Local and regional drivers of fish metacommunities in a temperate river catchment

Abstract

In the last couple of decades, it has become apparent in ecology that community structure can be governed by both local (e.g. abiotic and biotic filtering) and regional processes (e.g. dispersal) – known as Metacommunity theory. However, management and restoration projects have lagged, still mostly focusing on the local environment for the benefit of certain species or communities – leading to failed projects and complicating cost-effective management.
The aim of present study is to 1) look at temporal fish community change between 1990-1999 and 2010-2019, 2) identify metacommunities and the assembly rules structuring them in 2010-2019 and 3) assess the effects of past, present and future management on community structure. This was achieved by looking at temporal community turnover following shifts in management, and present local- and regional processes (via principle component analysis) relation (generalized linear model) to certain fish metacommunities (hierarchical clustering analysis).
The results support the current knowledge of metacommunities: local, environmental filtering (i.e. species-sorting) is the main structuring force of isolated headwaters, while regional processes (i.e. mass-effect) is the main structuring force of highly connected, lowland rivers. However, lateral connectivity (i.e. wetlands adjacent to watercourse) seems to operate at smaller spatial scales than longitudinal connectivity, leading to mass-effects in areas where species-sorting previously functioned as structuring force.
Present management and expected community change indicate that the focus on restoring connectivity in the catchment will cause turnover effects favouring highly dispersive species, causing homogenisation of species compositions. Additionally, climate change seem to have the potential to cause significant effect on the structuring of salmonid communities

Popular Abstract (Swedish)

Vad händer bakom stängda luckor?

Människan har sedan urminnestider försökt förstå hur naturen fungerar. Länge har vi anat varför en fiskart, eller flera fiskarter, återfinns i en specifik miljö. Nog måste ni hört ”gäddan lurar i vassen”? Miljöfaktorerna fungerar då som ett filter, där enbart de arter som är anpassade och konkurrenskraftiga för den specifika platsen tar sig genom filtret och överlever. Det är däremot bara en del av sanningen. Även så kallade regionala processer kan, i teorin, styra artsammansättningen via konnektivitet. Detta begrepp går att jämföra med människans vägar som möjliggör transport mellan olika platser. Vid hög konnektivitet kan en art, bildligt talat, trycka sig genom filtret genom spridning från en bra plats till en dålig plats. Filtret kan då enbart påverka tätheten, men inte förekomsten av arten. Framförallt antas hög konnektivitet leda till en homogen artsammansättning. Tyvärr är kunskapsläget om dessa komplexa processer bristande, vilket komplicerar kostnadseffektiv förvaltning. Med starten av projektet LIFE CONNECTS under 2019, där planen är att öka konnektiviteten genom att avveckla dämmen i sydsvenska vattendrag, kändes det givet att undersöka hur fiskartsammansättningen struktureras i en av de vattendrag som ingår i projektet; Skånes andra största avrinningsområde – Rönne å.

I många år har elfisken genomförts i Rönne å avrinningsområde. Med hjälp av plus- och minuspol får man fisk inom en viss radie att simma mot minuspolen som är en stor handhållen stav. Fisken kan då med lätta fångas in, mätas och artbestämmas under bedövning, för att sedan oskadad kunna släppas tillbaka. Genom att jämföra likheter mellan arttätheterna på varje elfiskelokal fann jag fyra ledande artsammansättningar som dominerades av:

1. Öring
2. Lax- och öring (havsvandrande)
3. Mört- och abborre
4. Elritsa

För att kunna urskilja om fiskartsammansättningarna bildas på grund av miljöfaktorer eller regionala processer behövde jag faktorer som kan beskriva de båda. Miljöfaktorer innefattar både icke-levande (till exempel bredd, markanvädning, temperatur och flöde) samt levande faktorer (t.ex. andel undervattensväxter och antal arter per elfiskelokal). Regionala faktorer innefattar främst två typer av konnektivitet: 1) längsgående ned- och uppströms, och 2) sidledsgående, i form av avstånd till närliggande våtmark eller sjö.

Slutsatsen visade distinkta mönster mellan artsammansättningarna och de styrande processerna. I låglandets åar och strömmar hade regionala processer störst påverkan, vilket ledde till en alltigenom väldigt lik sammansättning av arter bestående av lax och öring, till stor del oberoende av platsens miljö. Lägre eller högre ätheter kunde däremot uppstå på grund av miljöfaktorer, men uteslöt aldrig en av arterna förrän konnektiviteten blev så pass låg att miljöfaktorer blev dominerande. När detta hände fanns det två utfall: 1) om platsen var en smal, kylig bäck högt över havet så blev platsen öring-dominerad, 2) om platsen var en bredare, varmare å med väldigt låg konnektivitet så blev platsen dominerad av framförallt elritsa. Både lokaler dominerade av öring och elritsa kan således antas bero till stor del av miljöfaktorer. För mört och abborre visade sig regionala processer även ha den största effekten, men till skillnad från lax och öring, så var sidledsgående konnektivitet den viktiga faktorn. Utöver det gynnade närliggande jordbruk- och fosforutsläpp tätheten av mört och abborre.

Vad dessa resultat kan bidra med är mångfasetterat, till exempel kan vi kan få en mer nyanserad bild av hur och varför vissa arter uppehåller sig på en viss plats. Dessutom kan förvaltning använda metoden för att förutse vilken effekt, och till viss del vilken kraft, en återställningsåtgärd kan tänkas ha på artsammansättningen och tätheterna av specifika arter. Sistnämnda är framförallt viktig, eftersom en mer kostnad- och prioriteringseffektiv förvaltning kan bidra till många positiva effekter på vårt sötvatten och de ekosystemtjänster som vi alla nyttjar. Slutligen kan detta ta oss ett steg närmare en förståelse för något som gäckat oss i många år: hur naturen runtomkring oss fungerar.

Masterexamensprojekt i Biologi, 60hp, 2019
Biologiska institutionen, Lunds universitet

Handledare: Anders Persson
Akvatisk ekologi, Lunds universitet

• author: Larsson, Patrik
• supervisor: Anders Persson
• organization: Degree Projects in Biology
• course: BION03 20192
• year: 2020
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 9018482
• date added to LUP: 2020-06-15 16:06:14
• date last changed: 2020-06-15 16:06:14