Diversity of demersal fish assemblages in the Mediterranean

Abstract

[eng] The present Thesis is a multidimensional study of demersal fish diversity in the Mediterranean. Its main aim is the study of Mediterranean demersal fish diversity and the detection of the effects of fishing on it. To do this, different spatial and temporal scales and different continuous and stratified approaches to explain the diversity patterns observed were considered. Data obtained from Mediterranean International bottom Trawl Surveys (MEDITS) developed during the last two decades in the area and information about the bottom trawl fishing effort were used. A new diversity index, N90, was developed from the results of the Similarity Percentage (SIMPER) analysis. The N90 represents the number of species contributing up to the ninety percent of within-group similarity in a group of samples. Its units, expressed as number of species, and the corresponding SIMPER tables, summarizing each species contribution to within-group similarity, facilitate its interpretability. N90 is at halfway between alpha Shannon’s H’ and gamma species richness S diversities, being also correlated, to a lesser extent, to beta S. The R script for the calculation of the index was also developed. The usefulness of N90 to detect changes in fish diversity due to fishing impacts was assessed on the deep shelf of the Balearic Islands using data collected during the MEDITS. To do that, N90 and other ‘traditional’ diversity indices (S, H’, Pielou’s evenness J’, Margalef’s d and Simpson’s 1−λ’) were estimated in two groups of samples subjected to contrasting levels of fishing effort. While N90 displayed a clear response to fishing pressure, with lower values in impacted communities, ‘traditional’ diversity indices showed almost null sensitivity. N90 also showed a response to environmental changes in communities subjected to high levels of fishing pressure, showing the sensitivity of this index to the synergistic effects of climate and fishing. The analysis of MEDITS data between 50 and 800 m depth allowed the identification of a minimum set of indices that provide a good representation of the different aspects of demersal fish diversity in the Balearic Islands. Species richness, evenness and the taxonomic and functional breadth of the species gave complementary information and displayed different responses to fishing pressure. While the impact of fishing on fish communities was detected on the continental shelf, no differences between distinct levels of fishing effort were detected on the slope. That could be due to the demersal fish communities of the middle slope have been subjected to high levels of fishing pressure for a long period, and hence, the vulnerable species could have been replaced by species better adapted to fishing impacts long time before the onset of the monitoring of the fishery. MEDITS data were also used to analyse the spatial and temporal patterns of demersal fish diversity in the whole northern Mediterranean during the last twenty years. The results showed that the diversity of demersal fish assemblages can be explained by the spatial distribution and the temporal trend of the bottom trawl fishing effort in the area. Higher values of diversity were found on the continental shelf of Sicily, the Balearic Islands, Sardinia and Aegean Sea. These last three areas also coincide with low trawl fishing effort values. The consideration of species other than target ones through diversity indices is relevant for the implementation of the Ecosystem Approach to Fisheries (EAF). The new developed N90 diversity index is an alternative to ‘traditional’ diversity indices when trying to monitor fishing impacts and the effects of environmental changes. The easy interpretability of its results can contribute to improve the transfer of scientific knowledge to managers and stakeholders.

[cat] Aquesta Tesi presenta un estudi multidimensional de la diversitat de peixos demersals a la Mediterrania. El seu principal objectiu ` es estudiar la diversitat d’aquests peixos a ´ la Mediterrania i detectar els efectes de la pesca sobre ella. Per explicar els patrons de ` diversitat observats es consideraren escales temporals i espacials diferents i aproximacions cont´ınues i estratificades. S’utilitzaren dades de campanyes cient´ıfiques MEDITS, amb art d’arrossegament de fons, realitzades en aquesta area durant les dues dar- ` reres decades i informaci ` o de l’esforc¸ de la pesquera d’arrossegament de fons. Un nou ´ ´ındex de diversitat, l’N90, es desenvolupa a partir dels resultats de l’an ` alisi SIMPER. ` L’N90 representa el nombre d’especies que contribueixen fins al noranta per cent de la ` semblanc¸a intragrup en un conjunt de mostres. Les seves unitats, nombre d’especies, i ` la taula SIMPER corresponent, resumint la contribucio de cada esp ´ ecie a la semblanc¸a ` intragrup, en faciliten la interpretacio. L’ ´ N90 es troba a mig cam´ı entre la diversitat alfa de Shannon H’ i gamma de la riquesa espec´ıfica S, mostrant tambe una menor ´ correlacio amb la diversitat beta d’ ´ S. Tambe es desenvolup ´ a l’script d’R per a calcu- ` lar l’N90. Mitjanc¸ant dades MEDITS de la plataforma profunda de les Illes Balears s’avalua la utilitat de l’ ` N90 per a la deteccio de canvis en la diversitat dels peixos deguts ´ a l’impacte de la pesca. Per fer aixo, s’estimaren l’ ` N90 i altres´ındexs de diversitat ‘tradicionals’ (S, H’, equitativitat de Pielou J’, de Margalef d i de Simpson 1 − λ’) en dos grups de mostres sotmeses a nivells d’esforc¸ pesquer contrastats. L’N90 mostra una clara ` resposta a la pressio pesquera amb valors m ´ es baixos a comunitats impactades mentre ´ que la dels ´ındexs de diversitat ‘tradicionals’ fou practicament nul ` ·la. L’N90 tambe res- ´ pongue a canvis ambientals a comunitats sotmeses a alts nivells de pressi ´ o pesquera, ´ mostrant la seva sensibilitat als efectes sinergics del clima i la pesca. L’an ` alisi de dades ` MEDITS entre 50 i 800 m de profunditat permete la identificaci ´ o d’un grup m ´ ´ınim d’´ındexs que representen diferents aspectes de la diversitat de peixos demersals a les Illes Balears. La riquesa espec´ıfica, l’equitativitat i l’amplitud taxonomica i funcional ` de les especies donaren informaci ` o complement ´ aria i mostraren respostes diferents en- ` front de la pressio pesquera. L’impacte de la pesca a les comunitats de peixos demersals ´ fou detectada a la plataforma continental mentre que no es detectaren diferencies entre ` nivells d’esforc¸ pesquer al talus. Aix ´ o podria ser degut a que les comunitats del tal ` us´ mitja han estat sotmeses a alts nivells de pressi ` o pesquera durant un llarg per ´ ´ıode de temps i, per tant, les especies vulnerables podrien haver estat substitudes per esp ` ecies ` mes ben adaptades a l’impacte de la pesca abans del monitoratge d’aquesta pesquera. ´ Per analitzar patrons espacials i temporals de diversitat de peixos demersals a tota la Mediterrania nord s’utilitzaren dades MEDITS dels darrers vint anys. Els resultats ` mostraren que la diversitat de peixos demersals es pot explicar mitjanc¸ant la distribucio´ espacial i la tendencia temporal de l’esforc¸ de la pesquera d’arrossegament de fons ` d’aquesta area. Valors superiors de diversitat foren trobats a la plataforma continental ` de Sic´ılia, Illes Balears, Sardenya i la mar Egea. Les darreres tres arees coincideixen ` amb valors baixos d’esforc¸ pesquer. La consideracio d’esp ´ ecies a m ` es de les objectiu ´ mitjanc¸ant ´ındexs de diversitat es rellevant per a la implementaci ´ o de l’aproximaci ´ o eco- ´ sistemica a les pesqueres. L’ ` N90 es una alternativa als ´ ´ındexs de diversitat ‘tradicionals’ per al monitoratge dels impactes de la pesca i els efectes dels canvis mediambientals. La facilitat d’interpretacio dels resultats poden contribuir a millorar la transfer ´ encia de ` coneixement cient´ıfic a gestors i parts interessades.

[spa] Esta Tesis presenta un estudio multidimensional de la diversidad de peces demersales en el Mediterraneo. Su objetivo es estudiar la diversidad de estos peces en el Mediterr ´ aneo ´ y detectar los efectos de la pesca sobre ella. Para explicar los patrones de diversidad observados se consideraron escalas temporales y espaciales diferentes y aproximaciones continuas y estratificadas. Se utilizaron datos de campanas cient ˜ ´ıficas MEDITS, con arte de arrastre de fondo, realizadas en esta area durante las dos ´ ultimas d ´ ecadas e ´ informacion del esfuerzo de la pesquer ´ ´ıa de arrastre de fondo. Un nuevo ´ındice de diversidad, el N90, se desarrollo a partir de los resultados del an ´ alisis SIMPER. ´ N90 representa el numero de especies que contribuyen hasta el noventa por ciento de la ´ similaridad intragrupo en un conjunto de muestras. Sus unidades, numero de especies, ´ y la tabla SIMPER correspondiente, resumiendo la contribucion de cada especie a la ´ similaridad intragrupo, facilitan su interpretacion. ´ N90 se encuentra a medio camino entre la diversidad alfa de Shannon H’ y gamma de la riqueza espec´ıfica S, mostrando tambien una menor correlaci ´ on con la diversidad beta de ´ S. Tambien se desarroll ´ o el ´ script de R para calcular N90. Mediante datos MEDITS de la plataforma profunda de las Islas Baleares se evaluo la utilidad de ´ N90 para la deteccion de cambios en la di- ´ versidad de peces debido al impacto de la pesca. Para ello, se estimaron N90 y otros ´ındices de diversidad ‘tradicionales’ (S, H’, equitatividad de Pielou J’, de Margalef d y de Simpson 1−λ’) en dos grupos de muestras sometidas a niveles de esfuerzo pesquero contrastados. N90 mostro una clara respuesta a la presi ´ on pesquera con valores menores ´ en comunidades impactadas mientras que los ´ındices de diversidad ‘tradicionales’ no. N90 tambien respondi ´ o a cambios ambientales en comunidades sometidas a altos nive- ´ les de presion pesquera, mostrando su sensibilidad a los efectos sin ´ ergicos del clima ´ y la pesca. El analisis de datos MEDITS entre 50 y 800 m de profundidad permiti ´ o´ identificar un grupo m´ınimo de ´ındices que representan distintos aspectos de la diversidad de peces demersales en las Islas Baleares. La riqueza espec´ıfica, equitatividad y amplitud taxonomica y funcional de las especies dieron informaci ´ on complementaria y ´ mostraron respuestas diferentes frente a la presion pesquera. El impacto de la pesca en ´ las comunidades de peces demersales fue detectada en la plataforma continental mientras que no se detecto en el talud. Ello podr ´ ´ıa ser debido a que las comunidades del talud medio han sido sometidas a altos niveles de presion pesquera durante un largo pe- ´ riodo de tiempo y, por tanto, especies vulnerables podr´ıan haber sido reemplazadas por especies mejor adaptadas al impacto de la pesca antes del monitoreo de esta pesquer´ıa. Para analizar patrones espaciales y temporales de diversidad en todo el Mediterraneo ´ norte se utilizaron datos MEDITS de los ultimos veinte a ´ nos. Los resultados mostraron ˜ que la diversidad de peces demersales se puede explicar mediante la distribucion espa- ´ cial y la tendencia temporal del esfuerzo de la pesquer´ıa de arrastre de fondo en esta area. Valores superiores de diversidad se encontraron en la plataforma continental de ´ Sic´ılia, Islas Baleares, Cerdena y el mar Egeo. Estas ˜ ultimas tres ´ areas coinciden con ´ valores bajos de esfuerzo pesquero. La consideracion de especies adem ´ as de las objetivo ´ mediante ´ındices de diversidad es relevante para la implementacion de la aproximaci ´ on´ ecosistemica a las pesquer ´ ´ıas. N90 da una alternativa a los ´ındices de diversidad ‘tradicionales’ para el monitoreo de los impactos de la pesca y los efectos de los cambios medioambientales. La facilidad de interpretacion de los resultados puede contribuir a ´ mejorar la transferencia de conocimiento cient´ıfico a gestores y partes interesadas.