Estuarine  ecology  and  environmental  Indicators  

The  ecological  health  of  Rangataua  Bay,  Tauranga  Harbour  

Introduc<on  

•  Estuarine  ecology  •  Te  Tahuna  o  Rangataua;  history  of  the  area    •  Ecological  survey  methods  •  Preliminary  results  of  sediment  characteris<cs  •  Ecological  indicators  to  assess  environmental  health  

Estuarine  Ecology  •  Estuaries  provide  a  buffer  between  land  and  open  ocean,  crea<ng  

uniquely  dis<nct  habitats  for  many  organisms  

•  Flora  and  fauna  found  within  estuaries  have  adapted  to  live  in  harsh  physical  and  chemical  condi<ons  

•  Estuaries  are  vulnerable  to  nega<ve  impacts  from  a  variety  of  human  ac<vi<es  including  de-­‐foresta<on,  agricultural  prac<ces,  urbanisa<on  and  discharge  of  pollutants  and  waste  to  marine  environments  

•  Nega<ve  impacts  associated  with  wastewater  discharge  and  terrestrial  run-­‐off  can  include  sedimenta<on,  eutrophica<on  and  toxicity  to  sediments,  organisms  and  the  water  column.  

Area  of  study  

•  Reclama<on  of  the  bay  for  the  si<ng  of  oxida<on  ponds  occurred  in  1974.    

•  Bioresearches  (1974)  conducted  an  ecological  study  of  the  area  before  reclama<on  occurred  

•  The  Mangatawa  Drain  was  built  some  years  before  1974,  which  discharges  storm  water  into  the  bay  from  state  highway  2  and  the  Papamoa  catchment  

Te  Tāhuna  ō  Rangataua  is  a  bay  in  the  Welcome  Bay  area  which  is  located  adjacent  to    the  Te  Maunga  Wastewater  Treatment  Plant  and  its  treatment  ponds  

Bioresearches  (1974)  •  Ecosystems  within  the  area  of  

reclama<on  that  were  considered  ecologically  important  included  marshland  and  seagrass  beds.    

•  Marshland  played  important  ecological  roles    

                       -­‐buffering  the  shoreline                            -­‐protec<ng  from  erosion                            -­‐serving  as  biochemical  filters  

•  A  dense  popula<on  of  Ti<ko  were  a  dominant  biological  feature  in  the  marsh  area  

•  The  marsh  supplied  a  stable  niche  and  food  to  many  species  both  locally  and  with  <dal  transport,  to  the  Welcome  Bay  area  in  general.  

Bioresearches  (1974)  

 

•  Reclama<on  within  Rangataua  Bay  was  expected  to  “destroy  the  present  ecology”,  reducing  the  marsh  area  by  25%  and  the  <<ko  popula<on  by  33%.  

•  The  area  to  be  reclaimed  was  considered  to  have  high  ecological  and  biological  value,  which  was  expected  to  increase  in  the  future.    

•  The  1974  report  states  if  pond  construc<on  was  done  correctly  with  “impervious  walls  and  stone  capping  material”  pollu<on  from  the  ponds  would  not  be  an  issue,  though  seepages  have  occurred  for  many  years.    

Seepages  

•  One  seepage  from  the  old  oxida<on  ponds  has  been  present  since  1987  and  was  iden<fied  again  during  the  2013  assessment  

•  The  total  area  that  was  affected  from  a  visual  assessment  was  63m2.    Within  this  area,  abundance  and  diversity  of  organisms  is  reported  to  be  limited  

As  a  condi<on  of  the  TCC  Te  Maunga  Waste  Water  consent,  annual  assessment  of  treated  waste  water  seepages  into  the  bay  is  conducted  

Image  taken  from  TCC  Annual  <<ko  and  seepage  monitoring  report  (Gibbons-­‐Davies,  2013)  showing  seepage  site  W6.        

Ecological  survey  methods  Methods  follow  Standardised  Estuary  Monitoring  Protocol  by  Robertson  et  al  (2002)  based  on  benthic  community  and  sediment  proper?es  

Sampling  was  undertaken  in  January  and  February  2014    30  Sites  were  selected  along  three  transect  lines  at  varying  intervals    (5,  15,  30,  50,  100,  200,  300,  400,  500  &  600m)  

At  each  site  a  25  by  10  m  grid  of  ten  plots  was  marked  out  with  10  replicates  in  each  grid.    

Variables  sampled  •  Sediment  samples  were  analysed  for  organic  maeer  (ash  free  

dry  weight),  total  recoverable  Arsenic,  Copper,  Lead,  Mercury,  Phosphorus,  Zinc,  Total  Nitrogen,  chlorophyll  a  and  percentage  of  mud  content  

•  Core  samples  of  benthic  invertebrates  were  collected  (10  replicates  per  site)  to  assess  benthic  community  composi<on.  

•  Overall  300  samples  of  benthic  invertebrates  were  collected  to  be  analysed  

Benthic  invertebrate  core  sample  

Preliminary  sediment  results  •  Mud  percentage  can  indicate  rate  of  fine  silt  sedimenta<on  •  Percentage  of  mud  content  is  moderate  across  sites,  indica<ng  some  

sedimenta<on  is  occurring  in  the  area  

0  

2  

4  

6  

8  

10  

12  

14  

Percentage  of  mud  content  

The  graph  shows  the  average  percentage  of  mud  content  across  sites  (transect  A,  B  and  C)  at  each  distance  (metres)  from  the  WWT  ponds.  

Sedimenta<on  can  suffocate  organisms  and  reduce  heterogeneity  of  ecosystems  within  an  area    In  New  Zealand,  estuaries  are  being  recognised  as  the  coastal  environments  most  at  risk    Within  the  Rangataua  area  sedimenta<on  may  be  coming  from  several  sources,  including  soil  erosion,  the  Mangatawa  Drain  and  freshwater  streams    

Freshwater  inputs  •  Two  freshwater  streams  enter  the  Rangataua  area;  the  Rocky  stream  and  

the  Waitao  stream  

•  Catchment  use  comprises  of  forest                and  pasture  with  some  hor<culture  

•  An  ac<ve  quarry  and  urban  and  road  construc<on  would  have  influenced  sediment  inputs  to  streams  

Waitao  Stream  

Heavy  trace  metals  

•  From  the  heavy  metal  analysis,  none  of  the  heavy  trace  metals  exceed  ANZECC  sediment  quality  guidelines    

•  A  sediment  quality  study  was  undertaken  between  2001-­‐2003  (Parks  2003)  with  2  sites  located  in  Rangataua  Bay.  These  sites  had  high  heavy  metal  concentra<ons  for  copper,  lead  and  zinc.    

•  Cu,  Pb  and  Zc  contamina<on  can  be  aeributed  to  storm  water  discharges  and  urban  run  off    

0  

2  

4  

6  

8  

10  

12  

14  

16  

18  

20  

Pb  mg/kg  average  

Hg  mg/kg  average  

Zn  mg/kg  average  

Heavy  metals  can  provide  a  preliminary  assessment  of  toxic  contamina<on  throughout  food  webs  

The  graph  shows  the  average  heavy  metal  concentra?ons  for  Lead  (Pb),  Mercury  (Hg)  and  Zinc  (Zn)  across  sites  

(transect  A,  B  and  C)  at  each  distance  (metres)  from  the  WWT  ponds.  

Organic  maeer  

•  Organic  maeer  is  found  to  be  higher  across  sites  closest  to  the  treatment  ponds  

•  Percentage  of  organic  maeer  is  moderate  to  low  across  sites,  though  organic  enrichment,  along  with  sedimenta<on  and  pollu<on,  will  be  further  assessed  once  we  have  macro  invertebrate  data  

0  

0.5  

1  

1.5  

2  

2.5  

3  

5m   15m   30m   50m  100m  200m  300m  400m  500m  600m  

Organic  Maeer  Average  

Sediment  organic  content  is  an  important  variable  as  high  levels  of  organic  content  can  result  in  anoxic  sediments,  excessive  nutrients  and  other  nega<ve  impacts    

The  graph  shows  the  average  percentage  organic  maTer  across  sites  (transect  A,  B  and  C)  at  each  distance  from  the  WWT  

ponds.  

Chlorophyll  a  

Increase  in  chlorophyll  a  may  be  related  to:  •   nutrient  concentra<ons,    •  decreased  flow  or  change  

in  hydrodynamics    •   change  in  water  clarity    The  treatment  ponds  may  influence  these  variables  

0  

5  

10  

15  

20  

25  

30  

35  

40  

45  

5m   15m   30m   50m   100m   200m   300m   400m   500m   600m  

Chll  a*  mg/kg  average  

Chlorophyll  a  concentra<ons  are  the  measure  of  micro  algal  growth  in  an  area  and  they  are  also  indicators  which  reflect  organic  enrichment  and  eutrophica<on.    

The  graph  shows  the  average  chlorophyll  a  values  across  sites  (transect  A,  B  and  C)  at  

each  distance  (metres)  from  the  WWT  ponds.  

Nutrients  

•  Total  phosphorus  and  nitrogen  was  found  to  be  low  across  all  sites,  though  concentra<ons  are  highest  closest  to  the  ponds  and  then  decrease  at  short  distances  from  the  ponds  

•  The  decrease  in  values  reflects  the  trend  found  for  chlorophyll  a  

•  Nutrient  levels  could  be  elevated  due  to  the  ponds  but  appear  only  to  be  localised  in  the  immediate  area  

0  

50  

100  

150  

200  

250  

300  

0  

0.01  

0.02  

0.03  

0.04  

0.05  

0.06  

0.07  

0.08  

0.09  

0.1  

TN  g/100g  average  

TP  mg/kg  dry  wt  average  

In  shallow  estuaries  such  as  Rangataua  Bay  nutrients  can  accumulate  within  the  sediment  

The  graph  shows  the  average  nutrient  values  across  sites  (transect  A,  B  and  C)  at  each  distance  (metres)  

from  the  WWT  ponds.  

Environmental  Indicators  •  Benthic  invertebrates  are  a  common  tool  used  in  

environmental  management.  

•  Invertebrates  are  omen  sessile  and  responses  to  pollu<on  can  be  measured  over  months  to  years  

•  Presence  and  absence  of  macro  invertebrates,  in  par<cular  polychaete  worms,  can  give  an  indica<on  of  a  pollutants  presence  over  <me  

Polychaete  worms  

Family:  Neriedidae  

Family:  Capitallidae  Species:  Heteromastus  filliformus    

Family:  Spionidae  Species:  Prionospio    aucklandica  

Conclusion  

•  There  has  been  an  observable  loss  of  biodiversity  in  Rangataua  Bay  since  1974  

•  Rangataua  Bay  is  influenced  by  the  treatment  ponds,  Mangatawa  drain  and  the  surrounding  catchment  area  

•  Once  taxonomy  data  is  complete,  we  may  assess  change  in  community  composi<on  based  on  our  sediment  data  and  form  some  strong  conclusions  about  biodiversity  and  ecological  health  of  the  area  

References  Carpenter,  S.  R.,  Caraco,  N.  F.,  Correll,  D.  L.,  &  Howarth,  R.  W.  (1988).  Nonpoint  Pollu<on  of  Surface  Waters  with  Phosphorus  and  Nitrogen.  Ecological  Applica8ons,  559-­‐568.    Dean,  H.  K.  (2008).  The  use  of  polychaete  (Annelida)  as  indicator  species  of  marine  pollu<on:  a  review.  Revista  de  Biología  Tropical,  (56)  11-­‐38.    Gibbons-­‐Davies,  J.  (2013).  Consent  62881  Annual  Report  of  Ti8ko  Monitoring  and  Seepages  into  Rangataua  Bay  2013.  Tauranga:  Tauranga  City  Council.    Gibbs,  M.,  &  Hewie,  J.  (2004).  Effects  of  Sedimenta8on  on  macrofaunal  communi8es:  a  synthesis  of  research  studies  for  ARC.  Hamilton:  Na<onal  Ins<eue  of  Water  and  Atmospheric  Research  Ltd.    Hume,  T.,  &  Swales,  A.  (2003).  How  esturaies  grow  old.  Water  and  Atmosphere  11  (1),  14-­‐15.    Larcombe,  M.  F.  (1974).  Ecological  Impact  Report-­‐  si8ng  of  Oxida8on  Ponds,  Welcome  Bay.  Auckland:  Bioresearches  Ltd;  Steven  and  Fitzmaurice  Consul<ng  and  Sanitary  Engineers.    Madarasz,  A.  (2006).  Ahuriri  Estuary:  Environmental  Assesment  and  Monitoring.  Napier:  Hawke's  Bay  Regional  Council.    Nybakken,  J.  W.,  &  Bertness,  M.  D.  (2005).  Marine  Biology  An  Ecological  Approach  6th  ed.  San  Francisco:  Pearson  Educa<on;  Benjamin  Cummings.    NZ  Transport  Agency  and  Tauranga  City  Council.  (2009).  Mangatawa  Drain  Flood  Bypass  and  TEM  Stormwater  AEE.  Tauranga:  NZTA  and  TCC.    Park,  S.G.  (2003):  Marine  Sediment  and  Contaminants  Survey  (2001-­‐03)  of  Tauranga        Harbour.  Environment  BOP  Environmental  Report  2003/20.  Environment  Bay  of  Plenty,  PO  Box  364,  Whakatane    Tay,  H.  W.,  Bryan,  K.  R.,  &  Pilditch,  C.  A.  (2013).  The  hydrodynamics  of  the  Southern  basin  of  Tauranga  Harbour.  New  Zealand  Journal  of  Marine  and  Freshwater  Research,  47:  249-­‐274.