Habitats and nekto-benthic communities of the bottom-trawl fishery developed on the continental shelf of the Balearic Islands

Director de la tesis doctoral: Dr. Massutí, E. (Enric). Ponente de la tesis doctoral: Dr. Bosch, R. (Rafael)Summary: The presence of biogenic benthic habitats in the continental shelf of the Balearic Islands is well known. In the circalittoral, outstanding due to their presence, the following can be found: the bottoms of calcareous red algae of the Corallinaceae family (known as maërl beds), considered particularly sensitive to the anthropogenic impacts; the crinoids beds, considered an essential habitat for the vital cycle of the fishing resources; or the Peyssonnelia beds, characterized by high biomasses of soft red algae, mainly of the Peyssonnelia genus. The bottom trawl fishery, developed in the continental shelf of the Archipelago takes place in these types of bottoms. In spite of this, and the negative effects of bottom trawling on benthic habitats, in the Balearic Islands, there is little information on the relationships between these habitats and the exploited species, whose biology and exploitation state is also unknown for the majority. This doctoral thesis studies the benthic habitats and the nekto-benthic communities exploited by the bottom trawl fishery developed on the continental shelf of the Balearic Islands. The main objectives include determining: the relationship between habitats and fishing resources, the main factors affecting the distribution of both, and how the presence of the main biogenic habitats affects the physiological condition of the associated fish species characterizing them. For the first time, the biology and exploitation state of some of the fishing resources characterizing these bottoms is studied, as well as the effect of changing the mesh geometry in the codend of the bottom trawl gears, from diamond to square, on the selectivity of this fishery. The results highlight that the presence of maërl and Peyssonnelia beds in the bottom trawl fishing grounds of the shallow shelf, and the crinoid beds in those of the deep shelf, is an important factor for the distribution of nekto- benthic fishing resources. Hydrodynamics influence the distribution of both habitats and fish. In this sense, fish size appears as a key trait for their distribution across gradients of change of both habitat and hydrodynamic regime. The study of the biology of characteristic fish species of the shallow shelf indicates that the most structurally complex biogenic habitats, showing the highest algae biomasses, such as maërl and Peyssonnelia beds, allow the individuals inhabiting them to have a better physiological condition than those distributed in habitats showing lower structural complexity and benthic biomass, such as the sandy bottoms. The main by-catch species of the bottom trawl fishery developed in the continental shelf of the Balearic Archipelago show a similar, or even more pronounced, level of overexploitation than the main target species of this fishery, which are the striped red mullet (Mullus surmuletus) and the hake (Merluccius merluccius). The use of square mesh in the codend substantially improves the selectivity of the bottom trawl gears, reducing the discarded catch and increasing the size at first capture of most species. However, these sizes are still smaller than the size of sexual maturity of most species, and in some cases, even smaller than the minimum landing sizes. The results highlight the importance of the presence of the biogenic benthic habitats for the populations of nekto-benthic organisms. Some of these habitats can play the role of oases where fish could face the energetic requirements of their vital cycle in a better physiological condition. In the Balearic Sea, an area standing out by its oligotrophy and where the most important commercial species show signs of overexploitation, the sustainability of fishing resources will depend on the ability to implement management measures aiming beyond the improvement of the current exploitation regime. They will have to take into account key aspects of the vital cycle of these species and the conservation of the habitats supporting them.Resum: La presència d‘hàbitats bentònics biogènics a la plataforma continental de les Illes Balears és ben coneguda. Al circalitoral hi destaquen per la seva presència: els fons d’algues vermelles calcàries de la família de les coral•linàcies (coneguts com a maërl), considerats especialment sensibles als impactes antropogènics; els fons de crinoïdeus, considerats un hàbitat essencial pel cicle vital dels recursos pesquers; o els fons d’avellanó, caracteritzats per presentar biomasses elevades d’algues vermelles toves, principalment del gènere Peyssonnelia. La pesquera de ròssec que es desenvolupa a la plataforma continental de l’Arxipèlag coincideix amb aquests tipus de fons. Malgrat això i els efectes negatius del ròssec sobre els hàbitats bentònics, a les Balears existeix poca informació sobre les relacions entre aquests hàbitats i les espècies explotades, de les quals tampoc se’n coneix la biologia i estat d’explotació de la majoria. Aquesta tesi doctoral estudia els hàbitats bentònics i les comunitats necto- bentòniques explotats per la pesquera de ròssec de la plataforma continental de les Illes Balears. Els principals objectius són determinar com es relacionen hàbitats i recursos pesquers, quins són els principals factors que afecten la distribució d’ambdós, i com afecta la presència dels principals hàbitats biogènics a la condició fisiològica d’algunes de les espècies de peixos que els caracteritzen. També s’estudia per primer cop la biologia i estat d’explotació d’alguns dels recursos pesquers característics d’aquests fons, així com l’efecte del canvi de la geometria de la malla del cop de les xarxes de ròssec, de ròmbica a quadrada, sobre la selectivitat d’aquesta pesquera. Els resultats destaquen que la presència dels fons de maërl i de Peyssonnelia als caladors de ròssec de la plataforma costanera, i els de crinoïdeus als de la plataforma profunda, actua com a un factor important per a la distribució dels recursos pesquers necto-bentònics. La hidrodinàmica condiciona tant la distribució dels hàbitats com la dels peixos. En aquest sentit, la mida dels peixos apareix com una característica clau en la seva distribució a través de gradients de canvi d’ambdós, hàbitat i règim hidrodinàmic. L’estudi de la biologia d’espècies íctiques característiques de la plataforma costanera, indica que els hàbitats biogènics estructuralment més complexes i amb major biomassa algal, com els de maërl i Peyssonnelia, permeten als individus que hi habiten gaudir d’una millor condició fisiològica que els que es distribueixen a hàbitats menys complexes i amb menor biomassa bentònica, com els fons de sorra. Les principals espècies ‘by-catch’ de la pesquera de ròssec que es desenvolupa a la plataforma continental de l’Arxipèlag Balear es troben en un nivell de sobreexplotació semblant, o inclús més pronunciat, que les principals espècies objectiu d’aquesta pesquera, el moll (Mullus surmuletus) i el lluç (Merluccius merluccius). La utilització de malla quadrada al cop suposa una clara millora en la selectivitat dels arts de ròssec, reduint la captura rebutjada i augmentant la talla de primera captura de la majoria d’espècies. Tot i així, aquestes talles segueixen essent menors que la talla de maduresa sexual de la majoria d’espècies, i en alguns casos, fins i tot menors que les talles mínimes legals. Els resultats remarquen la importància que té la presència dels hàbitats bentònics biogènics per a les poblacions d’organismes necto-bentònics. Alguns d’aquests hàbitats poden actuar com a oasis que permetrien als peixos afrontar amb una millor condició fisiològica els requeriments energètics del seu cicle vital. Al Mar Balear, una àrea que destaca per la seva oligotròfia i on les poblacions de les principals espècies comercials mostren signes de sobreexplotació, la sostenibilitat dels recursos pesquers dependrà de la capacitat d’implementar mesures de gestió amb objectius més enllà de la millora del règim d’explotació actual. Hauran de tenir en compte aspectes clau del cicle vital d’aquestes espècies i la conservació dels hàbitats que els hi donen suport.Resumen: La presencia de hábitats bentónicos biogénicos en la plataforma continental de las Illes Balears es bien conocida. En el circalitoral destacan por su presencia: los fondos de algas rojas calcáreas de la familia de las coralináceas (conocidos como maërl), considerados especialmente sensibles a los impactos antropogénicos; los fondos de crinoideos, considerados un hábitat esencial para el ciclo vital de los recursos pesqueros; o los fondos de avellanó, caracterizados por presentar biomasas elevadas de algas rojas blandas, principalmente del género Peyssonnelia. La pesquería de arrastre que se desarrolla en la plataforma continental del Archipiélago coincide con estos tipos de fondo. A pesar de ello y de los efectos negativos del arrastre sobre los hábitats bentónicos, en las Baleares existe poca información sobre las relaciones entre éstos hábitats y las especies explotadas, de las cuáles tampoco se conoce la biología y estado de explotación de la mayoría. Esta tesis doctoral estudia los hábitats bentónicos y las comunidades necto-bentónicas explotados por la pesquería de arrastre de la plataforma continental de las Illes Balears. Los principales objetivos son determinar cómo se relacionan hábitats y recursos pesqueros, cuáles son los principales factores que afectan la distribución de ambos y cómo afecta la presencia de los principales hábitats biogénicos a la condición fisiológica de las especies de peces que los caracterizan. También se estudia por primera vez la biología y estado de explotación de algunos de los recursos pesqueros característicos de estos fondos, así como el efecto del cambio de la geometría de la malla del copo de las redes de arrastre, de rómbica a cuadrada, sobre la selectividad de esta pesquería. Los resultados destacan que la presencia de los fondos de maërl y de Peyssonnelia en los caladeros de arrastre de la plataforma costera, y los de crinoideos en los de la plataforma profunda, actúa como un factor importante para la distribución de los recursos pesqueros necto-bentónicos. La hidrodinámica condiciona la distribución tanto de hábitats como de peces. En este sentido, el tamaño de los peces aparece como una característica clave para su distribución a través de gradientes de cambio de ambos, hábitat y régimen hidrodinámico. El estudio de la biología de especies ícticas características de la plataforma costera, indica que los hábitats biogénicos estructuralmente más complejos y con mayor biomasa algal, como los de maërl y Peyssonnelia, permiten que los individuos que los habitan disfruten de una mejor condición fisiológica que los que se distribuyen en hábitats menos complejos y con menor biomasa bentónica, como los fondos de arena. Las principales especies ‘by-catch’ de la pesquería de arrastre que se desarrolla en la plataforma continental del Archipiélago Balear se encuentran en un nivel de sobreexplotación similar, o incluso más pronunciado, que las principales especies objetivo de esta pesquería, el salmonete (Mullus surmuletus) y la merluza (Merluccius merluccius). La utilización de malla cuadrada en el copo supone una clara mejoría en la selectividad de los artes de arrastre, reduciendo la captura descartada y aumentando la talla de primera captura de la mayoría de especies. Aún así, estas tallas siguen siendo menores que la talla de madurez sexual de la mayoría de especies, y en algunos casos, incluso inferiores a la talla mínima legal. Los resultados remarcan la importancia que tiene la presencia de los hábitats bentónicos biogénicos para las poblaciones de organismos necto- bentónicos. Algunos de estos hábitats pueden actuar como oasis que permitirían a los peces afrontar con una mejor condición fisiológica los requerimientos energéticos de su ciclo vital. En el Mar Balear, un área que destaca por su oligotrofia y donde las poblaciones de las principales especies comerciales muestran signos de sobreexplotación, la sostenibilidad de los recursos pesqueros dependerá de la capacidad de implementar medidas de gestión con objetivos más allá de la mejora del régimen de explotación actual. Deberán tener en cuenta aspectos clave del ciclo vital de estas especies y la conservación de los hábitats que las sustentan

First record of the reticulated dragonet, Callionymus reticulatus Valenciennes, 1837 (Actinopterygii: Callionymiformes: Callionymidae), from the Balearic Islands, western Mediterranean

The reticulated dragonet, Callionymus reticulatus, was originally described based on a single specimen, the holotype from Malaga, Spain, south-western Mediterranean, probably collected before 1831. The holotype is now disintegrated; the specific characteristics are no longer discernible. The species was subsequently recorded from several north-eastern Atlantic localities (Western Sahara to central Norway), but missing in the Mediterranean. Specimens of C. reticulatus were observed and collected during two cruises in 2014 and 2016 in the Balearic Islands off Mallorca and Menorca. The collected specimens (8 females) have been deposited in the collection of the Hebrew University of Jerusalem (HUJ). All individuals of C. reticulatus were collected from beam trawl samples carried out during the DRAGONSAL0914 in September 2014, and during the MEDITS_ES05_16 bottom trawl survey in June 2016, on shelf and slope bottoms around the Balearic Islands. Both surveys used a ‘Jennings’ beam trawl to sample the epi-benthic communities, which was the main objective of the DRAGONSAL0914 and a complementary objective in the MEDITS_ES05_16. The ‘Jennings’ beam trawl has a 2 m horizontal opening, 0.5 m vertical opening and a 5 mm diamond mesh in the codend. Trawls had duration of 1 to 3 min of effective sampling (bottom time) at a speed of 2 knots. Catches were sorted out to species and standardized abundances of callionymid species (individuals per 500 m2) were obtained by calculating the sampled surface (distance covered × beam trawl horizontal opening). Callionymus reticulatus is recorded from the Balearic Islands for the first time; the specimens are described and illustrated. The new record confirms that the species is still extant in the Mediterranean. A key to Mediterranean callionymid fishes is provided to distinguish C. reticulatus from other species of the family in the area. The callionymid fish fauna of the Mediterranean now comprises 11 species, including three Lessepsian migrants originating from the Red SeaVersión del edito

Revalidación de Arnoglossus blachei, con la nueva descripción de Arnoglossus imperialis del Atlántico nororiental y el Mediterráneo (Teleostei: Bothidae)

   Blache’s flounder, Arnoglossus blachei Stauch, 1965, is redescribed from the eastern Atlantic (Morocco south to Namibia, including the Canary Islands, larvae reaching South Africa) and distinguished from the imperial flounder A. imperialis (Rafinesque, 1810) by having a live colouration of the lower side of males which is bright red (whitish in A. imperialis), the caudal fin with lateral-line scales 52-57 (vs. 58-63), and the dorsal-fin filaments in male light grey, with black margins, distally yellowish (vs. plain white). A lectotype is selected for Arnoglossus blachei. The species is compared with similar species. The externally similar species Arnoglossus imperialis is also redescribed; its distibution range is restricted to the Mediterranean and northeastern Atlantic, including Madeira and the Azores. Neotypes are selected to stabilize the usage of the names Bothus imperialis Rafinesque, 1810, Bothus punctatus Rafinesque, 1814, Rhombus cristatus Lowe, 1839 and Charybdia rhomdoidichthys Facciolà, 1885. Molecular analyses based on two mitochondrial fragments (12s rRNA and COI) clearly support the validity of A. blachei. Moreover, though A. blachei is morphologically close to A. imperialis, the two species show the highest genetic distances among all Arnoglossus species compared (including A. capensis, A. imperialis, A. laterna, A. rueppelii and A. thori). A key to the eastern Atlantic and Mediterranean species of Arnoglossus is presented.   Se vuelve a describir el pez plano de Blache’s Arnoglossus blachei Stauch, 1965 del Atlántico oriental (desde el sur de Marruecos a Namibia incluido las Islas Canarias, pudiendo sus larvas llegar a Sudáfrica), y se distingue del pez plano imperial A. imperialis (Rafinesque, 1810) por tener, en fresco, una coloración rojo brillante en la parte inferior de los machos (blanquecina en A. imperialis), la aleta caudal con escamas en la línea lateral 52-57 (vs. 58-63), y en los machos, los filamentos de la aleta dorsal son de color gris claro, con márgenes negros y en su parte distal amarillenta (vs. blanco liso). La especie se compara con especies similares. Asimismo, la especie externamente similar Arnoglossus imperialis, se vuelve a describir, cuya área de distribución está restringida al Mediterráneo y Atlántico nororiental, incluidas Madeira y Azores. Además, se seleccionan neotipos para estabilizar el uso de los nombres Bothus imperialis Rafinesque, 1810, Bothus punctatus Rafinesque, 1814, Rhombus cristatus Lowe, 1839 y Charybdia rhomdoidichthys Facciolà, 1885. Los análisis moleculares basados en dos fragmentos mitocondriales (12s rRNA y COI) respaldan claramente la validez de A. blachei. Por otra parte, a pesar de que A. blachei es morfológicamente más cercano a A. imperialis, ambas especies muestran las distancias genéticas más largas entre todas las especies de Arnoglossus comparadas (A. capensis, A. imperialis, A. laterna, A. rueppelii y A. thori). Se presenta una clave para las especies de Arnoglossus del Atlántico oriental y Mediterráneo

First record of the Alboran dragonet, Protogrammus alboranensis (Actinopterygii: Callionymiformes: Callionymidae), from the Balearic Islands (western Mediterranean)

The Alboran dragonet, Protogrammus alboranensis Fricke, Ordines, Farias et García-Ruiz, 2016, was originally described based on four specimens from Alboran Island, Spain, south-western Mediterranean, collected in 2014 and 2015. This species was previously considered to be endemic to Alboran Island. A surprising new record of this rare species from the Balearic Islands is reported hereVersión del edito

Improving the ecological efficiency of the bottom trawl fishery in the western Mediterranean: it’s about time!

The improvement of fishing technology has been detrimental to the sustainability of fisheries, which is particularly clear for the bottom trawl fishery. Reducing its environmental impact is a key point for the development of a more sustainable fishery. The present work analyzed different possibilities to mitigate the impact of gears on the seabed and to increase the efficiency of the bottom trawl fishery of the Western Mediterranean. The analysis of three experiments showed that innovative technical and regulation measures can lead to benefits such as the reduction of fishing effort, the improvement of the cost-benefit relation and the reduction of the direct impact on the seabed and the indirect effect on the ecosystems through reduce discards and the emission of CO2 into the atmosphere. After years of studies focused on improving the sustainability of this fishery, it's about time to turn this improvement into realityPreprint1,86

The use of Artificial Neural Networks (ANNs) in aquatic ecology

Publicad

Evaluación preliminar de los desembarques y descartes de la pesquería de arrastre de fondo de Turquía en el mar Egeo nororiental (Mediterráneo oriental)

This short-term study on commercial discards was carried out in fishing grounds around Gökçeada Island in the northeastern Aegean Sea, a geographic area where fisheries information is rather limited. A total of 28 bottom trawls were performed between 70 and 410 m depth from December 2009 to February 2010. All the samples were collected on board a commercial trawler under commercial fishing conditions. A total of 3143 kg of biomass was caught in 28 valid hauls. Landings accounted for about 67% of the total catch while the remaining 33% was discarded. Fish species comprised 85% of the total catch and their composition could be divided into four main groups related to depth: shallow shelf (70 to 88 m), deep shelf (155 to 180 m), shelf break (196 to 276 m), and upper slope (307 to 410 m). Fish dominated the abundance and biomass of both landings and discards in all bathymetric strata. Echinoderms also accounted for a large proportion of the discards. Mean total catches varied between 78.4 kg/h on the shallow shelf and 38.1 kg/h on the shelf break with no differences in the landing biomass between groups, but with slightly higher discards over the shallow shelf. Taking into account the preliminary nature of the findings, based on a short-term analysis, the minimum mesh size and minimum landing size currently applied in the Turkish bottom trawl fishery are not sufficient to reduce discards and to protect juveniles of commercially important species in the northeastern Aegean Sea.Este estudio a corto plazo sobre los descartes de la flota comercial de arrastre se llevó a cabo en las zonas de pesca alrededor de la isla Gökçeada en el noreste del mar Egeo, una zona geográfica en la que la información sobre las pesquerías es bastante limitada. Se realizaron un total de 28 pescas de arrastre de fondo entre 70 y 410 m de profundidad de diciembre 2009 a febrero de 2010. Todas las muestras se recogieron a bordo de un embarcación de pesca de arrastre siguiendo las mismas condiciones de pesca comercial. Se capturaron un total de 3143 kg de biomasa en 28 lances válidos. Los desembarques comerciales representaron alrededor del 67% de la captura total, mientras que el resto (33%) se descartó. El 85% de la captura total estuvo compuesta por especies de peces. La composición específica se pudo separar en cuatro grupos principales relacionados con la profundidad : la plataforma poco profunda (70 a 88 m), la plataforma profunda (155-180 m), el borde inferior de la plataforma (196 a 276 m) y el talud superior (307-410 m). Los peces dominaron la abundancia y biomasa tanto de los desembarques comerciales como de los descartes en todos los estratos batimétricos. Además los equinodermos también fueron un grupo importante de los descartes. La media de las capturas totales varió entre 78.4 kg/h en la plataforma poco profunda y 38.1 kg/h en el borde de la plataforma, sin diferencias en la biomasa desembarcada entre los dos grupos, pero siendo los descartes ligeramente superiores en la plataforma poco profunda. Teniendo en cuenta el carácter preliminar de los resultados, obtenidos sobre la base de un análisis a corto plazo, el tamaño mínimo de malla de la red y la talla mínima de las especies comerciales aplicada hoy en día en la pesquería de arrastre de fondo de Turquía no son suficientes para reducir los descartes y proteger a los juveniles de las especies de importancia comercial en el Mar Egeo nororiental

Feeding ecology of demersal elasmobranchs from the shelf and slope off the Balearic Sea (western Mediterranean)

The feeding ecology of eight demersal elasmobranchs, three sharks (Etmopterus spinax, Scyliorhinus canicula and Galeus melastomus) and five batoids (Myliobatis aquila, Leucoraja naevus, Raja polystigma, R. miraletus and R. clavata), from the Balearic Sea (western Mediterranean) was analyzed. For each species, the diet and feeding habits were characterized by depth strata using quantitative indices such as diet overlap, diet breadth and prey diversity. Diet variation with size and depth were also tested for the most abundant species. For shelf-living species, natantian and reptantian crustaceans together with teleosts were the most important preys. On slope bottoms, euphausiids were the preferential prey for S. canicula and G. melastomus, while E. spinax fed mainly on cephalopods. The most specialist and generalist diet corresponded to G. melastomus living on the upper slope and S. canicula from the continental shelf, respectively. High overlap was found between all the skates on the continental shelf and the sympatric sharks S. canicula and G. melastomus on the slope. Significant overlap was also found between S. canicula and R. clavata on the continental shelf. Size was found to significantly affect the diet of S. canicula, G. melastomus and R. clavata, whereas depth affected exclusively S. caniculaPublicado

N90, a Diversity Index Sensitive to Variations in Beta Diversity Components

Species diversity in a community is mainly related to the number and abundance of species that form it. N90 is a recently developed diversity index based on the results of the similarity percentage (SIMPER) analysis that represents the number of species contributing up to ninety percent of within-group similarity in a group of samples. The calculation of N90 is based on the Bray–Curtis similarity index and involves the number of species and abundances in a group of samples. We have explored the properties of N90 compared to other alpha, beta and gamma diversity indices and to beta diversity measures accounting for nestedness and turnover. We have used a non-real data set to compare the values of all indices with N90 and two real data sets of demersal fish communities along large and short depth gradients with higher influence of turnover and nestedness, respectively, to correlate the same indices with N90. The sensitivity of N90 to reductions in the frequency of occurrence and the evenness of the distribution of species abundances among samples allows the detection of diversity loss due to the fishing-induced retreatment of species populations to localities presenting the most favorable ecological conditions. This property, both in the identification of species replacement and species loss through SIMPER analysis, make N90 a useful indicator to support the Ecosystem Approach to Fisheries within the current context of global changeEn prens

Discards reduction of non-commercial benthic species from a simple net modification

Versión del edito