Ekologiska effekter av fisket i Östersjön analyser och modelleringar med tyngdpunkt på torskens ekologi och torskfisket Sture Hansson Inst. för systemekologi Stockholms Universitet 106 91 Stockholm Anders Nissling Forskningsstationen i Ar Högskolan på Gotland 620 35 Fårösund Sammanfattning I Östersjön dominerar fisk två av de fem trofiska nivåerna från växtplankton till däggdjur. Bland dessa fiskar är strömming, skarpsill och torsk de helt dominerande. Genom sina naturligt rika förekomster har dessa fiskbestånd blivit föremål för ett intensivt fiske. Denna situation är inte unik, utan likartad i många havsområden. Fiske på ekologiskt dominerande arter har blivit allt intensivare, och det är inte ovanligt att bestånd reduceras drastiskt ( överfiske ). Med dessa fiskars centrala position i ekosystemet, orsakar dessa beståndsminskningar omfattande ekologisk skada. Insikten om dessa förhållanden ökar nu, men i stor utsträckning saknas relevanta modeller och referenspunkter för att styra fisket mot ett större ekologiskt hänsynstagande. Föreliggande projekt syftar till att syntetisera befintlig kunskap, på ett sådant sätt att Östersjöfiskets ekologiska konsekvenser kan bedömas bättre, samtidigt som riktlinjer för en ekologiskt baserad förvaltning kan erhållas. Sådan vetenskapligt framtagen information utgör grunden för ett seriöst NGO engagemang i förvaltningsfrågor. I projektet kommer torsken att inta en särställning eftersom den är Östersjöns naturligt dominerande rovfisk, samtidigt som den är hårt överfiskad. Nyckelord: Ekologiska effekter av fiske, Hållbart fiske, Östersjön, Torsk, Skarpsill, Strömming, Inledning I diskussioner om människans påverkan på den marina miljön framhålls allt oftare effekterna av fisket 1. Varje år fångas (=dödas) omk. 100 milj. ton i världsfisket. De arter som utsätts för detta fiske är till stor del sådana som normalt skall förekomma i stora bestånd och som således är viktiga ekosystemkomponenter. En alltför vanlig konsekvens av detta intensiva fiske är det som kallas överfiske, d.v.s. att bestånden reduceras kraftigt. Det kan därför synas naturligt att yrka på att fisket måste minskas kraftigt för att undvika ekologiska effekter. Sådana krav kan dock lätt bli både politiskt omöjliga och direkt skadliga. I många länder är fisket kommersiellt viktigt och en betydande proteinkälla. Fisk betraktas vidare som mycket hälsosam mat, i synnerhet i en västvärld där hjärt/kärl-sjukdomar blir en allt vanligare dödsorsak. Det är alltså viktigt att vi lär oss förstå miljöeffekterna av det massiva dödandet som fisket innebär, samtidigt som vi lär oss hur fisket skall förändras och utvecklas så att ett hållbart nyttjande erhålls. I förvaltningen av fisket krävs således nya referenspunkter, vars karaktärer är sådana att de beaktar de ekologiska effekterna av fisket istället för huvudsakligen kortsiktigt, ekonomiska aspekter (=maximala fångster). Frågor kring nya referenspunkter är så viktiga att Internationella Havsforskningsrådet (ICES) vid
1999 års symposium hade en särskild session rörande dessa (Ecosystem Management Can We Make it Operational?). Vidare har ICES en arbetsgrupp (Working Group on Ecosystem Effects of Fishing) som speciellt arbetar med bl.a. denna fråga. Frågor kring nya referenspunkter och effekter av fiske är i högsta grad aktuella för Östersjön, och är så viktiga att ICES inrättat en särskild arbetsgrupp i syfte att sammanställa befintlig kunskap och ordna ett symposium inom området. En av oss (SH) deltar i bägge dessa ICES grupper. Torsk, sill och skarpsill är de mest betydande fiskarterna i Östersjön, både för fiskerinäringen och ur ekologisk synvinkel 2. Arterna dominerar två av de fem trofiska nivåerna från växtplankton till däggdjur (sälar, tumlare, människa). Sill och skarpsill är de viktigaste djurplanktonätande arterna, och torsken den dominerande rovfisken. Dessa arter har därmed en strukturerande effekt på Östersjöns ekosystem i.o.m att de genom sin predation kan påverka lägre trofinivåer (s.k. 'top-down control"). Bestånden av både torsk och skarpsill i Östersjön varierar starkt medan beståndet av strömming uppvisar mindre fluktuationer. Utvecklingen av framförallt torsk- och skarpsill är sammanlänkade genom trofiska interaktioner; torsk konsumerar stora mängder skarpsill och skarpsill prederar på torskägg. Beroende på rekryteringsframgång och fiskeintensitet kan dessa interaktioner förskjuta Östersjön mot antingen ett torsk- eller ett clupeid- (sill och skarpsill) dominerat system. Det är möjligt att den ömsesidiga predationen mellan torsk och skarpsill kan göra dessa alternativa strukturer förhållandevis stabila, så att det kan dröja lång tid för systemet att förändras från clupeid- till torsk-dominans (s.k. alternativa regimer 3 ). Förändringar som dessa påverkar sannolikt också övriga delar av ekosystemet. För närvarande är beståndet av torsk svagt medan skarpsill-beståndet under ett flertal år legat på en mycket hög nivå. biomassa av skarpsill (ton) 3 500 000 3 000 000 2 500 000 2 000 000 1 500 000 1 000 000 500 000 skarpsill torsk 1 200 000 1 000 000 800 000 600 000 400 000 200 000 biomassa av torsk (ton) 0 0 1976 1981 1986 1991 1996 Från: Hansson & Hjerne (in prep): Human effects on the Baltic Sea ecosystem - fishing and eutrophication Omfattande forskning har gjorts kring torskens reproduktionsbiologi och hur miljöbetingelser påverkar dess lekframgång (CORE-projektet). Detta projekt följs nu upp av ett nytt projekt (STORE), som förutom torsk även studerar skarpsillens reproduktionsbiologi. En av oss (AN) är aktiv inom bägge dessa EU-program.
Torsken i Östersjön Eftersom torsken är en nyckelart i projektet, kan en kort sammanfattning av dess ekologi i Östersjön vara befogad. Torskbeståndet i östra Östersjön är unikt. I en rad studier har det visats att det östra beståndet är genetiskt skilt från den s.k. Bält-havs torsken i västra Östersjön liksom från övriga bestånd i Atlanten 4. Såväl äggens flytförmåga som spermiernas simförmåga är genetiskt anpassade till Östersjöns bräckta vatten, vilket möjliggör framgångsrik lek i Bornholms-, Gdansk- och Gotlandsdjupet 5. Perioder med rik respektive sparsam tillgång på torsk i Östersjön kan spåras så långt tillbaka som till 1450-talet 6. Det omfattande torskfisket i Östersjön inleddes inte förrän i samband med andra världskriget. Under perioden 1948-1974 landades årligen 100-200 000 ton 7. Därefter ökade landningarna avsevärt som en följd av en rad goda årsklasser i samband med stora saltvattensinflöden till Östersjön. Efter rekordåret 1984, då mer än 400 000 ton landades, har beståndet och därmed fångsterna minskat dramatiskt bl a som en följd av ogynnsamma lekförhållanden. En bidragande orsak till detta är sannolikt att eutrofieringen av Östersjön försämrat syreförhållandena i djupvattnet 8. Trots förbättrade salt- och syrgasförhållanden under 1990-talet har beståndet inte återhämtat sig. Orsaken till detta är framförallt ett alltför hårt fisketryck; fiskeridödlighet motsvarande ca 65-80% årligen. Fisketrycket har vidare medfört att andelen stor/gammal torsk minskat. För närvarande består lekbeståndet av nästan uteslutande förstagångslekare (2-3 år gammal fisk). Detta bidrar till att ytterligare försämra torskbeståndets möjlighet att återhämta sig, då unga honor producerar ägg och larver med jämförelsevis dåliga överlevnadschanser 9. Fisket har således stor direkt påverkan på torskbeståndets storlek och en allvarlig indirekt effekt på populationens fortplantningsförmåga. Detta, i kombination med torskens centrala roll som den naturligt helt dominerande rovfisken i Östersjöns ekosystem, gör att torskfisket måste regleras med hänsyn till två viktiga skäl: 1) Östersjötorsken utgör ett genetiskt unikt bestånd som inte kan ersättas genom invandring av fisk från västerhavet 2) Ett stort torskbestånd är centralt för den ekologiska balansen i Östersjöns fisksamhälle och sannolikt indirekt även för andra trofinivåer i detta ekosystem Målsättning Föreliggande forskningsprojekt syftar till att integrera generella ekosystemmodeller och detaljerade modeller av torskens, skarpsillens och strömmingens populationsdynamik (och de faktorer som styr dessa). Detta möjliggör analyser av olika regleringsåtgärders effekter på de viktigaste fiskarterna (torsk, strömming och skarpsill) samt eventuell påverkan på lägre trofinivåer. Detta är kunskap som behövs för att utveckla en ekosystemansats i fisket, liksom för ett långsiktigt hållbart nyttjande av fiskresurserna. Vilken effekt får en höjning av minimimåttet på torsk till t.ex. 45 cm? Vad skulle införandet av en ny maskstorlek i trålarnas selektionspaneler innebära? Vissa sådana analyser kan genomföras med traditionella fiskeribiologiska modeller, men våra analyser kommer att ge alternativa resultat. Styrkan med detta är att resultaten kan jämföras. Om prediktionerna från olika modeller sammanfaller, förstärks slutsatserna och argumenten för åtgärder stärks. Ifall påtagligt olika prediktioner erhålls, visar detta på osäkerheter i förståelsen av Östersjöns ekosystem. Vi kan då använda oss av försiktighetsprincipen för att avgöra vilka förvaltningsåtgärder som bör användas resp. modifieras.
Genom att våra modeller innehåller kopplingar till andra delar av ekosystemet, kan analyser göras som inte är möjliga med befintliga fiskmodeller. Om fastlagda mål att kraftigt reducera utsläppen av närsalter (Riksdagsbeslut 29/4 1999) uppnås kan vi förvänta oss en reducerad produktion i Östersjön, vilka effekter kan detta få för fisket? Torskens reproduktion kommer att gynnas och beståndet kan öka, samtidigt som den potentiella produktionen av strömming och skarpsill kommer att minska. Med en ökad predation från torsk, samtidigt som produktionen av strömming och skarpsill minskar, hur skall fisket förvaltas för att undvika en förvärrad överfiskning? I våra modeller kan vi simulera förändringar i systemets produktivitet och få prediktioner över hur känslig fiskproduktionen är för förändringar i djurplanktons produktion. En annan betydelsefull fråga som kan belysas är sälarna potentiella roll som fiskpredatorer? Sammantaget kommer våra modeller att bidra till ökad förståelse av Östersjöns ekosystem, och hur fisket skall förvaltas för att ge långsiktiga hållbara fångster utan oacceptabla ekologiska effekter. Projektplanering Den information som genereras inom projektet kommer att belysa frågeställningar och problem som är centrala för ett seriöst engagemang i förvaltningsfrågor. För att belysa fiskets betydelse för balansen i Östersjöns ekosystem krävs en helhetssyn där hänsyn tas till alla trofinivåer. För att inkludera de mest betydelsefulla processerna i Östersjöns näringsväv fordras en modell som möjliggör analys av förändringar på olika trofinivåer. Genom att utnyttja modellverktyg som ECOSIM och ECOPATH kan dynamiken på olika trofinivåer analyseras när t ex torskbeståndet utvecklas positivt/negativt som resultat av en ny förvaltningsåtgärd. Detta har tidigare inte gjorts med avseende på Östersjön. En sådan ansats är dock nödvändig för att belysa de ekologiska konsekvenserna av det alltmer omfattande fisket. Vårt projekt kommer inte ensamt att kunna ge den integrering av modeller som beskrivs ovan, utan skall ses som en inledning av ett samarbete med WWF. Projektet kommer att drivas i samarbete med andra pågående projekt som vi medverkar inom och som har kompletterande inriktning: STORE-projektet (Fish Stock Recruitment in the Baltic Sea) och MARE (Marine Research on Eutrophication). Lönen för en av oss (SH) är dessutom helt finansierad av SJFR. Vår ambition är att även framgent söka stöd till projekt som kan kopplas till denna näringsvävsanalys. Genom dessa kopplingar erhålls betydande samverkansvinster. Två Mål ges för föreliggande projekt och dessa beskrivs nedan tillsammans med samverkande projekt. STORE-projektet är ett EU-projekt med syfte att öka förståelsen av hur naturliga fluktuationer respektive fisket påverkar beståndsutvecklingen för torsk och skarpsill i Östersjön. En betydande del av projektet består i att kvantifiera överlevnaden på äggoch larvstadiet och därmed rekryteringspotentialen vid olika hydrografiska förhållanden (salthalt, temperatur och syrgashalt) samt att reda ut vilken del av lekbeståndet som har störst reproduktionsframgång, tex lekframgången för honor av olika åldrar.
MARE är ett projekt som drivs med anslag från MISTRA, och vars syfte är att öka förståelsen för hur vi kostnadseffektivast kan motverka eutrofieringen av Östersjön. Tyngdpunkten i projektet ligger på närsalter och de lägre trofinivåerna, men särskilt inom ett av delprojekten görs analyser som nära anknyter till Mål 2. I det delprojektet analyseras hur fisk, och förutsättningarna för fiske, påverkats av eutrofiering och vilka effekter en oligotrofiering kan få för fisk och fiske. Vidare kommer fiskens ekologiska betydelse att belysas, med tyngdpunkt på hur, och om, ett medvetet förvaltande av fisket kan bidra till att motverka eutrofieringens negativa effekter. WWF Mål 1: Betydande kunskap finns om biotiska och abiotiska förhållanden som påverkar torskens reproduktion (CORE och STORE projekten). I denna del av projektet analyseras kvantitativt hur lekframgången påverkas av syre- och saltförhållanden samt mängden lekande fisk och deras storleksfördelning. Baserat på det funna sambandet, och faktisk variation i syre- och saltkoncentrationer, byggs därefter en modell som möjliggör analyser av hur torskbeståndet kan förväntas utvecklas under olika fisketryck, minimimått och selektion (utifrån uppgifter om bifångster). De erhållna resultaten används sedan som in-data i den ekosystemmodell som utgör Mål 2. WWF Mål 2: Denna del av projektet syftar till att skapa en ekologisk modell av födovävens högre trofinivåer. Modellen kommer att byggas med modelleringsverktygen ECOSIM och ECOPATH 10. Modeller byggda med dessa verktyg är mycket flexibla och lämpar sig väl för what if analyser, d.v.s. analyser av vad som kan förväntas hända till följd av exempelvis olika fiskemönster. Det relativt enkla sätt på vilket antaganden kan modifieras, och det grafiska sätt på vilket resultaten presenteras, gör denna typ av modell lämplig i både vetenskapliga diskussioner och allmänna diskussioner med olika stakeholders. Nedan redovisas viktiga ekologiska interaktioner i Östersjön. Pilarna visar energiflödets riktning (t.ex. att strömming konsumeras av torsk). Vissa av dessa interaktioner kan vara kvantitativt små, men sannolikt ekologiskt betydelsefulla (torskägg äts av skarpsill, vilket kan reglera torskens reprodultionsframgång). Pilar indikerar också effekt av abiotiska faktorer (t.ex. att torsken påverkas av salt- och syreförhållanden). Figuren är medvetet förenklad och en viktig uppgift i ekologiska analyser av denna typ är att finna vilka interaktioner som betyder mest ( key processes ), om ytterligare interaktioner måste beaktas och vilka man med stor sannolikhet kan bortse ifrån. De olika projektens huvudsakliga arbetsområden visas i figuren genom att organismer/processer ringats in.
Fiske Sälar WWF Mål 1 Torsk Syrehalt Salthalt Strömming Skarpsill STORE Djurplankton WWF Mål 2 Växtplankton Närsalter Eutrofiering MARE Framtida mål: Som framhållits ovan, är vår ambition att detta projekt skall vara en inledning på ett samarbete med WWF. De långsiktiga målen är att ta fram detaljkunskap och modeller som gör det möjligt att dels utvärdera fiskets ekologiska effekter och dels specificera kriterier för vad som kan betraktas som ett uthålligt och ekologiskt försvarbart fiske. Nästa steg i detta arbeta avgörs av de resultat som erhålls under projektets första fas (Mål 1 och 2 ovan), men vi kan redan nu förutse att fördjupad förståelse av de faktorer som styr strömmingens och skarpsillens reproduktionsframgång kommer att vara av central betydelse. Hur mycket påverkas rekryteringen till bestånden av mängden lekande fisk, dessas ålder och kondition, predationen från torsk (dessa faktorer är starkt påverkade av fisket) och abiotiska omgivningsförhållanden. Kunskaperna när det gäller detta är bristfälliga. De erhållna resultaten inkorporeras i de modeller som utvecklats inom Mål 2 i föreliggande ansökan. Vi avser att på detta sätt successivt stärka de ekologiska modeller vi
utvecklar. I förlängningen kan det mycket väl resultera i att ECOPATH/ECOSIM modellerna överges till förmån för modeller som bättre assimilerar den kunskap som genereras inom projektet, inom projekt som vi samarbetar med eller som redovisas i den vetenskapliga litteraturen. I utvecklingen av projektet kan det också bli aktuellt att fördjupa modellen m.a.p. integreringen av sälar, liksom att ge analysen en rumslig dimension. Det senare kan vara möjligt genom att bygga ut ECOPATH/ECOSIM modellen till en ECOSPACE-modell (modelleringspaket utvecklat av samma forskare som skapat ECOPATH och ECOSIM). Referenser 1) Steele J.H. & Schumacher M. (2000) Ecosystem structure before fishing. Fisheries Research 44, 201-205. Fluharty D. (2000) Habitat protection, ecological issues, and implementation of the Sustainable Fisheries Act. Ecological Applications 10, 325-337. 2) Thurow F. (1993) Fish and fisheries in the Baltic Sea. ICES Coop Res Rep 186, 20-37. 3) Francis R.C., Hare S.R., Hollowed A.B. & Wooster W.S. (1998) Effects of interdecadal climate variability on the oceanic ecosystems of the NE Pacific. Fisheries Oceanography 7, 1-21. Steele J.H. (1998) Regime shifts in marine ecosystems. Ecological Applications 8, 33-S36. 4) Bagge, O. & Steffensson, E. (1989). Stock identification of demersal fish in the Baltic. Rapp. P.-v. Reun. Cons. int Explor. Mer 190:3-16 5) Nissling, A. & Westin, L. (1997). Salinity requrements for successful spawning of Baltic- and Belt-Sea cod and the potential for cod stock interactions in the Baltic Sea. Marine Ecology Progress Series 152:261-271 6) Otterlind, G. (1984). On fluctuations of the Baltic cod stock. ICES C.M. J:14. 7) Bagge, O. och Thurow, F. (1994). The Baltic cod stock: fluctuations and possible causes. ICES Marine Science Symposia 198:254-268 8) Hansson S. & Rudstam L. (1990) Eutrophication and Baltic fish communities. Ambio 19, 123-125. 9) Vallin, L., Nissling, A. (2000). Maternal effects on egg size and egg buoyancy of Baltic cod, Gadus morhua implications for stock structure effects on recruitment. Fisheries Research. 10) Walters C., Christensen V. and Pauly D. (1997) Structuring dynamic models of exploited ecosystems from trophic mass-balance assessments. Reviews in Fish Biology and Fisheries 7, 139-172.