyebb vizekben csak a fenék közeli halállomány vizsgálata történik (CEN, 2005). Vagyis, miközben a halállomány rétegzett eloszlását ismerve a függőleges kopoltyúháló sorozatokkal való kutatóhalászatnak kiterjedt gyakorlata van (pl. Barton et al., 1973; Hansson, 1988; Vašek et al., 2009), addig az új szabvány jelentősen leegyszerűsítette a halállomány vizsgálatát, nem ismert mértékű információveszteséget vállalva. A Standard figyelmen kívül hagyja, a sekély vizekben is gyakran tömeges pelágikus (nem bentikus) halfajokat, amelyek a felső vízrétegben élnek és planktonnal, a levegőben élő rovarokkal vagy más halakkal táplálkoznak [pl. a küsz Alburnus alburnus (L.), a garda Pelecus cultratus (L.), a vörösszárnyú keszeg Scardinius erythrophthalmus (L.), a balin Aspius aspius (L.), a busa Hypophthalmichthys molitrix (Valenciennes)]. Azt is tudjuk, hogy az édesvízi halak eloszlása néhány kizárólagosan aljzaton élő halfaj kivételével szezonálisan, illetve napszakosan is változik a vízoszlopban. Ezen felül befolyásolja az időjárás, az oxigén koncentráció, a táplálék elérhetősége és számos további tényező (Rowe, 1994; Sydänoja et al., 1995; Olin & Malinen, 2003; Mous et al., 2004; Helland et al., 2007; Mehner et al., 2007). Ezek az előre megjósolhatatlan tényezők további hibát okozhatnak a CEN Standardnak megfelelő, kizárólag egy, meghatározott (bentikus) vízrétegre korlátozódó módszerrel történő halállomány-becslésekben. A fenti zavaró tényezők sokasága is hozzájárul ahhoz, hogy törekednünk kell a kopoltyúhálót kiváltó, stabilabb és pontosabb eredményeket biztosító módszerek alkalmazására. A hidroakusztikus mérés ma már ígéretes lehetőség a kopoltyúháló részleges kiváltására (MacLennan & Simmonds, 1992; Dahm et al., 1992, Rudstam and Johnson, 1992; Kubecka et al., 2009; Yule et al., 2009). 9

12 2.3. A hidroakusztikus módszer Középkori írásos források szerint már Leonardo Da Vinci is kísérletezett a hang víz alatti észlelésével, mégpedig egy hosszú cső segítségével, melynek egyik végét a vízbe mártotta, míg másikat füléhez tartva hallgatta a távoli hajók harangjainak hangját (Urick, 1983). A vízben terjedő hang sebességét (kb ms -1 ) először Colladon és Sturm mérte meg 1823-ban (Simmons & MacLennan, 2005). A nagy áttörést 1917-ben Langevin első piezoelektromos jelátalakítója (transducer) jelentette (Simmons & MacLennan, 2005), amely azon az elektromos jelenségen alapult, amely során bizonyos anyagokon (kristály, kerámia) összenyomás hatására elektromos feszültség keletkezik, illetve elektromos feszültség hatására alakváltozás jön létre. Az első világháború során aztán felgyorsultak a hidroakusztikus berendezések fejlesztései, miután felfedezték, hogy a tengeralattjárókat a kibocsátott, majd a róluk visszavert hang alapján észlelni lehet a víz alatt (Simmonds & MacLennan, 2005). Halakat először 1929-ben Kimura észlelt akusztikus módszerrel egy mesterséges halastóban, Japánban. Egy oszcilloszkóp 1 által kijelzett hullámfrontokat fényképezett le, és megállapította, hogy az amplitúdó észrevehetően megváltozott, amikor a halak a sugárban voltak. A következő nagy lépést a felvételeket készítő, függőlegesen lefelé sugárzó szonár típus, az echosounder jelentette, amely az echogramokat 2 már papírra rajzolta (Wood & Smith, 1935). Az 1930-as években az angol és norvég kutatók egymással egy időben készítettek felvételeket halrajokról a tengeren (Balls, 1946, 1948; Sund, 1935; Runnstrom, 1937), majd a második világháború hozta meg ismét a gyors fejlesztéseket, amely után a halászok is hamar felfedezték az akusztikában rejlő új lehetőségeket. Az új készülékek teljesítménye és felbontása nőtt, és megszülettek az első halfelderítésre specializált modellek (Simmonds & MacLennan, 2005). A halak egyedszám becsélését az 1950-es években kezdték el, amely kezdetben az egyes visszavert hangjelek (echók) különféle egyszerű ötletek alapján történő megszámlálásán (Tungate, 1958) vagy az amplitúdók összegzésén alapult (Richardson et al., 1959). Utóbbi alapjában véve az echóintegrációs módszer, melynek helyes változatát, miszerint nem az amplitúdókat, hanem az echó-intenzitásokat kell összegezni Scherbino és Truskanov ban írta le. E módszer a mai napig az egyedszám becslések alapja (Simmonds & MacLennan, 2005). Ebben az időben még nagy hibákkal voltak terheltek a mérések, nem voltak kellően pontos kalibrációs módszerek és a halakról visszaverődő jel erőssége (target strength 3, továbbiakban TS) még nagyon változó és bizonytalanul értékelhető volt. Az 1980-as és 1990-es évek során kezdték el tisztázni, hogy pontosan mire képesek, illetve nem képesek a hidroakusztikus módszerek. Megszülettek a magas teljesítményű, digitális jelfeldolgozáson alapuló tudományos szonár készülékek és echosounderek, amelyek nagyobb dinamikus tartományt tesznek lehetővé, sokkal stabilabb erősítő (gain) 1 Az oszcilloszkóp, időben változó elektromos áram és feszültségek mérésére szolgáló elektronikus mérőműszer. 2 Az echogram az oszcilloszkóp által készített grafikus megjelenítése a visszhangnak az átvilágított vízoszlopban. 3 A Target strength (TS, db) a halak akusztikus visszaverő képessége, vagyis a céltól 1 m-re mért visszavert intenzitás (I 2 ) és a beeső intenzitás (I 1 ) hányadosának logaritmusa: TS=10 log (I 2 / I 1 ). 10

13 karakterisztikával rendelkeznek és a szóródási veszteséget jobban kompenzálják (Simmonds & MacLennan, 2005). A kalibrációs lehetőségek pedig korszerűk (Foote et al., 1987). Új technikákat fejlesztettek ki a TS mérésére is, elsősorban a kettős- és az osztott hangsugarú szonár berendezéseket. Mindezen fejlesztések révén a hidroakusztikus technika ma már nagyban hozzájárul a halak és a halászati módszerek alaposabb megismeréséhez. Napjainkban a szonár technológiával működő hidroakusztikus módszereket általánosan alkalmazzák a víz alatti fizikai környezet és élőlények észlelésére, mennyiségi jellemzőik becslésére és monitoringjára. Szonár technológia alatt olyan módszert értünk, amely a víz alatti hang terjedését használja fel navigálásra, kommunikációra és célok észlelésére. Alkalmas a vízmélység detektálására (batimetria), az aljzat minőségének megállapítására, topográfiai mérésekre, a víz alatti növények és állatok jelenlétének, egyedszámának, eloszlásának, méretének és viselkedésének vizsgálatára. A halászatban nagyon sokféle típusú szonárt alkalmaznak, a legegyszerűbb echosoundertől a letapogató (scanning) szonáron át, amely radarhoz hasonló képeket készít a detektált célpontokról, egészen a közvetlenül a hálókra rögzített jelátalakítókig (Simmonds & MacLennan, 2005). A hidroakusztikus halállománymérés tudományosan jól megalapozott (MacLennan & Simmonds, 1992; Simmonds & MacLennan, 2005, Sullivan & Rudstam, 2008), külföldön rendkívül népszerű és széles körben, mind álló-, mind folyóvizekben használt módszer. A jelenlegi fejlett számítógépes és műszaki technikának köszönhetően kellően pontos (Kubečka et al., 1998; Knudsen & Sægrov, 2002; Mehner et al., 2003; Gangl & Whaley, 2004), különösen, ha a hagyományos halászati módszerekhez (pl. varsa, húzóháló) hasonlítjuk. Nem utolsó sorban pedig egy rendkívül költséghatékony eljárás, mivel üzemeltetéséhez nem szükséges jelentős emberi erőforrás, sem nagy erőbefektetés, ellenben rövid idő alatt hatalmas területek, illetve víztérfogatok átvizsgálását teszi lehetővé (nagy mintavételi intenzitás) nappal és éjjel egyaránt. Sőt, a hidroakusztikus felmérések alapján kapott eredmények megbízhatóan ismételhetők, és a rendszerek eltérő beállítási, illetve sugár paraméterei ellenére is összehasonlítható biomassza adatokat eredményeznek (pl. Wanzenböck et al., 2003; Gangl & Whaley, 2004). Természetesen, mint minden módszernek, ennek is vannak korlátai, pl. a fajok megkülönböztetése gyakran lehetetlen (de nem minden esetben, ld. Elliott & Fletcher, 2001; Winfield et al., 2009), a felszínhez, illetve az aljzathoz közeli halak észlelése, illetve a sűrű halrajok egyedszám becslése pedig egyelőre korlátozott. A halállományméréseket mind mozgatott, mind helyben rögzített berendezésekkel rendszeresen végeznek, azonban a tanulmányok nagy része mély vizekkel (>10 m) foglalkozik, ahol a mérések során függőleges sugárzást alkalmaznak. A függőleges sugárzás előnye, hogy a szonár fejhez közel eső vakzónát leszámítva (általában 2-3 m) a vízoszlop teljes mélységében vizsgálható, illetve, hogy a halaknak mindig ugyanazon, felülnézeti vetületét látjuk, ami megkönnyíti a halak méretének meghatározását a TS alapján. Sekély víztestekben a függőleges sugárzás használata nem bizonyult hatékonynak, mivel a távolság a jeladó-vevő és az aljzat között túlságosan rövid (<6 m), és így a sugár nem tud megfelelő mértékben kinyílni a halak detektálásához. Ráadásul, ahogy azt már több módszerrel is kimutatták, gyakori, hogy a tavak mélységétől függetlenül, a 11

14 halállomány jelentős része a felszínközeli 1-5 m-es vízrétegben található, amely függőleges sugárzással megint csak nem mintázható, a radar vak zónája miatt (Tarbox & Thorne, 1996; Kubečka & Wittingerova, 1998; Knudsen & Sægrov, 2002; Gangl & Whaley, 2004, Djemali et al., 2009). A megoldást a horizontális sugárzás alkalmazása jelentette, és ezzel elkezdődött az új értékelési módszerek kidolgozása is (Kubečka et al., 1994; Kubečka, 1996; Mous & Kemper, 1996; Kubečka & Wittingerova, 1998; Balk, 2001; Knudsen & Sægrov, 2002). A vízszintes sugárzás során kapott jelek kiértékelését azonban megnehezíti, hogy a halakat változó szögből láthatjuk, s helyzetüktől függően más a visszaverődő jel erősségét meghatározó vetületük. Így a halak méretének és biomasszájának becslése ezzel a technikával lényegesen bonyolultabb. A hidroakusztikus mérések standardizálása jelenleg is folyik Európában (CEN, 2009; Winfield et al., 2011), míg Észak-Amerikában már rendelkezésre állnak standardizált eljárások (Bonar et al., 2009). A sekély tavi vízszintes sugárzás alkalmazásának több nehézsége van, mint a függőleges mélyvízi méréseknek. Ezek közül legfontosabb a szél által gerjesztett hullámzás negatív hatása, amely egyrészt a hajó ringatásával megszünteti a sugár stabilitását, így az beleütközik a felszínbe és az aljzatba, másrészt buborékok képzésével zajossá teszi a felvételeket (Mous & Kemper, 1996, Trevorrow, 1998; Gangl & Whaley, 2004). Szintén problémát jelent a határfelületek (felszín, aljzat) közelsége, amely megszabja a sugár maximális nyílását, vagyis azt, hogy egyszerre hány hal fér el a sugárban (Trevorrow, 1998). Ha ez a keresztmetszet kisebb, mint a nagyobb halak hossza, akkor a mérések már nem lesznek reprezentatívak. Általában 3 m alatti vízmélységnél vagy 3 m-nél kisebb távolságon belül nem javasolt mozgatott hidroakusztikus felméréseket végezni A kopoltyúhálós és a hidroakusztikus módszerek együttes alkalmazása Mind a kopoltyúhálós, mind a hidroakusztikus módszeren alapuló felméréseknek vannak erősségei és gyengéi. Így például, míg a hidroakusztikus mérések fajmeghatározásra csak bizonyos esetekben, és rendkívül korlátozottan alkalmasak, addig a kopoltyúhálónak ez az egyik erőssége. Ellenben abban az esetben, ha a területre vetített állománynagyságot akarjuk megbecsülni, az csak a hidroakusztikus módszerrel lehetséges. Amennyiben részletes képet szeretnénk kapni egy adott víztest halállományáról, ajánlott tehát a két módszert egymás kiegészítéseként, párhuzamosan alkalmazni (Rudstam & Johnson, 1992; Hansson & Rudstam, 1995; Mehner & Schulz, 2002; Mous et al., 2004; Guillard & Vergès, 2007; Winfield et al., 2009; Boswell et al., 2010). Ennek ellenére egyelőre aránylag kevés ilyen tanulmánnyal találkozunk, és még kevesebbel a Balatonhoz hasonló sekély tavakban (Tátrai et al., 2008). Ennek több oka is van, az egyik, a hasonlóan nagyméretű és alacsony borítottságú sekély tavak alacsony száma az olyan országokban, ahol rendelkezésre állnak hidroakusztikus berendezések. A másik, a sekély tavi hidroakusztikus méréseket megnehezítő, fentebb is említett körülmények (lásd pl. Mous & Kemper, 1996). A Balatonon az első ilyen összehasonlító mérések 2003 és 2007 között történtek (Tátrai et al., 2008), azonban e vizsgálatok eredményei nem bizonyultak 12

15 egyértelműnek. A hidroakusztikus módszerrel kapott egyedszámok és a kopoltyúhálós CPUE értékek közötti pozitív korreláció megléte ugyan általános, azonban ereje erősen változó és gyakran gyenge (Hansson & Rudstam, 1995; Elliott & Fletcher, 2001; Mehner & Schulz, 2002; Tátrai et al., 2008; Boswell et al., 2010; Achleitner et al. 2012, Dennerline et al., 2012). Mivel a kopoltyúháló fogási hatékonysága a környezeti és technikai tényezőkkel változik, a különböző módszerekkel történő összehasonlítás során számolni kell e hatásokkal is. Például, Hansson & Rudstam (1995) javasolta, hogy amennyiben a kopoltyúhálós fogásokat más módszerek eredményeivel (pl. a hidroakusztikussal) hasonlítjuk össze, figyelembe kell venni a víz átlátszóságát és hőmérsékletét is. Nemrégiben pedig Prchalová és munkatársai (2011) javasolták a megfogható biomassza (catchable biomass) modellt, mint lehetséges eszközt a kopoltyúhálós adatok összehasonlíthatóságának növeléséhez. Ez az eljárás a halászat idejével, és így a háló telítődésével összefüggésben álló torzítást is figyelembe veszi. Mindezek ellenére eddig még csak néhány egyedi próbálkozás történt arra, hogy ehhez hasonló tényezőket bevegyenek a különböző mintavételi eljárásokkal kapott adatok közötti kapcsolatot vizsgáló modellekbe (pl. Hansson & Rudstam, 1995) A Balaton halállománya és vizsgálata A balatoni halászatot már 1055-ben a Tihanyi alapítólevélben megemlítik. A török világutazó történetíró, Evlija Cselebi 1660 és 1666 közötti magyarországi utazásait leíró Utazások könyve című munkájában kitér a Balatonra is, és annak jelentős halállományáról számol be (Karácson, 1985). Igen részletes leírást találunk a balatoni halászatról Bél Mátyás 1740-es években készült művében, aki ugyancsak rendkívül halgazdagként mutatja be a tavat (Bél, 1745). Az 1850-es években a Balaton körül élő lakosságnak (kb. 37e fő) nagyjából a fele foglalkozott halászattal (Móricz, 1956), amely szintén jelentős állományt feltételez. Az 1900-as években az éves halászfogás hozzávetőlegesen t volt, és egészen az 1950-es évekig a halászati hozamok, a halászati technológia fejlődésével és a halászati ráfordítással párhuzamosan nőttek (1960 t év -1 ) (Bíró, 2002). Azonban a berekterületek 1860-as, majd a Kis-Balaton 1920-ban történt lecsapolása, a természetes partok kikövezése, beépítése, a nádasok leromlása, pusztulása miatt, valamint a lakossági és mezőgazdasági terhelés hatására, a tó állapota jelentősen megváltozott. Az élőhelyek átalakulása, beszűkülése, valamint a tápanyagokban történő feldúsulás közvetlenül hatottak a tó halállományára, s részben ennek köszönhetően, részben a tömeges halpusztulásoknak, részben pedig a halászott területek és a halászati ráfordítás csökkentésének eredményeképpen az 1960-as évektől a hozamok folyamatosan visszaestek (Bíró, 2002). Mára a kisszerszámos, népi halászat megszűnt a tavon, s míg néhány évtizede még a halászat hasznosította lényegében a tó teljes halállományát, direkt gazdasági célból, addig ma a halászat csak az idegenhonos fajok kártételét hivatott mérsékelni, ennek gazdasági haszna csak másodrendű szempont. A halászatot a horgászat váltotta fel, jelenleg évente összesen több mint 40 ezren horgásznak a tavon (Bíró et al., 2009). Napjainkban az éves fogás nem kevesebb, mint 600 t, amelyben a szelektív halászatnak köszönhetően a busa és az angolna részaránya meghaladja az 50%-ot (Weipert et al., 2009). 13

16 Faunisztikai szempontból a közlemúltban több kutató is vizsgálta a tavat, s részletezte, elemezte az állomány múltbéli és jelenlegi összetételét, a különféle fajok elterjedését (ld. pl. Bíró et al., 2009; Specziár, 2010; Specziár et al., 2009; Takács et al. 2011). A halfauna hajdani összetételét és időközben bekövetkezett változásait, átalakulását Specziár (2010) a Balaton halfaunájáról írt monográfiája összegezi, illetve alaposan részletezi a jelenlegi állomány összetételét. Ez alapján a Balaton halállományát jelenleg 32 állandó faj alkotja (Specziár, 2010). Ebből mára mindössze 18 az olyan őshonos faj, amelynek állománya önfenntartó, míg az 50-es évek előtt még 36 ilyen őshonos faj élt a tóban (Entz & Sebestyén, 1942; Specziár, 2010). A biomassza nagy részét a dévérkeszeg (Abramis brama L.), a garda, a szélhajtó küsz és a betelepített busa teszik ki (Bíró 1997; Specziár et al., 2000, Specziár, 2010). A között rendszeresen végzett, standard módszereken alapuló, tudományos felmérések alapján Specziár (2010) megállapította, hogy a kopoltyúhálóval vizsgálható halállomány 78%-a a nyíltvízben él. Ezen felül, annak ellenére, hogy egyes fajok állománysűrűsége a nádasokban és az északi part mentén a legmagasabb, állományuk nagyobb része mégis a nyíltvízben található (pl. bodorka Rutilus rutilus (L.), küsz, balin, karikakeszeg Blicca bjoerkna (L.), ponty Cyprinus carpio L.). Kimutatta, hogy a nyíltvízben biomasszáját tekintve elsősorban a dévérkeszeg, a küsz, a garda, a vágódurbincs (Gymnocephalus cernua (L.), a fogassüllő (Sander lucioperca (L.) és a busa a domináns halfajok. Az elmúlt évtizedek halászati és horgászati hozamainak értékelésével számos tudományos írás foglalkozik (pl. Vutskits, 1897; Lukács, 1932; Mihályfi, 1954; Bíró, 1981, 1997, 2000, 2002; Weiperth et al., 2009; Specziár, 2010), amelyekből kiderül, hogy a hivatásos halászok halászati eredményeinek viszonyítási alapja nem szabványos, mivel az évek során mind a módszerek, mind a halászati ráfordítás változott. Az egyes alkalmazott eszközök szelektivitása eltérő volt, illetve nem mindig ismert pontosan az alkalmazott módszer és a halászat intenzitása sem. Ezenfelül a fajmeghatározás is elnagyolt, mivel nem tesz különbséget az egyes pontyfélék (pl. dévérkeszeg, bodorka, karikakeszeg) között, hanem azokat egyetlen kategóriába (keszeg) sorolja. A hivatásos halászok által rendelkezésre bocsátott húzóhálós halászatok eredményei alapján számított egykori és jelenlegi állománynagyság pontossága és megbízhatósága a fentiek ismeretében tudományos szempontból sajnos nem kielégítő (Specziár, 2010). Pontos halállomány méret becslés pedig sajnos más módszerekkel nem történt. A kutatási célból alkalmazott kopoltyúhálós és kéziszákos elektromos halászati módszerek, miközben részletes és értékes adatokat szolgáltatnak az állomány szerkezetéről (faj-, méret- és koreloszlásáról), a halak növekedéséről, táplálkozási szokásairól, egészségi állapotáról, illetve alkalmasak az állományban bekövetkező trendek kimutatására, addig területegységre vetített mennyiségi becslésre sajnos nem alkalmazhatók. Tehát jelenleg nem áll rendelkezésre tudományos szempontból kielégítő minőségű adatsor a Balaton halállományának nagyságáról. Ezen a hiányosságon kívántak változtatni a tihanyi Limnológiai Intézet kutatói, amikor beszereztek egy modern szonár készüléket a 2000-es évek elején. Bár ezt megelőzően, már az 1990-es évek elején is próbálkoztak a hidroakusztikus mérésekkel a tó keleti medencéjében (Paulovits & Bíró, 1991), azonban a készülék kezdetlegessége miatt a felvételekből kinyerhető információ ekkor még erősen 14

17 korlátozott volt. Ezen felül egyetlen, ellenben sokkal komolyabb, tudományos szempontból jól megalapozott, vízszintes sugárzást alkalmazó vizsgálat volt a tavon, amelyet 1997-ben Kubečka és munkatársai végeztek a tó hossztengelye mentén (Kubecka et al., 1997). Vizsgálatuk során a nyíltvízi halbiomasszát 169±112 kg ha -1 -nak találták. A felvételek néhány további részletéről Draštík et al. (2005) cikkében is olvashatunk, amelyben a vizsgálatokat készítő hajónak a halak viselkedésére gyakorolt hatását elemezték különféle módszerekkel között a kutatók elsősorban az újonnan beszerzett, korszerű hidroakusztikus berendezés speciális balatoni körülményekre történő optimalizálásával foglalkoztak (azaz a megfelelő sugárzási irány és dőlésszög, a különféle sugárzás-beállítási paraméterek, pl. hangpulzus gyakoriság és az értékelési módszerek meghatározása). A fentebb már említett, első komolyabb kísérlet a balatoni kopoltyúhálós és hidroakusztikus mérések összevetésére is ebben az időben zajlott (Tátrai et al., 2008). 15

18 3. Problémafelvetés és célkitűzések Az EU Víz Keret Irányelvéhez kapcsolódó szabványokhoz igazodva, állóvizeink halállományát és annak változásait döntően kopoltyúhálós halászatok és végleges szabvánnyal még nem bíró hidroakusztikus mérések segítségével igyekszünk megismerni (CEN, 2005, 2009). E két módszer működési elve alapvetően eltérő. A kopoltyúháló az aktív, az adott területen mozgásban lévő halakat ejti zsákmányul méret szelektíven és így a halállomány faj- és méretszerinti összetételére, illetve relatív mennyiségére vonatkozóan szolgáltat, sajnos bizonytalan pontosságú becslést (Linløkken & Haugen, 2006; Prchalová et al., 2011), míg a hidroakusztikus mérésekkel a halállomány tényleges sűrűsége és méreteloszlása becsülhető viszonylag jó pontossággal, de faji szintű felbontás nélkül (Simmonds & MacLennan, 2005). A felszíni állóvizekben jelenleg leggyakrabban alkalmazott kopoltyúhálós mintavételi módszertan során, a mintavételi erőfeszítés általában nem arányosan oszlik meg az adott víztestet jellemző élőhelyek között (ld. CEN, 2005). Tavakban, különösen sekély tavakban (<10 m) a kopoltyúhálós erőfeszítéseket a legváltozatosabb bentikus halállományokra összpontosítják, miközben a felszín közelében élő halak alulkutatottak. Hasonlóan, a hidroakusztikus vizsgálatok is elsősorban a bentikus és nyíltvízi halközösségekre koncentrálnak, és főként a technikai korlátoknak (minimális mérési távolság, közeghatárok) köszönhetően aránylag kis figyelmet fordítanak a vízfelszín közelében és a part menti sekély vízben élő halakra. Néhány, a közelmúltban született tanulmány azonban már hangsúlyozza a nem bentikus halak fontosságát az édesvízi ökoszisztéma-folyamatok vizsgálata során mind mély (Kubečka & Wittingerova, 1998; Knudsen & Sægrov, 2002; Lauridsen et al., 2008; Emmrich et al., 2010), mind sekély tavakban és tározókban (Olin & Malinen, 2003; Mous et al, 2004; Specziár et al., 2009a). Annak ellenére, hogy a Balaton nagyon sekély (átlag mélysége 3,2 m), halállományának eloszlása a vízoszlopban, a fajok előfordulását tekintve függőlegesen jellegzetes átmenetet mutat, azonban a biomassza ezt nem követi és az a teljes vízoszlopban, meglepőmódon, közel egyenletes (Specziár et al., 2009a). A kopoltyúhálós vizsgálatokból kiderült, hogy a Balaton nyíltvízi halbiomasszájának körülbelül egyharmadát a felszíni életmódú szélhajtó küsz adja (Specziár & Takács, 2007; Specziár, 2010). Ezért fontosnak találtuk megvizsgálni, hogy van-e információveszteség, ha kizárólag az EN14757:2005 Európai Standardnak (CEN, 2005) megfelelő hálókat alkalmazzuk a balatoni halállomány tanulmányozására. Emellett alapvetőnek tartottuk, hogy az eddigieknél pontosabb képet kapjunk az állományok mennyiségi viszonyairól, megteremtve a szükséges beavatkozások tudományos alapjait. Abból indultunk ki, hogy a halállományok és környezetük, valamint az állomány kihasználása közötti kapcsolatok megismerése a halászat-horgászat irányítói számára olyan eszközrendszert ad, amely alkalmas lehet a környezetbarát (ökológiai) halgazdálkodásra. Úgy gondoltuk, hogy a két módszer, a Balatonon 15 éve rendszeresen alkalmazott kopoltyúhálós halászat és az új, korszerű hidroakusztikus állománymérések sikeres összekalibrálása vezethet el minket oda, hogy állóvizeink halállományát az 16

19 eddigieknél sokkal pontosabban, mindemellett könnyebben, olcsóbban és jóval kisebb környezeti beavatkozással határozhassuk meg. Kutatásaink során tanulmányoztuk az EU VKI által javasolt EN14757:2005 standard kopoltyúhálós mintavételi módszertan alkalmasságát a Balaton, illetve általában a hasonló mérsékelt övi termelékeny tavak halállományainak reprezentatív jellemzésére, valamint a hidroakusztikus mérések és a kopoltyúhálós fogási adatok kapcsolatát és egymásnak való megfeleltethetőségét. Az értekezés az alábbi kutatási feladatokra koncentrál: 1. A halközösségek fajösszetételének, testhossz-gyakoriság eloszlásának, egyedszámának és biomasszájának meghatározása a Balaton nyíltvizében, tekintettel az évszakos, éves és medencék közötti különbségekre; 2. Az Európai Standard (CEN, 2005) kopoltyúhálós mintavétel reprezentativitásának vizsgálata, különösképpen a felsőbb vízrétegek halállományainak mellőzéséből adódó információ veszteség jelentőségének értékelése a Balaton nyíltvízében; 3. A kopoltyúhálós CPUE és a hidroakusztikus állománysűrűség értékek közötti kapcsolat feltárása, figyelembe véve a fontosabb biotikus és abiotikus környezeti tényezőket; emellett a kopoltyúhálós halászatok mérséklésének mérlegelése a balatoni halközösségek jellemzése során; 4. A hidroakusztikus mérések alkalmazási feltételeinek meghatározása a Balatonban. 17

20 4. Anyag és módszer 4.1. Mintavételi helyek 593 km 2 területével, a Balaton Közép-Európa legnagyobb sekély tava. A tó 78 km hosszú, átlagosan 7,6 km széles, 3,2 m mély és 104,8 m-rel a tengerszint felett található. Területének mindössze 0,1%-a mélyebb, mint 5 m, amely rész tihanyi kútként ismert. Aljzata döntően egyenletes, jelentősebb vízmélység változások nem jellemzők. Napjainkban a tó mezo-eutróf, átlagos éves klorofill-a koncentrációja 3,6 és 18,7 mg L -1 között változik (Istvánovics et al., 2007). A vízpart 47%-át nádas övezi, hínárnövényzet csak szórványosan, a partmenti zónában fordul elő. Vize enyhén lúgos, körülbelül 400 mg L -1 Ca 2+ és Mg 2+ (HCO 3 - ) 2 -ot tartalmaz, ph-ja 8,2-9,1, konduktivitása μs cm -1. Bár különleges körülmények között (például jégborítás alatt) a víz átlátszósága elérheti a 1,5-1,8 m-t is, a tó vize általában zavaros és Secchi-átlátszósága 0,2-0,8 m közötti. Hőmérsékleti rétegződés nem, vagy csak kivételes esetekben alakul ki, a felszín és az aljzat vízhőmérséklete közötti különbség nem haladja meg a 2-3 C-ot (Herodek et al., 1988). Oxigénhiányt még nem figyeltek meg a tóban, a szennyezőanyagok koncentrációja alacsony vagy kimutathatatlan. Balatonfűzfő Tihany III. Zánka IV. Zamárdi Siófok IV. II. Szigliget I. Keszthely Balatonboglár III. Zala folyó 1. ábra: A mintavételi helyek (szürke körök) elhelyezkedése medencénként a Balaton hossztengelye mentén a nyíltvízben. I.: Keszthelyi medence Keszthely; II.: Szigligeti medence Szigliget, III.: Szemesi medence Balatonboglár, Zánka; IV.: Siófoki medence Siófok, Zamárdi. A mintavételeket széles tér- és időléptékben végeztük a tó hossztengelye mentén a nyíltvízi régióban, hogy mind a halállomány-sűrűség, mind a környezeti körülmények jól elemezhető gradienst biztosítsanak. Minden alkalommal megmértük a víz hőmérsékletét ( C) fél méterrel a felszín alatt, a vízmélységet (m) és a Secchi-átlátszóságot (cm). A 18

21 mintavételek a parttól legalább 1500 m-es távolságban történtek. A halállomány vizsgálatok mintavételi helyeit az 1. ábra mutatja Kopoltyúhálós halászat 2006 és 2010 között összesen 45 kopoltyúhálós halászatot végeztünk október és 2007 októbere között 14 nyíltvízi halászat alkalmával (126 kopoltyúháló szett) vizsgáltuk az Európai Standardnak megfelelő bentikus hálók (CEN, 2005) (továbbiakban standardháló) reprezentativitását, 3,7-4,5 m-es vízmélység mellett (Függelék 14. táblázat) között 35 alkalommal végeztünk a halászatokkal párhuzamosan hidroakusztikus halállományméréseket (Függelék 15. táblázat). A mintavételek során egyszerre háromféle hálót alkalmaztunk. Az első típus, a standardháló (Nippon Verkko oy, Finnország) 12 különböző, 5-55 mm között (csomótól csomóig mért) változó lyukbőségű panelből áll, amelyek mélysége 1,5 m. Az egyenként 2,5 m hosszú, eltérő lyukbőségű panelek 43; 19,5; 6,25; 10; 55; 8; 12,5; 24; 15,5; 5; 35 és 29 mm sorrendben követték egymást. A paneleket egy 30 m hosszú lebegő felin és egy 33 m hosszú súlyozott alin tartotta. A hálószemek feszülési aránya 4 minden háló esetében 0,5 volt. A standardháló felinjének vízben mért lineáris sűrűsége 7 g m -1, alinjának levegőben mért lineáris sűrűsége 22 g m -1, így a háló alinja a fenéken terült el. A második háló típus a standardháló felszíni változata (továbbiakban felszíni háló), amelynél a felint (vízben mért lineáris sűrűsége 31 g m -1 ) úgy állítottuk be, hogy az a vízfelszínén lebegjen. A harmadik háló a standardháló kétszeres magasságú változata volt (továbbiakban duplaháló), azzal a különbséggel, hogy ebből a szettből kimaradt az 5 mm-es lyukbőségű panel. A dupla háló alinja is a fenéken terült el. Minden alkalommal három-három standard, felszíni és duplahálót tettünk ki. A hálókat minden alkalommal egymás után, véletlen sorrendben azonos vízmélységben állítottuk fel, minden szett között egy hálónyi hosszúságú szünetet hagyva. Az aljzat minden mintavételi helyen egyenletes és makrofitáktól mentes volt. Annak érdekében, hogy elkerüljük a hálók telítődését, amely a Balaton esetében igen rövid idő alatt bekövetkezik (Specziár et al., 2000; Specziár, 2001; Erős et al., 2009b; Specziár et al., 2009a) (1. kép) és az ebből adódó hibalehetőséget (Olin et al., 2004; Prchalová et al., 2011), 3 órás mintavételi időt alkalmaztunk. 4 A kopoltyúhálók esetében a hálószemek feszülési aránya adja meg, hogy milyen mértékben van kifeszítve a háló az alin és felin között. A feszülési arány elméletben 0 (az összes szem egy pontba van felkötve, vagyis a hálónak nincs vízszintes irányú dimenziója) és 1,0 (a háló széltében teljesen ki van húzva, tehát a hálónak nincs függőleges irányú dimenziója) közötti érték lehet. A gyakorlatban általában a feszülési arány 0,25-0,65 közötti. 19

22 1. kép: Küszökkel telített felszíni háló 2 órás halászat után a Balatonból A halászatokat a reggeli órákban végeztük. Az egyes hálók fogásait külön-külön kezeltük. Mivel a duplahálóból hiányzott az 5 mm-es panel (gyártástechnikai okból), ezért az összehasonlítás során ezek fogását kihagytuk a másik két hálónál is. Ennek a hálószakasznak az adott vizsgálatok szempontjából nem volt jelentősége. Egyetlen egy halfaj, a fogassüllő, nagyon szűk méretcsoportját, az ivadékot (kb. 2,5 cm-es példányok) képes megfogni, az évnek csak egy nagyon rövid időszakában (május vége, június legeleje). Sajnos ilyen kis szembőségben nem lehet már hatékony kopoltyúhálót készíteni, a háló túl merev, amelyet egyrészt a halak könnyen észlelnek, másrészt ilyen kicsi halaknak nincs is elég ereje ahhoz, hogy belefűzzék magukat. Az 5 cm-nél kisebb ivadékot más módszerekkel, pl. vontatott ivadékhálóval lehet csak hatékonyan felmérni. A fogott halak faji hovatartozását meghatároztuk, fajonként megszámoltuk egyedszámukat, megmértük standard testhosszukat (SL, mm) és testtömegüket (M, g) Egységnyi mintavételi ráfordításra eső fogás (CPUE) számítása A fogásokat CPUE értékekként fejeztük ki, amely az egységnyi idő (h) alatt fogott halak száma vagy tömege az egyes hálókban. A fogásokat a mintavételi erőfeszítéssel, azaz a háló hosszával vagy a háló felületével (a standardháló felszíne 41,25 m 2 volt a 2,5 m hosszú 5 mm-es panelt nem számítva) és a halászat időtartamával standardizáltuk, és az egyedszámok esetében NPUE (hal h -1 háló -1 ), a biomassza esetében BPUE (g h -1 háló -1 ) értékeként fejeztük ki. A hálófelszínre történő standardizálást több tanulmányban (pl. Olin & Malinen, 2003; Rask et al., 2003) alkalmazzák és az Európai Standard (CEN, 2005) is javasolja. A halméret szerinti háló-szelektivitást nem vettük figyelembe, mivel a hálók 20

23 anyaga és lyukbőség-eloszlása azonos volt és így az egyes hálók között ilyen jellegű különbség nem lehetett. A teljes vízoszlopra vonatkozó CPUE vo értékeket a duplaháló fogásának (CPUE DH ) és a vízmélység (z, m) függvényében a felszíni háló fogása (CPUE FH ) arányos részének összegeként adtuk meg, az alábbi egyenletnek megfelelően (Specziár, 2010): 4.3. Hidroakusztikus halállománymérés A hidroakusztikus berendezések működési elve A hidroakusztikus halállomány-méréseknek évtizedes hagyományai vannak mind tengeri, mind édesvízi környezetben. Halak, halrajok észlelésére, valamint méretük meghatározására is alkalmas készülékek állnak rendelkezésre a különféle szonaraktól kezdve, az echosoundereken át, egészen a horgászok körében napjainkban rendkívül népszerű halradarokig. A hidroakusztikus módszer azon alapszik, hogy a készülék által kibocsátott hang a vízben található halaknak ütközik, majd onnan több-kevesebb veszteséggel visszaverődik. A kibocsátás és a fogadás közötti időkülönbségből az észlelt hal távolságára, a beérkezett visszhang intenzitásából pedig a halak méretére és abundanciájára következtethetünk. A kibocsátott és visszavert hang többféle veszteséget is szenved (abszorpció általi átviteli veszteség, szóródás, illetve a készüléken belüli átalakítás során elszenvedett veszteség), amelyek befolyásolják a beérkező hang intenzitását, ahogyan a hal helyzete a sugárban és annak visszaverő képessége is. A kutatási célokra használt szonarak elsősorban abban különböznek a többi berendezésektől, hogy amplitúdójuk stabil és már a feldolgozás kezdetén analógról digitálisra konvertálják a fogadott jelet, ennek következtében rugalmasabban használhatók, teljesítményük stabil és nem befolyásolja működésüket az alkatrészek elöregedése, illetve a hőmérsékletváltozás (Simmonds & MacLennan, 2005). 21

24 2. kép: A hidroakusztikus berendezés: a vezérlő számítógép (a), a Simrad EK60 típusú jeladó-vevő (a, c) (c forrás: és a Simrad 120C-7 típusú, osztott hangsugarú jelátalakító fej (b) a hajó orrán rögzítve. A szonarak 3 fő részből épülnek fel, ezek az adó-vevő egység, a jelátalakító fej, valamint a vezérlő és adatrögzítő számítógép (2. kép). Az adó-vevő a vezérlő által meghatározott időközönként, adott frekvenciájú elektromos energiát hoz létre, amit a jelátalakító adott hosszúságú akusztikus pulzussá (ping), azaz hanggá alakít. A szonár által kibocsátott nagy frekvenciájú pingekkel megegyező frekvenciával érkeznek vissza a halakról a visszaverődő echók. Az átalakítófej a beérkező visszhangokat ismét elektromos jelekké alakítja, majd közvetíti a jeladó-vevőben található különféle erősítő áramkörök felé, és végül az így kapott jeleket a számítógép egy értékelő szoftver segítségével összegzi (echointegration) és echogramokon ábrázolja. Ezután a teljes folyamat megismétlődik újra és újra, és így az echogramon kirajzolódnak a víztestben található halak és egyéb célpontok (pl. zooplankton felhő, hínár, kövek, lebegő fák, stb.). Horizontális sugárzás esetén az echogram x tengelyén az időt, illetve mozgó felvételeknél tulajdonképpen a megtett távolságot láthatjuk, y tengelyén pedig a jelek jelátalakító fejtől mért távolságát. A legáltalánosabban alkalmazott jelátalakító készülékek piezo-elektromos anyagokat tartalmaznak, például kerámiát, amelyekben nyomás hatására feszültség keletkezik. Mivel ez a folyamat visszafordítható, oszcilláló feszültség hatására a kerámia kitágul, majd összehúzódik, és eközben hangot bocsájt ki (Simmonds & MacLennan, 2005). A jelátalakító több kisebb elemből épül fel, és az általuk kibocsájtott hangsugarak a konstruktív és destruktív interferencia következtében nem minden irányban egységes, ez eredményezi a keletkező sugárnyaláb mintázatát (sugármintázat). A jelátalakító irányítottsága miatt leginkább egy elemlámpa fénysugarára hasonlít egy hal visszhangszintje nagyobb, ha a hal a sugárzás fő tengelyével egybe esik, mintha a tengelyen kívül esik. Ennek következtében, ha a hal méretének meghatározása a cél, akkor a visszhangszintet a hal sugárbeli helyzetének megfelelően kompenzálni kell. Tehát, amennyiben a halak méretét közvetlenül szeretnénk megmérni, ahhoz ismernünk kell a halnak a sugár tengelyétől mért távolságát. Az aránylag egyszerű, egysugaras technikával működő 22

25 rendszerek esetében így a méret meghatározása csak bonyolult statisztikai számításokkal lehetséges, ezért ezt a típust elsősorban a halrajok észlelésére használják. A méret közvetlen meghatározására a több sugaras rendszerek képesek, mint például a kettős sugarú szonár, ahol a belső keskeny sugarat, egy külső széles sugár öleli körül, vagy az osztott sugarú szonarak. A kettős sugarú készülékek esetében a két sugárból származó visszhangjel összehasonlításából számítható ki a tengelytől mért távolság. A leggyakrabban alkalmazott és jelenleg legjobb, osztott hangsugarú rendszerek 3 dimenzióban tudják meghatározni a célpont helyét. Ezek a jelátalakítók négy, egymástól azonos távolságra elhelyezett vevőegységet tartalmaznak, így ha a hal a sugárzás fő tengelyén kívül esik, a visszavert hang a különálló elemeket különböző fázissal fogja elérni, tehát a sugármintázat ismeretében a beérkező visszhangok fáziseltérésből meghatározható a célpont pontos helyzete a sugárban (Balk, 2001; Simmonds & MacLennan, 2005). Az adó-vevő fő feladata a visszaérkezett jelek felerősítése. A négy jelet külön erősíti fel, majd egy fázis-detektor és egy amplitúdó-detektor felé adja tovább. A fázis-detektor összehasonlítja a jeleket és kiszámítja a célpontok szöghelyzetét. Az amplitúdó-detektor a négy jelet összevonja, és a magas frekvenciájú jelek összegéből a csúcsokat detektálja. Ezek a csúcsok egy, az echó-intenzitást tartalmazó alacsony frekvenciájú módosított jelet alkotnak (Balk, 2001). Ebből a jelből képez mintákat az adatértékelő szoftver (Sonar5-Pro Post Processing System, Lindem Data Acquisition), majd a megfelelő egyenletek (ún. szonár egyenletek) alkalmazásával ezeket értelmezi és térfogati visszaverődési erősség értékekként (S v, db) az ún. amplitúdó-echogramon (Ampechogram) ábrázolja (Balk & Lindem, 2007). A modell, amellyel a visszaérkező echóintenzitást leírjuk a szonár egyenlet. Általában két egyenletet alkalmaznak, az egyik a térfogati visszaverődés modell, amely a halak, halrajok echóit integrálja: ahol a célpont egy egységnyi víztérfogat egyes célpontokat, azaz egy-egy halat ír le:. A másik egyenlet a pontforrás modell, amely ahol a célpont visszaverési keresztmetszete (Balk & Lindem, 2007). Az adó-vevő készülék másik fontos feladata, hogy a beérkezett jeleket a terjedési és abszorpciós veszteségekkel kompenzálja az ún. időben változó erősítő (Time Varied Gain, TVG) segítségével (Simmonds & MacLennan, 2005). Tehát a TVG meghatározza, hogy mennyivel kell az echó-intenzitást a távolság növekedésével kompenzálni, és így az eredmény a célpont távolságától független lesz. Az egyes halak echóinak megszámlálása, vagyis a pontforrás modell esetén 40 log R-rel, míg térfogati visszaverődés, azaz halrajok esetén 20 log R-rel kell kompenzálni az echó-intenzitást, ahol R (m) a távolság (Balk & Lindem, 2007). Az adó-vevő további funkciója, hogy megszűri az átalakítóból érkező jeleket és az erősítő sáváteresztőjén kívül eső frekvenciájúkat visszautasítja. A szűrést általában a sávszélességgel (B) fejezik ki, azaz a szonár közép-frekvenciáján (f 0 ) kapott 23

26 válaszhoz képest az f 0 ± B/2 frekvenciájú jelek 3 db-lel gyengébbek. A kibocsájtott pulzus f 0 frekvenciájú adott számú ciklus. Ennek a pulzusnak a frekvencia-spektruma a pulzus időtartamtól (τ, s) függ, és azzal fordítottan arányos. Minél rövidebb a pulzus, annál szélesebb a spektrum. Minél távolabb esik a frekvencia f 0 -tól, annál nagyobb az energiája. Mivel ez az echóra is érvényes, ezért B-nek kellően nagynak kell lennie ahhoz, hogy az echóenergia nagy részét átengedje. Másrészről viszont a keskeny sávszélesség csökkenti a jelben a szélessávú zajt és megkönnyíti a kis echók észlelését. Általános szabály, hogy a sávszélesség és a pulzus időtartam szorzata, Bτ = 3 kell, legyen. Ezzel elkerülhető a szignifikáns echó energia veszteség (Simmonds & MacLennan, 2005). Mivel a frekvenciával (f, khz) nő a hang abszorpciója, így az egyes készülékek hatótávolságát befolyásolja a frekvencia, azaz minél nagyobb a frekvencia, annál kisebb a hatótávolság. A frekvenciával szoros összefüggésben van a készülék felbontóképessége is, vagyis a kibocsájtott hang hullámhossza (λ, cm): ahol c (ms -1 ) a hang sebessége a vízben. Édesvízi környezetben 120 khz frekvencia esetén ez nagyjából 1-2 cm között van a víz sótartalmától függően (a Balatonban kb. 1,7 cm). A vizsgált tartományon belüli felbontást a pulzusok időtartamának csökkentésével lehet növelni, illetve a halaknak kellően nagy távolságra kell lenniük egymástól, hogy egyes célpontokként tudjuk őket detektálni. Az egyes visszhangok egymástól való elválasztását a pulzus időtartam és a hang sebessége közötti összefüggés befolyásolja: ahol R a távolság két elkülönítendő célpont (R 1 és R 2, m) között. Tehát az egymáshoz Rnél közelebb található célpontoktól származó visszhangokat nem lehet elkülöníteni (Simmonds & MacLennan, 2005; Sullivan & Rudstam, 2008). A felbontó képességet a ping kibocsátási gyakorisága (s -1 ) is befolyásolja, ha túl ritkán bocsátja ki a szonár a hangot, előfordulhat, hogy nem találunk el minden halat vagy nem kellő mennyiségű találattal ahhoz, hogy követhessük az egyes halak áthaladását a sugáron, és így biztosak lehessünk benne, hogy nem ugyanazt a halat detektáljuk többször (ez természetesen a halak és a hajó sebességétől is függ). Azonban, ha túlságosan nagy gyakorisággal bocsájtjuk ki a pingeket és a víz még mindig cseng az előző kibocsátott hangtól, akkor a következő ping új energiát ad a vízhez, amely növeli a visszaverődési szintet, amely csökkentheti a kis halak detektálási valószínűségét. A maximális ping gyakoriságot a háttér visszaverődés elhalási ideje szabja meg, amit pedig a kibocsátott energia nagysága, a távolság és a mintavételi hely jellege befolyásol (Balk, 2001). A halak nagysága és az általuk visszavert echó nagysága között szoros összefüggés van, vagyis a nagyobb halaknak nagyobb az echója, ám a kapcsolat leírása összetett. Egy adott hal echó-amplitúdója a hal sugárban lévő helyzetétől és a sugármintázattól függő sztochasztikus változó, értéktartományát valószínűség-eloszlással lehet leírni. Az eloszlást azonban tovább bonyolítja, ha az echók különféle méretű és fajtájú halaktól származnak. 24

27 Mivel a TS az echó-amplitúdó függvénye, így ugyanez rá is igaz. Az adatok feldolgozása során a rendszer egy vagy több haltól érkező echónak tekinti a beérkezett jelnek bármely olyan részét, amelynek amplitúdója meghalad egy előre meghatározott küszöbértéket. A küszöbértéknek kellően alacsonynak kell lennie ahhoz, hogy a TS eloszlás alsó értéke megfigyelhető legyen (általában -70 db körüli érték). Azokat a jeleket, amelyek nem érik el a küszöbértéket az étékelő rendszer nem veszi figyelembe (Simmonds & MacLennan, 2005). Ezzel kiszűrhető a zaj és a nemkívánatos célpontok, mint például a zooplankton. Ahhoz, hogy a halak végül megszámolhatók legyenek, először meg kell határozni, hogy mely echók származnak egy-egy haltól (egyes echók), és melyek több, egymással átfedő, egyszerre észlelt haltól. Ugyanis, ha két hal ugyanabban a távolságban egyszerre lép be a sugárba és a sugárra merőleges vetületük átfed, akkor az echójukat a jelátalakító egyszerre fogja fogadni. Ebben az esetben az echók között interferencia fog kialakulni, és az echót leíró jel fluktuálni fog. Ha a halak némiképp eltérő távolságban találhatók vagy eltérő szögben állnak a jel elnyúlt és többcsúcsos is lehet. Ebből kifolyólag a fázisok szórása nőhet és így a rendszer nem lesz képes meghatározni a halak valós számát, méretét és helyét a sugárban (Simmonds & MacLennan, 2005). Ennek kiküszöbölésére szolgál a Sonar5-Pro egyes echó detektora (single echo detector, SED), amely észleli azokat az echókat, amelyek feltételezhetően egyes célpontoktól származnak. A SED az amplitúdódetektortól és a fázis-detektortól származó jeleket értékeli. Meghatározott paraméterek alapján teszteli a beérkezett echókat (Balk, 2001; Balk & Lindem, 2007) és megkísérli kiszűrni azokat, amelyek túlságosan elnyúltak vagy kettős csúccsal rendelkeznek és így valószínűleg nem egy, hanem több haltól származnak. A szoftver a jelet többféle kritérium alapján is megvizsgálhatja, az egyik kritérium általában az echó hossza, amely alatt az echó eloszlást értjük a távolság vagy az időtartományban (Balk & Lindem, 2007). A másik kritériumot a maximális sugár vagy nyereség kompenzáció (MGC) adja meg, amely meghatározza a sugár keresztmetszetét. Azok az echók nem kerülnek be az értékelésbe, amelyek a jelátalakító nyílásszöge és az MGC által meghatározott körön kívül esnek, azaz ezeket az echókat nem tekinti a detektor egyesnek. A harmadik kritérium az egyes echókon belüli fázis eltérésen alapul. Egy echó pulzus egy vagy néhány mintát tartalmazhat, amelyeknek átlagértékeiből kiszámítható a szöghelyzet. Ha, túl nagy a szórás a mintákon belül, akkor az echót nem fogadja el megbízható egyes echóként a rendszer. Osztott hangsugarú rendszereknél minden észlelést 5 érték ír le (idő, távolság, intenzitás, hosszirány és keresztirány) (Balk & Lindem, 2007). A SED által észlelt egyes echókat a SED-echogram pontokként ábrázolja, és TS értékekként adja meg az idő és a távolság függvényében. Az echók intenzitását a pontforrás modell írja le. A SED-echogram segítségével végezhető el a biomassza pontos becslése (Balk & Lindem, 2007) A halak méretének, egyedszámának és biomasszájának meghatározása a visszavert hang alapján A halak által visszavert hangenergia, azaz a TS elsősorban morfológiai paraméterektől függ, mint a testhossz, a testtömeg, a zsírtartalom, az ivarmirigyek fejlettségi állapota, valamint az úszóhólyag jelenléte, annak mérete és típusa (Ona, 1990; Hazen & Horne, 25

28 2003). Hasonlóan fontos szerepet játszik azonban a sugárnyalábban a hal tengelyének iránya (különösen vízszintes sugárzás esetén), valamint magának a sugárzásnak a szöge is (Love, 1969, 1977; Simmonds & MacLennan, 2005; Rakowitz & Kubečka, 2006). A mérési pontosságot a halak mérete és az echóerősség közötti kapcsolat, tehát a hal helyzete a hangsugárban, valamint fiziológiai és morfológiai tényezők határozzák meg (Ona, 1990; Ponton & Meng, 1990; Hansson, 1993; Mous & Kemper, 1996; Rakowitz & Kubečka, 2006). A precizitást, azon felül, hogy az egyes berendezések között eleve lehetnek különbségek, legjobban a halak viselkedése, napszakos aktivitási mintázata, vándorlása, illetve nagy halrajok esetén az árnyékolás befolyásolja (Appenzeller & Leggett, 1992; Hansson, 1993). A TS és a halak testhossza közötti összefüggést az alábbi egyenlet írja le: TS = a log L + b ahol a és b adott fajra jellemző konstansok (Simmonds & MacLennan, 2005). Az európai édesvízi halfajokra Frouzová és munkatársai (2005) határozták meg az egyes konstansokat kísérletes módszerekkel. Ez alapján az oldalnézetű TS (TS oldal ), horizontális sugárzás esetén, a következő átlagos összefüggéssel adható meg: TS oldal = 24,71 log L - 89,63 A testhossz és a testtömeg (W, g) között pedig az alábbi átlagos összefüggést kapták: W = 0,0043 L 3,369 A horizontális sugárzással a felvételeken a halak bármely irányból (oldalról, szemből, hátulról) kapott echó-intenzitását láthatjuk. Amennyiben a halak iránya véletlenszerű, Kubečka és munkatársainak (1994) a Sonar5-Pro programba ágyazott dekonvolúciós módszerével a halak besugárzási szögéből adódó hatás kiküszöbölhető. A módszer lényege, hogy azt feltételezi, hogy a legnagyobb méretcsoport tartalmazza az oldalnézetből legnagyobb halaktól származó visszhangokat, az ezt követő, eggyel kisebb csoportba sorolja azokat a visszhangokat, amelyek a legnagyobb halaktól nem oldalnézetből származnak, illetve a pontosan oldalnézetből felvett halak közül a második legnagyobbakat és így tovább. Ez alapján újra számítja az összes hal számát az egyes méretcsoportokban. Ezután a méreteloszlás az in situ TS eloszlásból Frouzová és munkatársai (2005) fenti képletével kiszámolható. Ez a módszer jól bevált és gyakran alkalmazott az európai gyakorlatban (pl. Draštík et al., 2008, 2009; Godlewska et al., 2009; Jůza et al., 2012; Rakowitz et al., 2009). Egy halállományát és jellegét tekintve a Balatonhoz hasonló, európai sekély eutróf tározóban, ahol az hidroakusztikus eredményeket a tározó leeresztésével és teljes lehalászásával ellenőrizték, ezt találták a valós értékeket legjobban megközelítő eljárásnak (Godlewska et al., 2012). Az egyedsűrűség, vagyis az akusztikusan becsült halsűrűség és egyedszám elsődleges mérőszáma a térfogati visszaverődési koefficiens (s v, m 2 m -3 ), illetve ennek egyenértékű logaritmusa, a térfogati visszaverődési erősség (azaz S v = 10 log s v ). Az S v értékeket az Amp-echogramok tartalmazzák. Az s v pedig megadja a mintavételi térfogatban (, m 3 ) található célok összes visszaverődését: 26

29 ahol σ bs (m 2 ) az összegzett visszaverődési keresztmetszet, amely a céltól 1 m-re mért visszavert intenzitás (I 2 ) és a beeső intenzitás (I 1 ) hányadosa, így s v, egyenértékű az egységnyi térfogatban található célpontok sűrűségének (ρ, ind m -3 ) és σ bs szorzatával, tehát: A σ bs az átlagos TS-ből a következő módon számolható: A halak sűrűségét a víztestben méretcsoportonként így az úgynevezett S v /TS súlyozásos módszerrel határozhatjuk meg, amennyiben, mint a Balaton esetében is, jól elkülöníthető egyes visszhangok vannak az echogramokon: ahol N az észlelések összes száma, n k az észlelések száma a k-adik méretcsoportból, σ bsk a k-adik méretcsoport visszaverési keresztmetszete (Balk & Lindem, 2007). Fontos, hogy az összegzésbe az aljzat és a felszín echói ne kerüljenek bele, mivel ezek nagy hibát eredményeznek a halsűrűségben. Az aljzat és a felszín echóinak kiszűrése részben megoldható automatizált módszerekkel, de minden esetben manuálisan is ellenőrizni kell a felvételeket és javítani az esetleges hibákat. A Sonar5-Pro programban a felhasználó a vizsgálat feltételeinek megfelelő lehetőségeket választhat az adatok értékeléséhez. Így beállíthatók a rendszer elhelyezésének paraméterei (mélység, szög, irány), a kalibrációs értékek, a környezetei paraméterek, (pl. vízhőmérséklet, szalinitás, stb.), a felvételi küszöbértékek, az alkalmazni kívánt számítási módszerek (pl. egyes echódetektálás, echóintegrálás). Az analízist megelőzően a felszín és az aljzat echói kiszűrhetők, valamint különféle eljárásokkal a jel-zaj arány (SNR - signal-to-noise ratio, azaz adott sávszélességen a jelenergia és a nem hal eredetű energia aránya, általában dbben kifejezve) javítható. Ilyen eljárás például az ún. cross-filter detektorral történő szűrés, amely képanalízis segítségével meghatározza a célok helyzetét az Amp-echogramon, majd ezek alapján készít egy új, javított SED-echogramot, amelyen tovább vizsgálhatók a kapott célpontok, vagyis különféle kritériumok (pl. echóhossz, pingszám, intenzitás stb.) alapján eldönthető, hogy azok halaknak tekinthetők-e (Balk & Lindem, 2007) A hidroakusztikus mérések Összesen 35 alkalommal végeztünk párhuzamos kopoltyúhálós halászatokat és hidroakusztikus méréseket a Balaton nyíltvízében 2007, 2008, 2009 és 2010 során (Függelék 15. táblázat, 2. ábra). 27

30 Balatonfűzfő Tihany 1., 4., 8.,12. Zánka 3., 6. Zamárdi Siófok 7., 9. 2., 10. Keszthely 11. Szigliget Balatonboglár 5., 13. Zala folyó 2. ábra: A párhuzamos hidroakusztikus és kopoltyúhálós halászatok mintavételi helyei (szürke körök) és sorszámaik a 8. táblázatnak megfelelően. A kopoltyúhálós halászatok már igazolták a Balaton felszíni vízrétegében élő halfajok jelentőségét mind az egyedszámban, mind a biomasszában (lásd: Eredmények: 5.2. Fejezet, 38. oldal), ezért fontosnak találtuk, külön is megvizsgálni, hogy a hidroakusztikus mérések, hogyan viszonyulnak a felszíni kopoltyúhálók fogásaihoz. A felszíni vízréteg vizsgálata mellett számos további indok szólt. Először is, e halegyüttesek általában nem képezik részét a VKI szerinti vizsgálatoknak. Másodsorban, praktikusan, e rétegben biztosítható kellő biztonsággal, hogy a hálós és a hidroakusztikus felmérés ténylegesen ugyanazon vízréteget és csak azt vizsgálja. Emellett, feltételeztük, hogy e halállomány együttesek különleges szerkezetük révén lehetővé teszik, hogy a hidroakusztikus méréseknél is lényegében faji elkülönítést alkalmazhassunk. A mérsékeltövi halfajok nagy részétől eltérően, a küsz inkább a nappali órákban aktív (Vašek et al., 2009), különösen alacsony átlátszóságú vizekben (Olin & Malinen, 2003; Prchalová et al. 2010). Ezért annak érdekében, hogy a napszakos változás halakra gyakorolt hatását (azaz az aktivitást, a napszakos vertikális vándorlást) kiküszöböljük, minden mintavételt reggel végeztünk, 8 órai kezdettel, egyúttal alkalmazkodva ezzel a küsz napszakos aktivitási mintázatához is. A hidroakusztikus méréseket a halászattal párhuzamosan végeztük egy Simrad EK60 (Simrad Co, Norvégia) osztott hangsugarú, E120-7C típusú jelátalakító fejjel (kör alakú, 7x7 -os névleges sugárnyílás) felszerelt 120 khz frekvencián üzemelő szonárral. Mivel a jelátalakító sugara 4 részre osztott, így a visszaérkező jel fáziseltéréseinek összehasonlításával képes kiszámítani a halak pontos helyét a sugárban, alkalmas az irány kompenzálására, kiszámolja a TS-t és in situ tudja mérni a halak mozgásának sebességét is 28

31 (Simmonds & MacLennan, 2005). A mérőfejet a hajó orrán, a hajó mozgás irányára merőlegesen, oldalra nézve 0,4 m mélységben rögzítettük. A sugár tengelyét a vízszinteshez képest 3,5 -kal lefelé döntöttük, úgy, hogy a sugár felső határa párhuzamosan fusson a vízfelszínnel. A szonárt egy laptop segítségével a Simrad ER60 szoftverrel vezéreltük, az adatokat a merevlemezre mentettük. A rendszert 100 W teljesítménnyel működtettük, a kibocsátott pulzusok hossza 0,128 ms volt, a ping gyakoriság 10 ping s -1, a sávszélesség 10,92 khz és a felvételi küszöbérték -100 db. Azért választottunk kimondottan rövid pulzushosszt, hogy az aránylag magas halsűrűségű felső vízrétegben az egyes halak jelei jól elkülöníthetők legyenek az elemzés során, ennek hatásosságát a Godlewska és munkatársai (2011) által végzett mérések eredményei is alátámasztották. A rendszert az egyes mintavételi alkalmak előtt kalibráltuk egy erre a célra kialakított, 23 mm-es, 120 khz frekvencián db referencia TS értékkel rendelkező, réz kalibrációs gömbbel a Foote és munkatársai (1987) által ajánlott eljárásnak megfelelően (pl. Kubečka, 1996; Boswell et al., 2007; Godlewska et al., 2012). Az útvonalat GPS segítségével rögzítettük. Minden alkalommal három egymást követő hidroakusztikus mérést végeztünk azonos útvonalon a hálók körül kifelé sugározva, megközelítőleg elliptikus útvonalon (a hosszabbik sugara hossza kb. 280 m, a rövidebbé kb. 50 m volt). Az akusztikus mérések a hálók lehelyezése után zajlottak, illetve a mérések befejezése után került sor a hálók felszedésére és a halak kiszedésére. Az első mérést a hálók lerakását követően, 15 perccel később kezdtük meg. A mintavételekhez 3 fő volt szükséges, kettő a halászatok kivitelezéséhez, míg egy fő az anyahajó őrzését biztosította. Mivel a horizontális hidroakusztikus mérés rendkívül érzékeny a sugár irányának stabilitására, illetve a jel-zaj arányra, így erre tekintettel a mintavételeket szélcsendes napokon végeztük. A balatoni széljárás azonban mind napszakonként, mind területenként (medencénkként) változatos lehet, ennek következtében, míg a kora reggeli induláskor az időjárási feltételek kedvezők voltak, addig érkezéskor gyakran már nem megfelelő feltételek fogadtak minket. Ehhez hasonlóan, több alkalommal a mintavétel közben erősödött fel a szél, így a felvételek egy része rendkívül zajossá vált a keletkező hullámzás, illetve a vízbe bekerülő buborékok nagy sűrűsége miatt. Ezeket a felvételeket az értékelésből kihagytuk. A hidroakusztikus adatokat a Sonar5-Pro program segítségével konvertáltuk át képelemzésre alkalmas echogramokká (3. ábra). Annak érdekében, hogy az adatokat statisztikailag is részletesen elemezhessük (azaz összehasonlítsuk az egyes mintavételi alkalmak során készített három egymást követő mérést), minden egyes felvételt (azaz egy teljes, a hálók körül megtett nagyjából 1200 m hosszú útvonal során felvett kör adatait) öt, azonos hosszúságú (kb. 240 m) részmintára, ún. elemi távolságnyi mintavételi egységre (Elementary Distance Sampling Unit, EDSU) osztottuk fel. Az echogramokat a jelátalakító minimális mérési távolságától (Fresnel-zónát 5 kihagyva, kb. 2 m) 25 m távolságig, illetve a felső, 1,5 m-es vízrétegnek megfelelően, 12 m távolságig külön is értékeltük. 5 A Fresnel-zóna az a közvetlenül a jelkibocsájtó előtti terület, ahol a kibocsátott hullámfrontok még nem párhuzamosak, a fázis viszonyok eltérők a Fraunhofer-zónához képest, ahol már párhuzamosnak tekinthetők a hullámfrontok és ezáltal a nyaláb alakja megfelelő alakú. A Fresnel-zóna nagysága a jelkibocsájtó átmérőjétől és a hullámhossztól függ. 29

32 a) b) 3. ábra: A Balaton nyíltvízében készült hidroakusztikus felvételek, a halak SED-echogramja (a) és Amp-echogramja (b). Az egyes visszhang észlelésen alapuló SED-echogramokon az CFD segítségével csökkentettük, illetve szűrtük a zaj eredetű eltéréseket (Balk, 2001; Rakowitz et al., 2009; Tušer et al., 2009). Minden EDSU-ra (azaz 15 EDSU alkalom -1 ) külön határoztuk meg a S v -t és az átlagos TS-t. A térfogatra vetített abundanciát (A) és biomasszát (B) az S v /TS súlyozásos módszerrel számítottuk ki (A Tot, B Tot az Amp-echogramból és A SED, B SED a SEDechogramból) (Balk & Lindem, 2007). Jelenleg csak nagyon nehezen és akkor is csak nagy bizonytalansággal lehet a halak irányát meghatározni a sugárban (Tušer et al., 2009). A Balatonon egyetlen, a halak irány szerinti eloszlását vizsgáló tanulmányt végeztek, még 1997-ben, azonban éjszaka és eredményeik nem voltak egyértelműek, de az eloszlást többé-kevésbé véletlenszerűnek találták (Draštík & Kubečka, 2005). Mivel ilyen jellegű vizsgálatokra nekünk nem volt lehetőségünk, így kénytelenek voltunk előzetes feltételezésekbe bocsátkozni a halak irányát illetően. Azt feltételeztük, hogy a halak véletlenszerűen oszlanak el a mintázott vízoszlopban, amit alátámasztott a vizsgált területek nyíltvízi jellege, homogenitása (makrofita-mentes, egyenletes aljzat és mélység), a vizsgálat időzítése (reggeli órák), illetve a hajó elliptikus útvonala is. Így az egyes visszhangok véletlen nézőpontokból felvett TS értékeit Kubečka et al. (1994) dekonvolúciós módszerével alakítottuk át oldalirányú TS értékekké, majd ezután Frouzová et al. (2005) európai édesvízi halfajokra számított oldalnézeti regressziójával testhosszúság és testtömeg értékekké. Mivel a felvételek aránylag zajosak voltak, a TS küszöbértékét -55 db-re (oldalirányból L=2,5 cm hal, Frouzová et al., 2005) állítottuk be és 1 cm-es 30