The dynamics in harvested populations

Abstract

We are interested in the effect of harvesting on population fluctuations and for that purpose we develop and analyze an age-structured model where recruitment is a stochastic process and the adult segment of the population is harvested. When a constant annual harvest is taken the coefficient of variation of the adult population increases for most parameter values due to the age truncation effect, i.e. an increased variability in a juvenescent population due to the removal of older individuals. However, if a constant proportion of the adults is harvested the age truncation effect is sometimes counteracted by a stabilizing dynamic effect of harvesting. To study the effect of a variable harvest we also modelled harvesting as a stochastic processes. We find that harvest noise always has a magnifying effect on the fluctuations of the exploited population. We use cod survey data between 1988 and 2010 and auxiliary environmental data to estimate the parameters in a single species state space model, which is used to predict future development of the eastern Baltic cod (Gadus morhua) under different fishing mortality and assumptions about future abiotic conditions. We have demonstrated that exploitation is far more important than abiotic conditions in driving the temporal fluctuations of the Eastern Baltic cod. We analyzed a stage-structured stochastic environment model of the vendace (Coregonus albula) population in the Bothnian Bay with winter water temperature and winter salinity as environmental variables. We calculated the elasticity of the vendace stochastic growth rate (λs) with respect to the mean and standard deviation in vital rates, salinity and water temperature. We found that the mean value of salinity had the largest influence on λs. The high elasticity of λs with respect to the mean juvenile survival for a fished population indicates that one should avoid harvest the youngest individuals.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Svängningar i antalet individer hos en organismgrupp har under lång tid intresserat forskningen. Men sådana fluktuationer i populationer har inte bara ett vetenskapligt intresse. En ökad förståelse för fenomen som dessa kan hjälpa oss att fatta bättre beslut rörande mänskliga aktiviteter såsom fiske, jakt, skogsbruk och jordbruk och förhoppningsvis leda oss mot ett mer långsiktigt hållbart fiske.



På senare tid har det förts en debatt bland fiskeribiologer om hur intensiteten i fisket påverkar ett fiskebestånd. En uppenbar effekt av ett intensivt fiske är att det totala antalet individer i beståndet sjunker. Med andra ord minskar populationens täthet. Om detta samtidigt åtföljs av ökade svängningar i antalet individer i beståndet, dvs. ökad fluktuation i populationen, så inser man lätt att risken för utrotning av ett fiskebestånd ökar drastiskt. Att minska fluktuationerna i beståndet och förstå varför fluktuationerna uppkommer är därför ett av de viktigaste målen med min forskning. Många av de kommersiellt fiskade bestånden har minskat både i biomassa och i antalet individer och ett sätt att minska fluktuationerna i populationerna kan framöver få en stor betydelse för fiskeriförvaltningen.



Vad som händer vid fiske är att åldersfördelningen hos det fiskade beståndet blir förändrat. Oftast är fisket inriktat på de stora individerna medan man lämnar kvar de allra minsta individerna. Vi får en s.k. ålderstrunkerad population. Många forskare anser att det är denna effekt av fisket som orsakar de ökade fluktuationerna. Orsakssambandet förklaras med att små fiskar i allmänhet inte kan lagra lika mycket energi t. ex. i form av fett, som större fiskar kan. De mindre fiskarna klarar inte lika lätt att överleva perioder med sämre förhållanden i miljön jämfört med de större fiskarna. Stora fiskar kan leva på sina reserver och invänta ”bättre tider”. En ålderstrunkerad population kommer därför att ”spegla” förändringar i miljön och en varierande miljö kommer att leda till en fluktuerande population.



En annan hypotes är att ålderstrunkeringen leder till förändringar i s.k. demografiska parametrar, tex. tillväxthastighet, mortalitet etc., hos fiskarna på ett sådant sätt att det förändrar fiskpopulationens stabilitet mot ett mera instabilt läge. Detta instabila läge ger mer fluktuationer i populationen. Denna hypotes har vi dock ej studerat.



Vår forskning visar att ett fiskat bestånd verkligen kan få ökande fluktuationer som en effekt av åldertrunkeringen. Men vi har även visat att fisket faktiskt i vissa fall kan minska populationsfluktuationerna. Fiske kan därför i vissa lägen ge en dämpande effekt på fluktuationerna i det exploaterade beståndet. Vilket utfall vi får av fisket beror på hur fisket går till. Om vi t. ex. fiskar upp en bestämd mängd fisk varje år så kommer detta obönhörligen att leda till ökade fluktuationer i beståndet. Om fiskeuttaget däremot anpassas till fiskebeståndets storlek, ett s.k. proportionellt fiske, så kan faktiskt fisket ha en dämpande effekt på fluktuationerna i beståndet. Detta sker då trots ålderstrunkering.

• author: Wikström, Anders
• supervisor: Niclas Jonzén
• opponent: Professor Stenseth, Nils-Christian, Oslo University, Norway
• organization: Department of Biology
• publishing date: 2013
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ecology
• keywords: fluctuations, temporal, state-space, Harvest, cod, vendace, elasticity, stage-structured, stochastic, growth-rate, Baltic Sea, Bothnian Bay
• in: Doctoral Dissertation
• pages: 133 pages
• defense location: Blå hallen Ekologihuset
• defense date: 2013-03-14 10:00:00
• ISBN: 978-91-7473-474-4
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Theoretical ecology (Closed 2011) (011006011)
• id: a177211a-e2c4-4970-9b76-813991c3d1e6 (old id 3516488)
• date added to LUP: 2016-04-04 12:23:03
• date last changed: 2019-05-21 13:13:54