Hydroacoustic fish stock assessment in southern and northern boreal lakes : potential and constraints

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4465-2
Title: Hydroacoustic fish stock assessment in southern and northern boreal lakes : potential and constraints
Author: Malinen, Tommi
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Ecosystems and Environment Research Programme
Date: 2018-08-28
Language: en
ISBN: 978-951-51-4465-2
URI: http://hdl.handle.net/10138/239247
http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4465-2
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Modern echosounders produce very accurate and versatile information on observed fish, but applicability of hydroacoustics in fish stock assessment is still largely determined by the behaviour of aquatic animals. A valid assessment is possible only when the target species avoid the inaccessible zones of echo sounder: surface blind zone, bottom dead zone and shallow areas. In addition, it requires an applicable method for eliminating echoes from other targets, especially phantom midge (Chaoborus) larvae, which are abundant in clay-turbid lakes. In Fennoscandia, acoustics has been widely used in vendace (Coregonus albula (L.)) stock monitoring due to its high economic value but other species have been less frequently assessed. In the present study, the applicability of hydroacoustics in fish stock assessment was investigated in two contrasting environments, in eutrophic, clay-turbid lakes dominated by smelt (Osmerus eperlanus (L.)) located in southern Finland and in oligotrophic, clear-water lakes dominated by whitefish (Coregonus lavaretus (L.)) located in northern Lapland. In both lake groups, the suitable diel periods and seasons for acoustic assessment were sought. In southern lakes, a new method was developed for eliminating the disturbance of Chaoborus. In northern lakes, the differences of the applicability of acoustics between whitefish populations were explored. The developed method enabled valid smelt density estimation also in lakes with abundant Chaoborus population. Without the new method, the smelt density would have been seriously overestimated. In southern lakes, the pelagic occurrence of smelt favours acoustic assessment. Both day and night surveys can be used and the suitable seasonal sampling window lasts from late July to October. However, because young-of-the-year smelt may occasionally inhabit shallow areas, acoustics should be supplemented by trawling in these areas. In highly turbid lakes, the surface blind zone may be a considerable source of bias and acoustics should be supplemented by surface trawling. Hydroacoustics appeared to be a very useful method in smelt population monitoring and it enables versatile studies on pelagic food-web dynamics of eutrophic lakes. In northern whitefish lakes, the diel period and season have dramatic effects on the applicability of acoustics. The only suitable conditions for an acoustic survey was occurred at night-time in autumn. In summer, under the midnight sun, and during the day in autumn, the pelagic fish density was very low as most whitefish remained in the bottom dead zone. The applicability of acoustics differed highly between the whitefish populations. In lakes with polymorphic whitefish, the applicability was good for densely-rakered (DR) whitefish due to its pelagic occurrence, but poor for large sparsely-rakered whitefish (LSR) inhabiting shallow areas and small sparsely-rakered (SSR) whitefish inhabiting a bottom dead zone. In lakes with monomorphic whitefish, the level of utilization of the pelagic habitat, and hence the applicability of acoustics differed highly between lakes. The duration of the autumnal sampling window remained unknown and more frequent surveys would be informative for determining the applicability of hydroacoustics in northern whitefish lakes. In addition, surveys revealed that very small-sized nine-spined stickleback (Pungitius pungitius (L.)) is abundant in some northern lakes. The composition of trawl catches indicated very low catchability of this species and their proportion was estimated from target strength (TS) distributions. The abundance of nine-spined stickleback suggests that its role in the pelagic food web of northern Fennoscandian lakes should be explored. In conclusion, considerable differences exist in a suitable timing for a survey and in the most serious sources of bias between the lake groups. Northern whitefish lakes are more challenging subjects to hydroacoustic assessment and the applicability of acoustics may differ dramatically between whitefish populations. The results highlight that prior knowledge of the pelagic food-web is essential for successful hydroacoustic fish stock assessment.Kaikuluotauksella voidaan arvioida sellaisten kalakantojen kokoa, jotka esiintyvät ulapalla välivedessä. Suomessa sitä on käytetty jo kauan muikkukantojen seurantaan, mutta sen soveltuvuus muille järvissämme esiintyville ulappakaloille tunnetaan huonosti. Väitöskirjassa tutkittiin kaikuluotauksen soveltuvuutta ulapan kalakantojen arviointiin kahdessa hyvin erityyppisessä ympäristössä: Etelä-Suomen rehevissä ja sameissa kuorejärvissä sekä Pohjois-Lapin karuissa ja kirkkaissa siikajärvissä. Kaikuluotaus soveltuu hyvin Etelä-Suomen järvien kuorekantojen arviointiin, koska kuoreet esiintyvät useimmiten ulapalla välivedessä. Sameissa järvissä runsaana esiintyvät sulkasääsken toukat aiheuttavat kuitenkin suurta virhettä normaalilla tavalla laskettuihin kalamääräarvioihin. Tutkimuksessa jouduttiinkin kehittämään menetelmä, joka mahdollistaa kala- ja toukkakaikujen erottelun. Menetelmällä onnistuttiin laskemaan kalamäärä melko tiheissäkin sulkasääskiesiintymissä. Kuoreen kaikuluotausarviot voidaan tehdä joko päivällä tai yöllä ja sopiva tutkimusajankohta kestää heinäkuusta lokakuuhun. Hyvin sameissa järvissä kaikuluotausta tulee täydentää pintatroolauksella, koska kuoreet ovat ajoittain kaikuluotaimen pintakatveessa. Kaikuluotauksen soveltuvuus Pohjois-Lapin siikakantojen arviointiin vaihtelee suuresti kannasta riippuen. Parhaiten se soveltuu usean siikamuodon järvissä esiintyvän ja ulapalle keskittyneen tiheäsiivilähampaisen siikamuodon (reeskan) arviointiin. Yhden siikamuodon järvissä myös suureksi kasvava harvasiivilähampainen siika (pohjasiika) saattaa esiintyä ulapalla, jolloin senkin runsautta voidaan arvioida kaikuluotauksella. Usean siikamuodon järvissä pohjasiika esiintyy matalilla alueilla ja pienikokoinen harvasiivilähampainen siika (rääpys) kaikuluotaimen pohjakatveessa, joten niiden arviointiin kaikuluotaus ei sovellu. Lapin järvissä vuoden- ja vuorokaudenaika vaikuttavat kaikuluotauksen soveltuvuuteen voimakkaasti. Keskikesällä siiat pysyttelivät kaikuluotaimen pohjakatveessa sekä päivällä että yöllä. Sama ilmiö havaittiin syyspäivinä. Sen sijaan pimeinä syysöinä reeskat ja joskus myös pohjasiiat esiintyivät ulapalla välivedessä, jolloin ne olivat hyvin kaikuluodattavissa. Tutkimuksessa paljastui, että vastoin aikaisempaa käsitystä Pohjois-Lapin järvien ulapalla esiintyy runsaasti myös kymmenpiikkiä. Sillä saattaa olla suurikin merkitys näiden järvien ravintoverkossa. Tutkimuksen johtopäätöksenä oli, että kaikuluotauksen soveltuvuus vaihtelee järvestä, kalapopulaatiosta ja ajankohdasta riippuen. Erityisesti Pohjois-Lapin järvissä vaihtelu on suurta. Ennakkotiedot tutkimusjärven ulapan ravintoverkosta parantavat suuresti mahdollisuuksia onnistuneelle kaikuluotausarvioinnille.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
hydroaco.pdf 6.183Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record