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Keywords:

  • climate change;
  • ecosystem management;
  • fisheries;
  • predictive modeling;
  • Cambio climático;
  • manejo de ecosistemas;
  • modelo predictivo;
  • pesquerías

Abstract

An important challenge for conservation is a quantitative understanding of how multiple human stressors will interact to mitigate or exacerbate global environmental change at a community or ecosystem level. We explored the interaction effects of fishing, ocean warming, and ocean acidification over time on 60 functional groups of species in the southeastern Australian marine ecosystem. We tracked changes in relative biomass within a coupled dynamic whole-ecosystem modeling framework that included the biophysical system, human effects, socioeconomics, and management evaluation. We estimated the individual, additive, and interactive effects on the ecosystem and for five community groups (top predators, fishes, benthic invertebrates, plankton, and primary producers). We calculated the size and direction of interaction effects with an additive null model and interpreted results as synergistic (amplified stress), additive (no additional stress), or antagonistic (reduced stress). Individually, only ocean acidification had a negative effect on total biomass. Fishing and ocean warming and ocean warming with ocean acidification had an additive effect on biomass. Adding fishing to ocean warming and ocean acidification significantly changed the direction and magnitude of the interaction effect to a synergistic response on biomass. The interaction effect depended on the response level examined (ecosystem vs. community). For communities, the size, direction, and type of interaction effect varied depending on the combination of stressors. Top predator and fish biomass had a synergistic response to the interaction of all three stressors, whereas biomass of benthic invertebrates responded antagonistically. With our approach, we were able to identify the regional effects of fishing on the size and direction of the interacting effects of ocean warming and ocean acidification.

Predicción de Interacciones entre Pesca, Calentamiento de Océanos y Acidificación de Océanos en un Sistema Marino con Modelos de Ecosistemas Completos

Resumen

Un reto importante para la conservación es el entendimiento cuantitativo de la forma en que interactúan múltiples factores estresantes humanos para mitigar o exacerbar el cambio climático global a nivel de comunidad o ecosistema. Exploramos los efectos temporales de la interacción de la pesca, el calentamiento de océanos y la acidificación de océanos sobre 60 grupos funcionales de especies en el ecosistema marino del sureste de Australia. Monitoreamos cambios en la biomasa relativa en el marco de un modelo dinámico acoplado de ecosistema completo que incluyó el sistema biofísico, efectos humanos, socioeconómicos y evaluación del manejo. Estimamos los efectos individuales, aditivos e interactivos sobre el ecosistema y sobre 5 grupos de la comunidad (depredadores superiores, peces, invertebrados bentónicos, plancton y productores primarios). Calculamos el tamaño y dirección de los efectos de la interacción con un modelo aditivo nulo e interpretamos los resultados como sinérgicos (estrés amplificado), aditivos (sin estrés adicional) o antagónicos (estrés reducido). Individualmente, solo la acidificación de océanos tuvo un efecto negativo sobre la biomasa total. La pesca y el calentamiento de océanos y el calentamiento de océanos con acidificación de océanos tuvieron un efecto aditivo sobre la biomasa. Al añadir la pesca al calentamiento de océanos y la acidificación de océanos, hubo cambio significativo en la dirección y magnitud del efecto de interacción a una respuesta sinérgica sobre la biomasa. El efecto de interacción dependió del nivel de respuesta examinado (ecosistema vs. comunidad). Para comunidades, el tamaño, dirección y tipo de efecto de interacción variaron dependiendo de la combinación de estresantes. Los depredadores superiores y la biomasa de peces tuvieron una respuesta sinérgica a la interacción de los 3 estresantes, mientras la biomasa de los invertebrados bentónicos respondió antagonistamente. Mediante nuestro método, pudimos identificar los efectos regionales de la pesca sobre el tamaño y dirección de los efectos interactivos del calentamiento y acidificación de los océanos.