Anvendt økologi

Anvendt økologi

• Fangst og høsting

• Biologisk kontroll av uønskede arter

• Bevaringsbiologi

• Bygger på generell økologisk teori/kunnskap

• Har bidratt mye til generell økologisk teori/kunnskap

• Har mye til felles faglig sett, men sterke fagtradisjoner hindrer utveksling av ideer/konsepter

Dag Ø. Hjermann

[email protected]

folk.uio.no/hjermann/bio2100/

Fangst og høsting - oversikt• Fiske, jakt og skogbruk – her med vekt på fiske

• Modeller• Modeller for maksimal fangst (i tonn)

(maximum sustainable yield, MSE)• Modeller uten populasjonsstruktur (logistic models)• Modeller med populasjonsstruktur (dynamic pool)

• Modeller for optimalt utbytte (i kroner) (economically optimum yield, EOY)

• Høstingsstrategier

Fangst og høsting – vår siste steinalderaktivitet

Inuiter lystrer stillehavslaks

Lofoten, tidlig 1900-tall

Tråler

Fangst og høsting - modeller

• Modeller spesielt viktig i fiskerier

• Prinsipp: høsting = populasjonstilvekst• Forutsetter at populasjonen befinner seg under likevekt (K)

høsting(kontinuerlig)uten høsting

høsting(en gang i blant)

N

tid

Fangst og høsting – modeller uten populasjonsstruktur

• Graham (1935): basert på logistisk modell

• Lite data tilgjengelig – liten vits med komplekse modeller

Logistisk modell (I)

dN dt

Populasjonsvekst (”produksjon”) i fravær av høsting:

K-NK

N·R

maksimalvekstrate

reduksjon pga.

konkurranse

N

NK0

ganget med

Ant. individer

K-N

KN·R·

NK/2 K0

er lik

Pop. vekst(”produksjon

”)

modeller uten populasjonsstruktur

K-N

KR·

NK0

R Pop. vekstper individ

Logistisk modell (II)

dN dt

K-NN·R qXN

reduksjon pga.

fangst

konstant (fangbarhet)

fangstinnsats (f.eks. antall båter*døgn)


Populasjonsvekst med høsting = produksjon - fangst:

K

Logistisk modell (III)

Fangsten er størst mulig når produksjonen er størst mulig- dvs. når N = K/2

dN dt

K-NK

N·R qXN

produksjon

fangstnår populasjonen er stabil

Fangstinnsats som gir stabil pop.: X=R/(2q) X=0X=R/q


K-N

KN·R

NK/2 K0

Pop. vekst(”produksjon

”)

Logistisk modell (IV)

X

R/q

når pop. er stabil

R/(2q)

dN dt

K-NK

N·R qXN

Fangsti forhold til

fangstinnsatsqXN


Eksempel: ansjos i ”upwelling” utenfor Peru

Fiskeintensitet (tonnasje)

Fan

gst (

mill

. ton

n)• Verdens største fiske

• Fiskingintensiteten nær det teoretiske optimum

• Men: ansjosen kollapset likevel!Miljøbetingelsene endret seg: El Niño fra 1972.

ÅrF

angs

t (m

ill.

tonn

)


Eksempel: ansjos i ”upwelling” utenfor Peru (II)

kaldt, næringsrikt varmt, næringsfattig

Normalår under El Niño

• Normalt: kaldt, næringsrikt bunnvann tilføres overflaten ved upwelling

• El Nino: Endring i Stillehavets sirkulasjon upwelling stopper planktonproduksjonsynker matmangel for ansjos

• 1972: Ansjosen konsentrerte seg i resterende områder med kaldt vann ”siste rest” ble fisket


Fangst og høsting – modeller med populasjonsstruktur

• Dynamic pool models – inneholder estimater/antagelser om rekruttering, naturlig dødelighet og individuell vekst

• Mer realistisk (men krever aldersbestemming av fisk)

Modell for optimal ”fangst per rekrutt”

Eks. torsk (skrei)Utviklingen for en gitt kohort

(dvs. alle fisk gytt i et bestemt år)

Alder

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Utsatt for fiskeRekrutteringsalde

r

Oppgave: maksimere antall tonn vi til sammen får fra å fiske på kohorten (alder 3-12 år) i

forhold til antall 3-åringerAntall

modeller med populasjonsstruktur

Modell for optimal ”fangst per rekrutt” (II)

• Antar konstant naturlig dødelighet (M) og fiskedødelighet (F)

• Antall fisk i kohorten avtar eksponentielt avhengig av summen av M og F


AntallNt

Antall overlevende fisk

Alder (t)3

Uten fiske

Hardt fiske

Lite fiske

Nt = Re-(F+M)t

Modell for optimal ”fangst per rekrutt” (III)

• Kobles med vektutvikling

VektW

ganget med

Individuell vekt

Alder3

Antall

Antalloverlevende

Alder3

Uten fiske

Hardt fiske

er lik

Alder3

Tonn

Tonnfiskede fisk

Lite fiske

Hardt fiske

AntallN

Antallfiskede fisk

Alder3

Lite fiske

Hardt fiske


Fangst for alder t = FNtWt

Fangst tilsammen = FNtWtt

Modell for optimal ”fangst per rekrutt” (IV)

• Men: For at optimumet virkelig skal være optimalt, må en anta at antall rekrutter ikke påvirkes av antall kjønnsmodne fisk


Alder3

Tonn

Lite fiske

Hardt fiske

Fiskeintensitet (F)

Tonn

Lite fiske Hardt fiske

Optimum

Populasjonsregulering

• Den norske forskeren Johan Hjort (1914) fant at mesteparten av variasjonen i årsklasser hos marine fisk (sild, torsk etc.) ble etablert på et meget tidlig stadium (den kritiske periode)

• Det er blitt et aksiom i fiskeriforskning at all vesentlig variasjon i dødelighet foregår i de første uker/måneder etter klekking mye forsking viet til rekrutteringsprosessen

• Det antas at man kan ignorere variasjon i naturlig dødelighet på senere stadier (antas som regel å være M = 0.2). (Praktisk talt) all variasjon i dødelighet etter rekruttering skyldes fiske.

• Få bestander har gode nok data for å sjekke disse antagelsene grundig


To klassiske modeller for rekruttering

• Ricker-modellen- tendens til svinginger- kortlivede arter

• Beverton-Holt- tendens til stabilitet- langlivede arter


Bestandsstørrelse (tonn)

Tonn

optimum (Beverton-Holt)

optimum (Ricker)

• Andre modeller finnes også…

Variasjon i rekruttering

• …men mange (de fleste) bestander viser meget stor spredning rundt de teoretiske kurvene for bestand-rekruttering

• Mye av variasjonen i rekruttering samvarierer ofte med miljøvariable (for eksempel temperatur, vannsirkulasjon, etc.)

• Miljøvariablene påvirker ikke nødvendigvis fisken direkte – virkningen kan skje ved at miljøet påvirker mengde og tilgjengelighet av for eksempel plankton


MiljøvariablePlankton

Rekruttering

direkte/indirekte?ofte ukjente mekanismer

Norske stammer av torsk og sild: Gytesuksessen (årsklassene) varierer enormt avhengig av temperatur

Arcto-Norwegian cod (1946-)

Ellertsen et al. 1989

3.0 3.5 4.0 4.5

02

00

40

06

00

Annual average temperature

Pe

r ca

pita

co

rre

cte

d r

ep

rod

uctio

n

3.0 3.5 4.0 4.5

02

00

40

06

00

Annual average temperature

Pe

r ca

pita

co

rre

cte

d r

ep

rod

uctio

n

Norwegian spring-spawning herring

(1921-)

Annual average sea temperature

Annual average sea temperature

Rec

ruitm

ent

Rec

ruitm

ent

Warm conditions are necessary – but not sufficient - for cod and herring recruitment

har en del å sihar en del å si

Norsk-arktisk torsk siden 1870

Torskens gytebestand 1870-

2000

Temperatur i østlige Barentshav1900-2000

1920-1960: varmt hav og gode forhold for torsken

1983-: varmt hav men lav/moderat torskebestand

For høyt fiske er med på å hindre utnyttelse av gunstig klima?

Økonomisk optimal fangstinnsats

• økonomisk optimal fangst (economically optimum yield, EOY) maksimal bærekraftig fangst (maximum sustainable yield, MSY)

• logistisk modell + en kostnad proporsjonal med fangstinnsats X: optimal fangstinnsats lavere for EOY enn for MSY

• med ”spillteori” (hver fisker søker å optimere sin egen profitt) + diskontering (1 kilo fisk idag er mer verdt enn 1 kilo fisk om 10 år):optimal fangstinnsats høyere for EOY enn for MSY

• I verste fall er den optimale strategien (for hver fisker) å fiske fisken til utryddelse (tragedy of the commons)

eksempler

Forvaltingsstrategier: kvotesetting

• Tre hovedstrategier for kvotesetting:

1. Konstant kvoteFordeler: økonomisk/sosialt fordelaktig med lav varians i fangstUlemper: ustabil – liten bestand vil kunne utryddes

ikke økonomisk optimal for store bestander

2. Konstant høstingsrate (konstant prosent av biomassen)Fordeler: fangst hvert årUlemper: ikke maksimum økonomisk utbytte

3. Konstant unnslippelse (konstant biomasse unnslipper fangst)Fordeler: maksimum økonomisk utbytte Ulemper: økonomisk/sosialt ulempe med høy varians i fangst

(og enkelte år uten fangst overhodet)

eksempler

Forvaltingsstrategier: reservater

• Strategi i tillegg til kvotesetting: enkelte områder uten fisk/fangst overhodet

• Passer best for bunnfisk med relativt små migrasjoner (torskefisk, flyndre)

• Passer dårlig for fisk som migrerer over store områder (mellom årstider og mellom livsstadier).Eksempel: norsk vårgytende sild - gyter på Norskekysten, lever i Barentshavet til 3 år, i Norskehavet fra 3 års alder, overvintrer i norske fjorder

eksempler

Eksempel: kongekrabbe i Beringhavet• Langlivet, langsomtvoksende art. Fiske kun på hanner – krabber

yngre enn 10-12 år må slippes ut igjen

• Stort fiske på 1970-tallet – kollaps i 1981-1982

• Faktorer:

1. Reproduksjonsrate kan påvirkes av mangel på hanner

2. Mulig høy dødelighet hos undermåls krabber som fanges og slippes ut (= 7x antall krabber som høstes)

3. Tapte krabbeteiner gir økt dødelighet (”spøkelsesfiske”)

4. Overoptimisme fordi fangst var basert på en rekke (usedvanlig?) gode kohorter

eksempler

Eksempel: Labrador-Newfoundland-torsk• Enorm økonomisk, sosial og politisk betydning av fiske fra

1500-tallet

• Dramatisk kollaps i bestanden rundt 1991 – fisket ble stoppet i juli 1992 og er ikke i nærheten av å bli åpnet igjen – 35000 canadiere mistet jobben

eksempler

Eksempel: Labrador-Newfoundland-torsk

• Faktorer:

1. Bestandsestimater basert på ”catch per unit effort” (CPUE). Bestanden konsentrert overestimat

2. Høy dødelighet pga. bifangst/utkast av for liten/uønsket fisk

3. Samtidig skjedde en klimaendring mot kaldere klima (trolig delvis permanent endring pga. drivhuseffekt)

• Gjenoppbygging av bestanden ser ut til å gå ekstremt sent – har økosystemet nådd et alternativt likevektspunkt med mer invertebrater og pattedyr?

eksempler

Eksempel: hvalfangst i Antarktis

• Tidlig hvalfangst i små båter: retthvalene (flyter når de dør) Moderne hvalfangst gjorde det mulig å fange andre arter (Svend Foyn, Tønsberg, oppfinner harpungranaten i 1868)

• Fangst først i nordlige områder, i Antarktis fra ca. 1905 (nordlige bestander desimert; Mehamn-opprøret 1903)

• Bestandene av de største artene sterkt desimert fra 1950-60-tallet, fremdeles på lavt nivå

• Faktorer:

1. Asymmetrisk rekrutteringskurve

2. Faste kvoter (”the Whaling Olympics”)

3. Feilaktig antatt en enkelt bestand for finnhval

eksempler

Eksempel: Norsk vårgytende sild• Langlivet noen få gode

årsklasser kan gi stor bestand (eks. 50-tallet)

• Øket fangsteffektivitet på 60-tallet (sonar, kraftblokk)

• Stimer minst like tette også ved lav bestand

eksempler

overwintering

spawning

> 3 year olds (May)

0-3 yr olds

Feeding area, > 3 year olds

0-3 year olds

Spawning area

>3 year olds(July)

• Fangst/innsats holdt seg høy helt til 1969

• Kaldere havtemperatur bidro

• Flaks reddet den siste resten

Norsk vårgytende sild

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

1900 1920 1940 1960 1980 2000

Gy

teb

es

tan

d (

10

00

t)

Eksempel: Barentshaveteksempler

• Sild og torsk: gode gytebetingelser i varme år

• 1983: varmt år, bra gyting av torsk og sild havforskerene spådde at torskefisket ville bli bra mot slutten av 1980-tallet

• Men det man ikke visste var at 1-2 år gammel sild spiser loddelarver

• Og lodda er nøkkelføde for torsken (fettrik)

capelin young herring

cod

zooplankton


cod

zooplankton

• ”Det har vært flere gode årsklasser for torskeyngelen efter hverandre nå, og selv om dette ikke gir merkbare følger umiddelbart, vil det ikke gå lang tid før vi får et langt bedre grunnlag for torskefisket”

Havforskningsinstituttet til Aftenposten, 12. sept. 1984

• ”Aldri har Lofothavet vært så svart som iår. (…) Den verste sesongen siden fangstregistreringene begynte i 1859.”

Aftenposten, 18. april 1988

Eksempel: Barentshavet

Eksempel: Barentshaveteksempler


cod

zooplankton


cod

zooplankton

Lodde i Barentshavet

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

Bio

ma

ss

e (

10

00

t)

gode sildeår

Lodde

• Men: silda og torsken (og fangst av lodde) forårsaket kollaps i loddebestanden

krise i torskefisketpå slutten av 1980-tallet

100 000 grønlandssel druknet i garn

200 000 sjøfugl døde

eksempler

Økosystemeffekter: Hvem spiser hva i Barentshavet?

Vågehval

Fiske

Grønlandssel Torsk

Hvem spiser

torsken?(gult)

http://www.skipsteknisk.no/rehua.html

Eksempler: fellestrekk1. Overvurdert bestand (krabbe, torsk ved Newfoundland) –

typisk basert på catch-per-unit-effort

2. Undervurdert dødelighet pga. bifangst etc. (krabbe, torsk ved Newfoundland)

3. Endrede klimatiske miljøbetingelser endrer hva som er bærekraftig fangstnivå (ansjos, torsk ved Newfoundland, norsk vårgytende sild )

4. Overser sammenhenger i næringsnettet (Barentshavet)

eksempler

Documents

Anvendt økologi