BENTHIC FORAMINIFERA DYNAMICS IN RESPONSE TO NATURAL AND MAN-MADE 

EUTROPHICATION IN THE OLIGOTROPHIC SOUTHEAST MEDITERRANEAN SHELF

Hyams O. 

1, 2 *

, Almogi-Labin A.

3

, Benjamini C. 

1

and Herut B. 

2

1 

Department of Geology and Environmental Sciences, Ben Gurion University of the Negev, - Israel - * orith@ocean.org.il

2 

Israel Oceanographic & Limnological Research, National Institute of Oceanography, Haifa, Israel

3 

Geological Survey of Israel, Jerusalem, Israel

Abstract

Total standing stocks (TSS), simple diversity and in-sediment distribution depth of living benthic foraminifera vary remarkably along the

eastern Mediterranean inner shelf, tracking the trajectory of eutrophication, from naturally oligotrophic to man-made hyper-eutrophic

ecosystem. While the oligotrophic environments show high seasonality, TSS and biodiversity, the anthropogenically eutrophic

environments show small seasonal variationsand low to moderate TSS and simple diversity values.

Key words: Southeastern Mediterranean, benthic foraminifera, eutrophication

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

525

Introduction

The continental shelf of the southeastern Mediterranean is

dominated by recycled Nile delta sediment input from the south,

falling off northwards. This reduced sediment ?ux is coupled to low

natural nutrient input, making the Levant shelf a most oligotrophic

shallow water environment (1, 2). During the last decades, however, it

is subjected to natural as well as man-made eutrophication in?uences

tracking the full range of trophic levels. This makes it a unique area to

study the impact of eutrophication processes on living benthic

foraminifera. This group is most abundant and diverse in the Israeli

shallow shelf (3), and is known to respond to environmental factors,

e.g. food supply and oxygen levels.

The present study aims to record the response of benthic

foraminifera to changes in seasonality and trophic levels in the inner

shelf of the southeastern Mediterranean. This will be done using

benthic foraminifera as sensitive tracers of the natural and man-made

interference. For this, a comparison is performed between 4 sites

along the Israeli coast varying between oligotrophic and hyper-

eutrophic conditions. The southernmost station is probably within the

permanently nutrient enriched Nile cell (post the high Aswan dam,

1965) while the stations to the north represent both natural and local

point source pollution.

Material and Methods

Three permanent stations were sampled during winter and spring

2003 in the southern part of the Israeli coast: AS1, off Ashqelon at

33m; PL3 and PL29, off Palmahim, at 38 and 36m, respectively. A

fourth station S1 at 40m, off Bet-Yannai, was studied during 1996-

1998, and was used for comparison. These sites are situated from south

to north along the known gradient of sediment and nutrient supply

re?ecting increasing distance from the Nile sources with the exception

of the Palmahim PL3 site located amid this transect. PL3 is situated

200m north to a sewage sludge outlet (“Shafdan” domestic sewage

treatment plant) being the most hyper-eutrophic station, with the

highest supply of organic matter. PL29 is located 4.5km north to the

sludge outlet and is a relatively clean station. AS1, located ~27km

southern to Palmahim stations, represents the site most proximal to the

recycled nilotic nutrients’source while S1 located 50km northern to

Palmahim represents the natural highly oligotrophic environment (4).

Water column properties as temperature, salinity, turbidity, pH and

dissolved oxygen were determined in-situusing YSI 6000. Water for

nutrients and chlorophyll-a (Chl-a) was sampled from the sea surface

and above the sea ?oor using Niskin bottles. At each sampling site

sub-cores were taken from a box corer for foraminiferal

reconnaissance and chemical analyses. The sub-cores were sliced

immediately on board into 0.5 or 1cm thick layers and stored in Rose

Bengal-ethanol solution. The oxygen content in the sediment was

measured immediately on board with oxygen-needle-electrodes

(micromanipulator). The Chl-a content, of the top sediment 0.5cm,

was determined using spectrophotometer after lyophilization and

acetone extraction. In the lab, Rose-Bengal stained benthic

foraminifera from the 63-2000µm size-fraction were picked and

counted. The data on the benthic foraminifera refers to the top 5cm of

the sediment.

Results and Discussion

Density, diversity and in-sediment distribution varies considerably

between the three studied sites. In general the TSS varies between 100

and 1300 specimens/10cc and simple diversity varies between 22 and

76 species/site. The in-sediment living depth varies between top 2 to

top 10cm while the average living depth (ALD, cf. 5) is changing

between 0.4 and 2cm.

The benthic foraminiferal census data shows two ecologically

distinct groups. The first group includes sites PL29 and S1 which

re?ect the healthy natural oligotrophic southeastern Mediterranean

inner shelf conditions. The other group includes sites AS1 and PL3

that primarily re?ect mesotrophic and hyper-eutrophic conditions

attributed to man-made interventions.

Oligotrophic southeastern Mediterranean - The first group is

characterized by large seasonal variation in TSS, high diversity,

ventilated sediments down to 2.0 cm and relatively low content of

Chl-a. The average TSS in PL29 is 890±260 (Std. Error of the Mean)

with high TSS of 800-1000 specimens/10cc during spring in both

sites. Species richness is high, with up to 76 species/site in PL29 (on

average 67±9). Living foraminifera are found down to 10cm in PL29

with ALD of 2.7cm. Chl-a of 0.1µg/g occurred during winter,

increasing to 1.7µg/g during early spring.

Anthropogenically eutrophic southeastern Mediterranean -

Sites PL3 and AS1 are characterized by small seasonal variations and

low to moderate TSS and simple diversity values. The TSS in the

hyper-eutrophic PL3 is low with 134±21 specimens/10cc. The simple

diversity is 25±1 species/site, and the in-sediment habitat depth is

restricted to the top 2cm, as also re?ected by the 0.4cm ALD. In AS1

the TSS and simple diversity is somewhat higher with 257±42

specimens/10cc, and 53±3 species/site. The in-sediment depth range

is 2-5cm as is also re?ected by the shallow ALD of 0.5cm.

Periodic anoxia alternating with periods of oxygen penetration

down to 0.9cm occurred in PL3. Chl-a in the top sediment varies

seasonally between 0.2µg/g dry wt. during winter overturn and

10.6µg/g during early spring with the initiation of water column

stratification. In site AS1 the sediments are ventilated down to 0.5-

2cm and Chl-a varies between 0.7µg/g during winter and 3.2µg/g

during early spring.

The increasing nutrient load due to man-made intervention, of

sewage disposal (PL3) or of the permanently nutrient enriched Nile

water (AS1), shows a dramatic impact on the ecologically sensitive

benthic foraminiferal group in the otherwise oligotrophic southeastern

Mediterranean shelf. It considerably reduces the seasonal variability,

causing moderate to sharp decline in species richness whereas in

natural undisturbed regions it is much higher. It also causes a marked

decrease in TSS as compared with healthy regions. It reduces sharply

the living zone of the benthic foraminifera, often to the topmost

sediment layer, occasionally causing the temporary disappearance of

the group.

References

1-Yacobi Y.Z., Zohary T., Kress N., Hecht A., Robarts R.D., Waiser M.,

Wood A.M., and Li W.K.W., 1995. Chlorophyll distribution throughout

the southeastern Mediterranean in relation to the physical structure of the

water mass. J. Mar. Systems, 6: 179-190.

2-Herut B., Almogi-Labin A., Jannink N.T., and Gertman I., 2000. The

seasonal dynamics of nutrient and chlorophyll a concentrations on the SE

Mediterranean shelf-slope. Oceanol. Acta, 23: 771-782.

3-Hyams O., 2000. Benthic foraminifera from the Mediterranean inner

shelf, Israel. M.Sc. thesis (In Hebrew, English abstract), Ben-Gurion

University of the Negev, 228 p.

4-Jannink N.T., 2001. Seasonality, biodiversity and microhabitats in

benthic foraminiferal communities. Geologica Ultraiectina, 203, 192 pp.

5-Jorissen F.J., de Stigter H.C., and Widmark J.G.V., 1995. A conceptual

model explaining benthic foraminiferal microhabitats. Mar. Micro-

paleont., 26: 3-15.