Survival of zooplankton communities in ships’ ballast water tanks

Abstract

Global maritime transport is a major pathway for the unintentional spread of non-native species, particularly via the uptake and discharge of ballast water. Zooplankton are among the most frequently transported taxa and can alter recipient ecosystems when released. This study examined short-term changes in zooplankton communities and environmental conditions inside two ballast water tanks on the RV Alkor. Three independent 10-day experiments were conducted in Kiel, Germany (October 2017, November 2017, February 2018), with tanks filled from Kiel Fjord and sampled on Day 0, Day 5, and Day 10. Zooplankton abundance and composition were assessed from three 1 m³ replicates per tank and environmental parameters were measured. Generalized linear mixed-effects models revealed significantly lower abundances in tanks immediately after filling compared to pier water, with an overall ~74 % reduction. PERMANOVA confirmed significant community differences between pier and tank samples at Day 0 and pronounced temporal shifts within tanks. SIMPER analysis identified the taxa contributing most to initial differences and to the marked temporal shifts in community composition. Environmental fitting (nMDS + envfit) indicated that dissolved oxygen, temperature, salinity, and trace metals significantly correlated with community trajectories. After 10 days, abundances in all samples still exceeded the IMO D-2 standard of fewer than 10 viable organisms per m³. The findings demonstrate that ballast water conditions can rapidly restructure zooplankton communities through selective survival, even over short holding times, highlighting the ecological risks and the need for fine-scale monitoring to inform effective management.

Hnattrænir sjóflutningar eru helsta leiðin fyrir óviljandi útbreiðslu framandi tegunda, einkum með inntöku og losun kjölfestuvatns. Dýrasvif er meðal þeirra lífvera sem berast oftast og getur breytt vistkerfum á viðtökustöðum þegar því er sleppt út. Þessi rannsókn kannaði skammtímabreytingar í líffélögum dýrasvifs og umhverfisskilyrðum í tveimur kjölfestuvatnsgeymum um borð í rannsóknaskipinu Alkor. Þrjár óháðar 10 daga tilraunir voru framkvæmdar í Kíl, Þýskalandi (október 2017, nóvember 2017, febrúar 2018), þar sem geymar voru fylltir úr Kílarfirði og sýni tekin á degi 0, degi 5 og degi 10. Magn og samsetning dýrasvifs voru metin úr þremur 1 m³ endurtekningum á geymi og mæld voru ýmis umhverfisbreytur. Almenn línuleg blandaðra-áhrifa líkön sýndu marktækt lægra magn í geymunum strax eftir fyllingu miðað við bryggjusjó, með heildarlækkun um ~74%. Fjölbreytugreining með PERMANOVA staðfesti marktækan mun á líffélögum milli sýna úr bryggjusjó og úr geymum á degi 0 og afgerandi breytingar yfir tíma innan geyma. SIMPER-greining auðkenndi þær lífverur sem lögðu mest til upphaflegs mismunar og til skýrra breytinga yfir tíma á samsetningu líffélaga. Umhverfismátun (nMDS + envfit) benti til þess að uppleyst súrefni, hitastig, selta og snefilmálmar hefðu marktæka fylgni við þróun líffélaganna. Eftir 10 daga fór magn í öllum sýnum enn fram úr IMO D-2 staðlinum um færri en 10 lifandi lífverur á rúmmetra. Niðurstöðurnar sýna að skilyrði í kjölfestuvatni geta hratt endurbyggt líffélög dýrasvifs með valkvæðri lifun, jafnvel á stuttum geymslutíma, sem undirstrikar vistfræðilegar hættur og þörfina fyrir smásæja vöktun til að styðja við árangursríka stjórnun.