Multispecies fish tracking across newly created shallow and deep habitats in a forward-restored lake

Background: Freshwater fish communities typically thrive in heterogenous ecosystems that offer various abiotic conditions. However, human impact increasingly leads to loss of this natural heterogeneity and its associated rich fish communities. To reverse this trend, we need guidelines on how to effectively restore or recreate habitats for multiple fish species. Lake Markermeer in the Netherlands is a human-created 70,000-ha lake with a uniform 4 m-water depth, steep shorelines, high wind-induced turbidity, and a declining fish community. In 2016, a forward-looking restoration project newly created a 1000-ha five-island archipelago in this degrading lake, which offered new sheltered shallow waters and deep sand excavations to the fish community. Methods: In 2020, we assessed how omnivorous and piscivorous fish species used these new habitats by tracking 78 adult fish of five key species across local and lake-scales. We monitored spring arrival of adult fish and assessed local macro-invertebrate and young-of-the-year fish densities. Results: Adult omnivorous Cyprinidae and piscivorous Percidae arrived at the archipelago in early spring, corresponding with expected spawning movements. During the productive summer season, 12 species of young-of-the-year fish appeared along the sheltered shorelines, with particularly high densities of common roach (Rutilus rutilus) and European perch (Perca fluviatilis). This suggests the sheltered, shallow, vegetated waters formed new suitable spawning and recruitment habitat for the fish community. Despite highest food densities for adult fish in the shallowest habitats (&lt; 2-m), adult fish preferred minimally 2-m deep water. After spawning most Cyprinidae left the archipelago and moved long distances through the lake system, while most Percidae remained resident. This may be related to (1) high densities of young-of-the-year fish as food for piscivores, (2) medium food densities for omnivores compared to elsewhere in the lake-system, or (3) the attractiveness of 30-m deep sand excavations that were newly created and frequently used by one-third of all tracked fish. Conclusions: New littoral zones and a deep sand excavation constructed in a uniform shallow lake that lacked these habitat types attracted omnivorous and piscivorous fish species within four years. Both feeding guilds used the littoral zones for reproduction and nursery, and notably piscivorous fish became residents year-round.</p

Common Sole Larvae Survive High Levels of Pile-Driving Sound in Controlled Exposure Experiments

In view of the rapid extension of offshore wind farms, there is an urgent need to improve our knowledge on possible adverse effects of underwater sound generated by pile-driving. Mortality and injuries have been observed in fish exposed to loud impulse sounds, but knowledge on the sound levels at which (sub-)lethal effects occur is limited for juvenile and adult fish, and virtually non-existent for fish eggs and larvae. A device was developed in which fish larvae can be exposed to underwater sound. It consists of a rigid-walled cylindrical chamber driven by an electro-dynamical sound projector. Samples of up to 100 larvae can be exposed simultaneously to a homogeneously distributed sound pressure and particle velocity field. Recorded pile-driving sounds could be reproduced accurately in the frequency range between 50 and 1000 Hz, at zero to peak pressure levels up to 210 dB re 1µPa2 (zero to peak pressures up to 32 kPa) and single pulse sound exposure levels up to 186 dB re 1µPa2s. The device was used to examine lethal effects of sound exposure in common sole (Solea solea) larvae. Different developmental stages were exposed to various levels and durations of pile-driving sound. The highest cumulative sound exposure level applied was 206 dB re 1µPa2s, which corresponds to 100 strikes at a distance of 100 m from a typical North Sea pile-driving site. The results showed no statistically significant differences in mortality between exposure and control groups at sound exposure levels which were well above the US interim criteria for non-auditory tissue damage in fish. Although our findings cannot be extrapolated to fish larvae in general, as interspecific differences in vulnerability to sound exposure may occur, they do indicate that previous assumptions and criteria may need to be revised

Paai- en opgroeigebieden voor vis in en rond Marker Wadden

Wageningen Marine Research rapport C058/21 | 5 van 66 Samenvatting Marker Wadden is een eilandengroep die sinds 2016 aangelegd wordt in het Markermeer. In het kader van het Kennis- en Innovatieprogramma Marker Wadden (KIMA) is onderzocht hoe de nieuw gevormde habitats op en rond Marker Wadden worden benut als paaigebieden en opgroeigebieden voor jonge vis en op die manier bijdragen aan de visproductie en voedselbasis voor visetende watervogels. Dit rapport vormt een achtergronddocument voor het KIMA-syntheserapport 2022 (KIMA, concept 2021) dat het onderzoek in de eerste 5 jaar van het ontstaan van de archipel samenvat. Voor het onderzoek naar paai- en opgroeigebieden voor vis zijn intensieve visstandbemonsteringen uitgevoerd naar het voorkomen en de abundantie van vislarven en jonge vis in het voorjaar en de zomer (april/mei-september) van 2019 (eerste eiland,) en 2020 en 2021 (alle eilanden). In juni 2020 is tevens eenmaal een bemonstering uitgevoerd in de nieuwe habitats van Trintelzand. Waar mogelijk werd wadend in ondiepe oeverzones bemonsterd met respectievelijk een larvennet, RAVON-net en een broedzegen. Bij instabiele bodems (met name in de eerste periode na aanleg) werd ook vanuit Canadese kano’s gevist. In 2020 en 2021 zijn de bemonsteringen in samenwerking met onderzoeksprogramma Natuur in Productie (Nederlands Instituut voor Ecologie, Rijksuniversiteit Groningen en Radboud Universiteit) uitgevoerd. Determinatie van jonge vis gebeurde grotendeels in het veld. Kleine larven werden verzameld op formol voor nadere identificatie in het lab (microscoop). In aanvulling op het onderzoek naar paai- en opgroeigebieden rond de eilanden van Marker Wadden zijn in 2018 in het westelijk Markermeer verschillende bemonsteringsmethoden getest voor het vaststellen van soortsamenstelling van vis in en tussen fonteinkruidvelden, een type habitat dat zich op grote schaal ontwikkelt tussen de eilanden van Marker Wadden en Trintelzand. In augustus 2019 is daarnaast nog het voorkomen van vis in zandwinputten rond Marker Wadden onderzocht. Belangrijke habitats voor productie van jonge vis zijn ondiepe oeverzones, met name zones met een combinatie van oevervegetatie (riet en moerasandijvie) en onderwatervegetatie (fonteinkruid, aarvederkruid, kranswier), terwijl kale zand- en sliboevers vooralsnog relatief weinig te bieden hebben voor de meeste soorten jonge vis. Trintelzand en Marker Wadden hebben vergelijkbare functies doordat het beschutte gebieden zijn met geleidelijke land-water overgangen zoals die elders in het Markermeer weinig te vinden zijn. Dit heeft meerwaarde als paai- en opgroeigebied voor vele soorten vis. Binnen deze gebieden is er een grote variatie in habitats en ecologische waarde, ook tussen seizoenen en jaren, mede als gevolg van variatie in ontwikkeling van de watertemperatuur in het voorjaar en van wind die fluctuaties in waterpeil veroorzaakt (Marker Wadden zijn “windwadden”). De zandwinputten (met een diepte van 10-30 m) bieden een additioneel type habitat wat door zowel grote vis (met name snoekbaars) als kleine vis (met name spiering en jonge baars) gebruikt wordt. Het gebied bevindt zich nog in een pionierssituatie maar zal zich waarschijnlijk verder ontwikkelen richting een door waterplanten gedomineerde toestand, zowel oevers als de geleidelijke land- waterovergangen als de diepere delen van het meer in de luwte van de eilanden. In bemonsteringen met stortkuil en zegen werd daar een variatie aan jonge vis, inclusief (kleinere) roofvis als jonge snoekbaars en baars aangetroffen. De belangrijkste conclusie tot dusver is dat geleidelijke land-waterovergangen met flauwe taluds in de luwte van eilanden zorgen voor een mozaïek van vegetatierijke oeverzones voor paaien en ondiepe baaien met ondergedoken vegetatie die van belang zijn voor de productie van jonge vis. Op de schaal van het Markermeer werd de afgelopen jaren echter een zeer lage visstand waargenomen waarbij de aanleg van kale zandoevers op voorheen relatief visrijke stenen oevers, alsmede baggerwerkzaamheden, vermoedelijk een rol van betekenis hebben gespeeld. Het is belangrijk te noteren dat het tot dusver gaat om pionierssituaties die in ontwikkeling zijn. Dit zijn langjarige processen waarbij verschillende vormen van beheer mogelijk zijn die uiteindelijk zullen bepalen welke habitatontwikkeling en welke visproductie gerealiseerd kan worden

Sound levels of the pressure excitation exposures applied in the final experiments.

<p>L_z−p  =  zero to peak sound pressure level, SEL_ss  =  single strike sound exposure level and SEL_cum  =  cumulative sound exposure level, see the text for further explanation. The last 2 columns present the corresponding distance from a ‘typical’ North Sea pile-driving installation and number of strikes.</p

Mortality by larval stage and treatment at 5 and 7 days after the treatment.

<p>Estimated mean probability of death with 95% confidence limits (red symbols and bars) and observed mortality for each replicate within each treatment (black symbols). Each replicate consisted of 25 (±5) larvae. The labels of the sound exposure treatments refer to the distance from the pile, the associated sound levels are presented in <a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0033052#pone-0033052-t003" target="_blank">Table 3</a>.</p

Model estimates of the mean and 95% confidence limits for probability of death in each treatment and for the effect of exposure.

<p>The effect of exposure was defined as 100% • (p_e−p_c)/(1−p_c), in which p_e is the estimated mean probability of death in the exposure group and p_c is the estimated mean probability of death in the control group. The labels of the sound exposure treatments refer to the distance from the pile, the associated sound levels are presented in <a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0033052#pone-0033052-t003" target="_blank">Table 3</a>.</p

Comparison of the original and measured frequency spectra.

<p>Mean square sound pressure level spectrum (A) and particle velocity level spectrum (B) in 1/3-octave bands (averaged over 0.2 s intervals) for a pressure excitation, a velocity excitation and the original signal scaled to match the peak of the measured signal.</p

Sound levels of the pressure excitation exposures applied in the pilot experiments.

<p>L_z−p  =  zero to peak sound pressure level, SEL_ss  =  single strike sound exposure level and SEL_cum  =  cumulative sound exposure level, see the text for further explanation. The last 2 columns present the corresponding distance from a ‘typical’ North Sea pile-driving installation and number of strikes.</p

The ‘larvaebrator’ design.

<p>The larvaebrator is a device specifically designed to enable controlled exposure of fish larvae to sound in a laboratory setting.</p