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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-87554
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2017/8755/


Effects of and on the food-web when fishing for maximum sustainable yields in the southern North Sea

Effekte auf und durch das Nahrungsnetz in den auf maximalen Dauerertrag ausgerichteten Fischereien der südlichen Nordsee

Stäbler, Moritz

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SWD-Schlagwörter: Fischerei , Nordsee , Nahrungskette , Ökosystemmanagement , Scholle , Seezunge , Kabeljau , Nordseegarnele , Ökosystem
Freie Schlagwörter (Deutsch): Maximaler Dauerertrag , Nahrungsnetz-Modell , Ecopath , Mehrarten-Fischerei , Gemischte Fischerei
Freie Schlagwörter (Englisch): Fisheries , North Sea , Food-web modelling , Ecosystem-based management , Maximum sustainable yield , Multispecies fisheries , Mixed Fisheries
Basisklassifikation: 42.94 , 48.67
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Natürliche Ressourcen, Energie und Umwelt
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Temming, Axel (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.09.2017
Erstellungsjahr: 2017
Publikationsdatum: 19.10.2017
Kurzfassung auf Englisch: A main objective of fisheries management for the southern part of the North Sea under the European Commission’s Common Fisheries Policy is the achievement of maximum sustainable yields (MSY) from each stock. However, the stocks are not exploited in isolation, but are linked through biological and technical interactions, and the food-web and ecosystem they are part of. This PhD thesis describes the functioning of the southern North Sea’s food-web. It evaluates if, given this functioning, optimum yields of plaice, sole, cod, and brown shrimp can be achieved simultaneously. It also tests if such optimum solutions can be aligned with proxies of good environmental status. Potential changes in the catchabilities of sole and plaice, and their impacts upon MSY fishing are addressed. With the southern North Sea being subject to important ecosystem changes, such as increases in marine mammals and decreased nutrient loads through de-eutrophication measures, this thesis also investigates these processes’ consequences for fishing yields and strategies.


Main tool of this thesis is the parametrization and use of a food-web model of ICES areas IVb and c (Figure I on page VII), using the Ecopath with Ecosim approach and software. The time-static Ecopath model represents the structure and functioning of the southern North, which turned out to be a highly connected, mature food-web (Chapter 1). In Chapter 2, the time-dynamic Ecosim model is subjected to a range of different fishing effort regimes to seek solutions leading to concurrent optimum yields of plaice, sole, cod and brown shrimps; and to test for their compliance with proxies of good environmental status. Its results show that direct and indirect trophic interactions between the four species considerably impair these endeavours. Running empirical data analyses, drivers of changes in the catchabilities of sole and plaice were identified, and their consequences upon MSY fishing and bycatch examined using Ecosim in Chapter 3. The results indicate density-dependent changes in catchabilities of sole and plaice. Higher efforts are thus needed to obtain their MSYs in the model, leading to negative effects on bycatch and other species. Chapter 4 uses predictions made by population and ecosystem models to implement likely developments of marine mammal populations and primary productivity in the Ecosim model to explore their effects on MSYs and associated fishing strategies. Its results indicate that, while reduced system productivity severely affects fishing yields and effort strategies, marine mammals are less of a concern, but for cod fisheries.


The studies compiled in this PhD thesis present the development and use of the first model to holistically address trophic and technical interactions between the fisheries for flatfish, cod and brown shrimps in an ecosystem context in the southern North Sea. They stress the importance of considering multispecies interactions and the role of bottom-up control for MSY-infused fisheries management.
Kurzfassung auf Deutsch: Eine der Säulen der Gemeinsamen Fischereipolitik der Europäischen Union ist das Streben danach, allen befischten Beständen die größtmögliche Produktivität abzuschöpfen, sie also nach dem Prinzip des maximalen Dauerertrags (engl.: Maximum Sustainable Yield, MSY) zu befischen. Jedoch kann ein einzelner Bestand nie als abgeschlossenes System betrachtet werden, ist er doch durch biologische und fischereitechnische Interaktionen und durch das Nahrungsnetz mit anderen Beständen und Arten verwoben. Diese Dissertation quantifiziert die Funktionsweise des Nahrungsnetzes der südlichen Nordsee. Darauf aufbauend befasst sie sich mit der Frage, ob maximale Dauererträge von Schollen, Seezungen, Kabeljau und Nordseegarnelen (oder Nordsee-Krabben) simultan zu vereinbaren sind und wie derartige potentielle, mehrere Arten umfassende Optimal-Lösungen sich gegenüber Indikatoren eines guten Umweltzustandes verhalten. Ändert sich die fischereiliche Fängigkeit von Scholle und Seezunge, so kann sich das auf ein auf MSY ausgerichtetes Fischereimanagement auswirken. Auch diesem Punkt geht diese Dissertation nach. Zudem war und ist die südliche Nordsee im Prozess tiefgreifender Änderungen der Meeresumwelt. So haben etwa die Populationen von Meeressäugern nach Tiefständen in den 70ern beachtlich zugenommen. Am anderen Ende der Nahrungkette wurden seit den 80ern Maßnahmen zur Verringerung der Einfuhr von Nährstoffen durch Abwässer und Landwirtschaft ins Meer umgesetzt. Die vorliegende Dissertation widmet sich daher auch der Frage, wie sich diese Umwälzungen auf die Fischereien auswirken.


Das hauptsächliche Werkzeug dieses Promotionsvorhabens ist ein mathematisches Modell, welches das Nahrungsnetz im Managementbereich IVb und c des Internationaler Rates für Meeresforschung, ICES, darstellt (Figure I auf Seite VII). Parametrisiert wurde das Modell gemäß dem Ecopath with Ecosim Ansatz unter Verwendung der dazugehörigen Software. Das fertige Ecopath-Modell präsentiert eine Momentaufnahme von Aufbau und Funktionsweise der südlichen Nordsee, welches sich als ein hoch vernetztes und komplexes Nahrungsnetz erweist (Kapitel 1). Im zweiten Kapitel wurde im zeitlich aufgelösten Ecosim-Modell das simulierte Ökosystem einer Reihe verschiedener Szenarien gemischter Fischerei-Aufwände unterworfen um zu sehen, ob und welche Aufwandskombinationen der verschieden Flotten zum gleichzeitigen Erreichen maximaler Dauererträge von Scholle, Seezunge, Kabeljau und Nordseegarnele führen. Es zeigte sich, dass direkte und indirekte Verknüpfungen dieser vier Zielarten durch das Nahrungsnetz dieses Unterfangen behindern. Selbiges gilt für die Vereinbarkeit des maximalen simultanen Dauerertrags der vier Arten mit Indikatoren eines guten Umweltzustandes. In einer Analyse empirischer Daten zeigt sich im dritten Kapitel, dass die Fängigkeiten von Scholle und Seezunge durch Baumkurren in der Vergangenheit bei sinkenden Bestandsdichten zunahm. Implementiert man dies in dem Modell des Nahrungs- und Flottennetzes, so führen nun höhere Fischereiaufwände zu MSY als dies in einem Modell ohne dichteäbhängige Fängigkeiten der Fall wäre. Dies wirkt sich allergrößtenteils negativ auf Beifangarten und andere Komponenten des Nahrungsnetzes aus. Das vierte Kapitel dieser Dissertation stützt sich auf die Ergebnisse externer Populations- und Ökosystemmodelle, um die wahrscheinlichen Entwicklungen von Meeressäugern und der Produktivität des Phytoplanktons im Nahrungsnetz-Modell zu implementieren. Im so modifizierten Modell werden nun Fischerei-Strategien gesucht, welche zu maximalen kombinierten Dauererträgen von Scholle, Seezunge, Kabeljau und Nordseegarnele führen. Vergleicht man diese Strategien zwischen den verschiedenen Szenarien – Status quo, mit vermehrten Meeressäugern und mit verringerter Primärproduktion durch regulierten Nährstoffeinfluss – so zeigt sich ein drastischer Effekt reduzierter Algen-Produktivität, während mehr Robben und Schweinswale vor allem die Kabejau-Fischerei betreffen, sonst aber eher geringe Konsequenzen für die Fischereien verursachen.


Die in dieser Dissertation zusammengefassten Studien beschreiben die Entwicklung und Anwendung des ersten mathematischen Modells, welches die fischereitechnischen und Nahrungsbeziehungen zwischen den verschiedenen Fischereien auf Plattfische, Kabeljau und Nordseegarnele in der südlichen Nordsee im Rahmen eines Ökosystemansatzes in der Fischerei holistisch erfasst. Die Studien belegen, wie wichtig es ist, Mehrarten- und Beute-gesteuerte Interaktionen zu berücksichtigen, wenn maximale Dauererträge angestrebt werden.

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