Modeling the Effects of Fishing and Implications for the Design of Marine Protected Areas: Juvenile Fish Responses to Variations in Seafloor Habitat

Authors

  • James B. Lindholm,

    1. National Undersea Research Center for the North Atlantic & Great Lakes, University of Connecticut at Avery Point, 1084 Shennecossett Road, Groton, CT 06340, U.S.A.
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  • Peter J. Auster,

    1. National Undersea Research Center for the North Atlantic & Great Lakes, University of Connecticut at Avery Point, 1084 Shennecossett Road, Groton, CT 06340, U.S.A.
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  • Matthias Ruth,

    1. Center for Energy and Environmental Studies, Boston University, 675 Commonwealth Avenue, Boston, MA 02215, U.S.A.
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  • Les Kaufman

    1. Boston University Marine Program, Department of Biology, Boston University, 5 Cummington Street, Boston, MA 02215, U.S.A.
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Abstract

Abstract: A number of recent studies have linked post-settlement survivorship of Atlantic cod ( Gadus morhua) with the complexity of the seafloor to which fish settle. Survivorship is greater in habitats of higher complexity (e.g., pebble-cobble substratum with emergent epifauna> pebble-cobble> sand), where cover provides shelter from predators. Fishing with mobile gear such as bottom trawls and dredges reduces the complexity of seafloor habitats. We used a dynamic model to (1) link patterns in habitat-mediated survivorship of post-settlement juvenile cod with spatial variations in habitat complexity, (2) simulate habitat change based on fishing activities, and (3) determine the role of marine protected areas in enhancing recruitment success. Density-dependent natural mortality was specified as three alternative functional response curves to assess the influence of different predator foraging strategies on juvenile survivorship during the first 12 months of demersal existence. We applied the model to a theoretical patch of hard-bottom substrata and to a case study based on seafloor habitat distributions at Stellwagen Bank National Marine Sanctuary (Gulf of Maine, Northwest Atlantic). Our results demonstrate that patterns in the shape of response surfaces that show the relationship between juvenile cod survivorship and density as well as movement rate were similar regardless of functional response type, that juvenile cod movement rates and post-settlement density were critical for predicting the effects of marine protected-area size on survivorship, and that habitat change caused by fishing has significant negative effects on juvenile cod survivorship and use of marine protected areas can ameliorate such effects.

Abstract

Resumen: Estudios recientes han relacionado la sobrevivencia post-establecimiento del bacalao del Atlántico (Gadus morhua) con la complejidad del fondo en el que se establecen los peces. La sobrevivencia es mayor en hábitats con mayor complejidad (e.g., substrato con guijarros con epifauna emergente> guijarros> arena) en los que la cubierta protege contra depredadores. La pesca con equipo móvil (e.g., redes de arrastre y dragas) reduce la complejidad de los hábitats del fondo marino. Utilizamos un modelo dinámico para (1) relacionar patrones de sobrevivencia post-establecimiento de juveniles de bacalao con las variaciones espaciales en la complejidad del hábitat, (2) simular cambios en el hábitat con base en actividades pesqueras y (3) determinar el papel de las áreas marinas protegidas en el incremento del éxito en el reclutamiento. La mortalidad natural denso-dependiente se especificó en tres curvas de respuesta funcional alternativas para evaluar la influencia de las distintas estrategias de depredación en la sobrevivencia de juveniles durante los primeros 12 meses de existencia demersal. Aplicamos el modelo a un mosaico teórico de substratos duros y a un estudio de caso basado en la distribución de hábitats de fondo en el Stellwagen Bank National Marine Sanctuary (Golfo de Maine, Atlántico Noroccidental). Nuestros resultados muestran que: a) hay similitud entre los patrones en la forma de superficies de respuesta que tienen relación entre la sobrevivencia de los peces juveniles y la densidad así como la tasa de movimiento, independientemente del tipo de respuesta funcional; b) las tasas de movimiento y la densidad post-establecimiento fueron críticas para la predicción de los efectos de la extensión del área marina protegida sobre la sobrevivencia; c) los cambios en el hábitat por actividades pesqueras mostraron efectos negativos significativos en la sobrevivencia de juveniles de bacalao y d) el uso de áreas marinas protegidas puede reducir tales efectos.

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