Advanced

Effects of biomanipulation on benthic invertebrates, condition and foraging behavior of benthic fish

Björk Rengbrandt, Jesper (2016) BION01 20152
Degree Projects in Biology
Abstract
Biomanipulation, i.e. to reduced planktivorous- and benthivorous fish in order to receive changes in the trophic structure has been a successful method to improve water quality and the ecological status in eutrophic lakes. The initial idea was to increase the abundance of large zooplankton and thus to cause a trophic cascade with reduced algal biomass. Many studies failed to observe an increase of large zooplankton but still observed improved water quality. Reduced bottom-up effects by fish has been explained responsible for the observations but rarely investigated in field studies. Benthic invertebrates, condition and foraging behavior of benthic fish forms a strong conceptual framework that both can be empirically tested, and provide... (More)
Biomanipulation, i.e. to reduced planktivorous- and benthivorous fish in order to receive changes in the trophic structure has been a successful method to improve water quality and the ecological status in eutrophic lakes. The initial idea was to increase the abundance of large zooplankton and thus to cause a trophic cascade with reduced algal biomass. Many studies failed to observe an increase of large zooplankton but still observed improved water quality. Reduced bottom-up effects by fish has been explained responsible for the observations but rarely investigated in field studies. Benthic invertebrates, condition and foraging behavior of benthic fish forms a strong conceptual framework that both can be empirically tested, and provide information on mechanisms expected to affect water quality, in particular sediment resuspension by fish. When fish was reduced (130 kg/ha in one year) in Tjörnarpssjön (47 ha) an increase of benthos, both total biomass and predation sensitive groups was observed. Benthic fish increased in condition, in particular large bream (> 30cm) confirming that there was a strong relation between benthos and benthic fish. With a higher resource density and improved condition of fish, the foraging behavior of benthic fish changed, measured as a higher giving-up density (GUD). Higher GUD should mean less handling of sediments and thus reduced sediment resuspension by fish. A strong relation between GUD and suspended particles was observed with lower amount of suspended particles in 2015, but not statistically verified due to few observations. Another lake, Bosarpasjön (80 ha) acted as a control since fish were not removed from this lake during the investigated period. In Bosarpasjön no increase of benthos was observed, but the GUD increased in October 2015. The reason for higher GUD in October 2015 remains unclear. Condition of bream and suspended particles was not assessed in Bosarpasjön which would have made the results stronger. Never the less, this study confirms the idea that benthic processes need to be included in lake monitoring programs. Although more research are needed, the parameters assessed should give valuable information about ecosystem state and how well lake restorations develops. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Genom att minska mängden planktivor och bottenlevande fisk (reduktionsfiske eller biomanipulation) kan vattenkvalitén och den ekologiska statusen i övergödda sjöar förbättras. Om metoden utförs effektivt ger den positiva effekter på siktdjup, algmängd samt biodiversitet vilket ökar möjligheterna för rekreation och dricksvatten. En viktig upptäckt vid reduktionsfisken är att bottenlevande fisk har stor inverkan på vattenkvalitén. När bottenlevande fisk söker i sediment efter små bottendjur rör de upp bottenslam och näringsämnen i vattnet vilket gör det grumligt och göder planktonalger. Till vilken grad fisken gör vattnet grumligt tros bero på en kombination av mängden bottenlevande fisk och bottendjur. I sjöar med mycket bottenlevande fisk... (More)
Genom att minska mängden planktivor och bottenlevande fisk (reduktionsfiske eller biomanipulation) kan vattenkvalitén och den ekologiska statusen i övergödda sjöar förbättras. Om metoden utförs effektivt ger den positiva effekter på siktdjup, algmängd samt biodiversitet vilket ökar möjligheterna för rekreation och dricksvatten. En viktig upptäckt vid reduktionsfisken är att bottenlevande fisk har stor inverkan på vattenkvalitén. När bottenlevande fisk söker i sediment efter små bottendjur rör de upp bottenslam och näringsämnen i vattnet vilket gör det grumligt och göder planktonalger. Till vilken grad fisken gör vattnet grumligt tros bero på en kombination av mängden bottenlevande fisk och bottendjur. I sjöar med mycket bottenlevande fisk blir predationen så hög att mängden bottendjur blir mycket låg. Fisken måste då ”gräva” mer i sedimenten och mängden bottenslam och näringsämnen som rotas upp i vattenmassan blir mycket hög. Om tillräckligt med fisk avlägsnas kan populationer av bottendjur återhämta sig, konditionen på fisken förbättras samt fisken ändra beteende till att mestadels äta djur som lever i närheten av sediment ytan. Detta förväntas i sin tur ge positiva effekter på vattenkvaliteten så som minskad mängd suspenderade ämnen i vattnet. Genom att studera bottendjur, kondition och födosöksbeteende hos bottenlevande fisk bör därför tillståndet i en sjö eller effekter av ett reduktionsfiske kunna utvärderas.

Jag studerade bottendjur, kondition och födosöksbeteende hos bottenlevande fisk i två sjöar under olika perioder mellan september 2014 - oktober 2015 där ett reduktionsfiske startade 2014 i en av sjöarna. Bottendjur mättes i oktober 2014, juni och oktober 2015. I sjön som ej fiskades syntes ingen förändring i total biomassa eller större förändringar i samhällsstruktur för bottendjur. I sjön som reduktionsfiskares togs ca 130 kg fisk per hektar bort under ett års tid. Detta gav effekter på populationer av bottendjur där den totala biomassan hade mer än fördubblats i oktober 2015. Många predationskänsliga grupper ökade vilket visar att fisken har en stark påverkan på bottendjursamhället. Med ökad födotillgång ökade också konditionen på fisken, framför allt på braxen (Abramis brama). Födosöksbeteende undersöktes genom att studera vid vilken födodensitet fisken lämnar ett område (giving up density, förkortat GUD) och är baserat på optimal foragerings teori. Detta gjordes genom att placera ett visst antal karp pellets i lådor med sand ute i sjöarna under två timmar och sedan räknades hur mycket fisken lämnat kvar. Detta gjordes i september 2014, juni och september 2015. Enligt tidigare undersökningar lämnar fisken mer mat i sjöar med en hög födotillgång jämfört med sjöar där det finns färre bottendjur. I sjön som fiskades ökade GUD 2015 efter att fisk tagits bort, vilket också bör betyda att fisken gräver mindre i sedimenten. I den reduktionsfiskade sjön syntes ett starkt samband mellan GUD och suspenderade ämnen, men kunde ej testas statistiskt på grund av få observationer. I den ej fiskade sjön var GUD låg vid de två första tillfällena men ökade september 2015. Anledningen till detta är oklart då mängden bottendjur ej förändrats. Det finns mycket att att utforska gällande fisken beteende vad gäller mekanismer och effekter på vattenkvalitet och andra organismer. Sammanfattningsvis visar resultaten på en stark koppling mellan bottendjursamhället och bottenlevande fisk gällande fiskens kondition. Detta tycks påverka beteendet hos fisken vilket i sin tur påverkar mängden suspenderade ämnen. Därför bör dessa parametrar kunna ge viktig information om tillståndet sjöar och de organismer som lever där i, framför allt med avseende på effekter av reduktionsfisken.

Handledare: Anders Persson
Examensarbete för masterexamen i biologi, 45hp 2015
Biologiska institutionen, Lunds univeritet (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Björk Rengbrandt, Jesper
supervisor
organization
course
BION01 20152
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
language
English
id
8870986
date added to LUP
2016-04-13 09:41:26
date last changed
2016-04-13 09:41:26
@misc{8870986,
  abstract     = {Biomanipulation, i.e. to reduced planktivorous- and benthivorous fish in order to receive changes in the trophic structure has been a successful method to improve water quality and the ecological status in eutrophic lakes. The initial idea was to increase the abundance of large zooplankton and thus to cause a trophic cascade with reduced algal biomass. Many studies failed to observe an increase of large zooplankton but still observed improved water quality. Reduced bottom-up effects by fish has been explained responsible for the observations but rarely investigated in field studies. Benthic invertebrates, condition and foraging behavior of benthic fish forms a strong conceptual framework that both can be empirically tested, and provide information on mechanisms expected to affect water quality, in particular sediment resuspension by fish. When fish was reduced (130 kg/ha in one year) in Tjörnarpssjön (47 ha) an increase of benthos, both total biomass and predation sensitive groups was observed. Benthic fish increased in condition, in particular large bream (> 30cm) confirming that there was a strong relation between benthos and benthic fish. With a higher resource density and improved condition of fish, the foraging behavior of benthic fish changed, measured as a higher giving-up density (GUD). Higher GUD should mean less handling of sediments and thus reduced sediment resuspension by fish. A strong relation between GUD and suspended particles was observed with lower amount of suspended particles in 2015, but not statistically verified due to few observations. Another lake, Bosarpasjön (80 ha) acted as a control since fish were not removed from this lake during the investigated period. In Bosarpasjön no increase of benthos was observed, but the GUD increased in October 2015. The reason for higher GUD in October 2015 remains unclear. Condition of bream and suspended particles was not assessed in Bosarpasjön which would have made the results stronger. Never the less, this study confirms the idea that benthic processes need to be included in lake monitoring programs. Although more research are needed, the parameters assessed should give valuable information about ecosystem state and how well lake restorations develops.},
  author       = {Björk Rengbrandt, Jesper},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Effects of biomanipulation on benthic invertebrates, condition and foraging behavior of benthic fish},
  year         = {2016},
}