Fish and Fisheries

Anthropogenic global warming has significantly influenced physical and biological processes at global and regional scales. The observed and anticipated changes in global climate present significant opportunities and challenges for societies and economies. We compare the vulnerability of 132 national economies to potential climate change impacts on their capture fisheries using an indicator‐based approach. Countries in Central and Western Africa (e.g. Malawi, Guinea, Senegal, and Uganda), Peru and Colombia in north‐western South America, and four tropical Asian countries (Bangladesh, Cambodia, Pakistan, and Yemen) were identified as most vulnerable. This vulnerability was due to the combined effect of predicted warming, the relative importance of fisheries to national economies and diets, and limited societal capacity to adapt to potential impacts and opportunities. Many vulnerable countries were also among the world’s least developed countries whose inhabitants are among the world’s poorest and twice as reliant on fish, which provides 27% of dietary protein compared to 13% in less vulnerable countries. These countries also produce 20% of the world’s fish exports and are in greatest need of adaptation planning to maintain or enhance the contribution that fisheries can make to poverty reduction. Although the precise impacts and direction of climate‐driven change for particular fish stocks and fisheries are uncertain, our analysis suggests they are likely to lead to either increased economic hardship or missed opportunities for development in countries that depend upon fisheries but lack the capacity to adapt.

Compensatory growth (CG) is a phase of accelerated growth when favourable conditions are restored after a period of growth depression. CG reduces variance in size by causing growth trajectories to converge and is important to fisheries management, aquaculture and life history analysis because it can offset the effects of growth arrests.

Compensatory growth has been demonstrated in both individually housed and grouped fish, typically after growth depression has been induced by complete or partial food deprivation. Partial, full and over‐compensation have all been evoked in fish, although over‐compensation has only been demonstrated when cycles of deprivation and satiation feeding have been imposed. Individually housed fish have shown that CG is partly a response to hyperphagia when rates of food consumption are significantly higher than those in fish that have not experienced growth depression. The severity of the growth depression increases the duration of the hyperphagic phase rather than maximum daily feeding rate. In many studies, growth efficiencies were higher during CG. Changes in metabolic rate and swimming activity have not been demonstrated yet to play a role.

Periods of food deprivation induce changes in the storage reserves, particularly lipids, of fish. Apart from the strong evidence for the restoration of somatic growth trajectories, CG is a response to restore lipid levels. Although several neuro‐peptides, including neuropeptide‐Y, are probably involved in the control of appetite, their role and the role of hormones, such as growth hormone (GH) and insulin‐like growth factor (IGF), in the hyperphagia associated with CG are still unclear.

The advantages of CG probably relate to size dependencies of mortality, fecundity and diet that are characteristic of teleosts. These size dependencies favour a recovery from the effects of growth depression if environmental factors allow. High growth rates may also impose costs, including adverse effects on future development, growth, reproduction and swimming performance. Hyperphagia may lead to riskier behaviour in the presence of predators. CG's evolutionary consequences are largely unexplored. An understanding of why animals grow at rates below their physiological capacity, an evaluation of the costs of rapid growth and the identification of the constraints on growth trajectories represent major challenges for life‐history theory.

Các quá trình phụ thuộc mật độ như tăng trưởng, sinh tồn, sinh sản và di chuyển được coi là bù đắp nếu tỷ lệ của chúng thay đổi theo sự biến đổi của mật độ quần thể (hoặc số lượng) sao cho kém phát triển dân số bị chậm lại ở mật độ cao và thúc đẩy sự gia tăng số lượng quần thể ở mật độ thấp. Sự phụ thuộc mật độ bù đắp là rất quan trọng trong quản lý nghề cá vì nó hoạt động nhằm bù đắp tổn thất của các cá thể. Mặc dù khái niệm bù đắp rất dễ hiểu, nhưng nó vẫn là một trong những vấn đề gây tranh cãi nhất trong động lực học quần thể. Những khó khăn phát sinh khi chuyển từ các khái niệm chung sang các quần thể cụ thể. Bù đắp thường được định lượng bằng cách sử dụng một số sự kết hợp của phân tích cá đẻ - cá tuyển dụng, giám sát hiện trường lâu dài hoặc các nghiên cứu can thiệp và mô hình máy tính. Các vấn đề phát sinh do có những hạn chế đối với từng phương pháp này, và những hạn chế này thường xuất phát từ sự không chắc chắn cao liên quan đến các phép đo thực địa. Chúng tôi đưa ra một cách tiếp cận phân cấp để dự đoán và hiểu bù đắp, dao động từ rất chung, sử dụng lý thuyết lịch sử sống cơ bản, đến rất cụ thể, sử dụng các mô hình quần thể chi tiết. Chúng tôi phân tích một cơ sở dữ liệu về cá đẻ - cá tuyển dụng để kiểm tra các dự đoán về bù đắp và dự trữ bù đắp mà xuất phát từ một hệ khung lịch sử sống ba điểm được thiết kế cho cá. Chúng tôi sau đó tóm tắt các ví dụ thực địa về tính phụ thuộc mật độ trong các quá trình cụ thể. Các nghiên cứu giám sát hiện trường lâu dài được chọn, các nghiên cứu can thiệp và các ví dụ về mô hình máy tính sẽ được nêu bật để minh họa cách mà các quá trình phụ thuộc mật độ dẫn đến các phản ứng bù đắp ở mức quần thể. Một số tiến bộ lý thuyết và thực nghiệm cung cấp hy vọng cho tiến bộ trong tương lai về vấn đề bù đắp sẽ được thảo luận. Chúng tôi ủng hộ một cách tiếp cận đối với bù đắp liên quan đến việc hiểu các cơ chế nền tảng ở cấp độ quá trình, lý thuyết lịch sử sống, phân tích cẩn thận dữ liệu thực địa, và mô hình ma trận cũng như dựa trên cá thể. Luôn có các cuộc tranh luận nếu việc định lượng bù đắp không bao gồm một mức độ hiểu biết về các cơ chế nền tảng.

Climate change will impact coral‐reef fishes through effects on individual performance, trophic linkages, recruitment dynamics, population connectivity and other ecosystem processes. The most immediate impacts will be a loss of diversity and changes to fish community composition as a result of coral bleaching. Coral‐dependent fishes suffer the most rapid population declines as coral is lost; however, many other species will exhibit long‐term declines due to loss of settlement habitat and erosion of habitat structural complexity. Increased ocean temperature will affect the physiological performance and behaviour of coral reef fishes, especially during their early life history. Small temperature increases might favour larval development, but this could be counteracted by negative effects on adult reproduction. Already variable recruitment will become even more unpredictable. This will make optimal harvest strategies for coral reef fisheries more difficult to determine and populations more susceptible to overfishing. A substantial number of species could exhibit range shifts, with implications for extinction risk of small‐range species near the margins of reef development. There are critical gaps in our knowledge of how climate change will affect tropical marine fishes. Predictions are often based on temperate examples, which may be inappropriate for tropical species. Improved projections of how ocean currents and primary productivity will change are needed to better predict how reef fish population dynamics and connectivity patterns will change. Finally, the potential for adaptation to climate change needs more attention. Many coral reef fishes have geographical ranges spanning a wide temperature gradient and some have short generation times. These characteristics are conducive to acclimation or local adaptation to climate change and provide hope that the more resilient species will persist if immediate action is taken to stabilize Earth’s climate.

Có sự đồng thuận rộng rãi rằng vấn đề chính đang phải đối mặt với ngành thủy sản toàn cầu là quá nhiều tàu thuyền cạnh tranh với quá ít cá. Thật không may, cũng có thể lập luận rằng có quá nhiều giải pháp được đề xuất và không đủ câu trả lời thực tiễn để cải thiện quản lý thủy sản. Có một sự phân chia ngày càng sâu sắc giữa những người đề xuất các biện pháp kiểm soát quy định thay thế đối với ngư dân, bao gồm việc thiết lập các khu vực rộng lớn vĩnh viễn bị đóng cửa cho hoạt động đánh bắt, và những người lập luận cho việc cải thiện sự đồng bộ hóa của các khuyến khích kết hợp với sự tham gia rộng rãi của người sử dụng tài nguyên trong các quyết định quản lý thủy sản (nói đơn giản, giữa các hệ thống quản trị từ trên xuống và từ dưới lên). Tuy nhiên, mặc dù sự lựa chọn các công cụ chính sách được sử dụng, một kết quả nhất quán là người sử dụng tài nguyên hành xử theo cách mà thường không được các nhà thiết kế của hệ thống quản lý mong muốn. Do đó, trong khi sự không chắc chắn được công nhận rộng rãi như một đặc điểm phổ biến của quản lý thủy sản, cho đến nay hầu hết sự chú ý chỉ tập trung vào một phần của sự không chắc chắn đó - sự không chắc chắn khoa học về tình trạng của các tài nguyên bị khai thác. Ảnh hưởng của sự không chắc chắn được tạo ra từ phía con người trong khoa học và quản lý thủy sản đã nhận được sự chú ý rất ít. Tuy nhiên, sự không chắc chắn do hành vi của người sử dụng tài nguyên không lường trước là rất quan trọng vì nó dẫn đến những hậu quả không tính toán trước và dẫn đến kết quả quản lý không mong muốn. Sử dụng chứng cứ thực nghiệm về hành vi của người sử dụng tài nguyên không lường trước và xem xét các phản ứng hiện tại đối với những kết quả quản lý bất ngờ, chúng tôi xác định các cách tiếp cận khác nhau không chỉ cải thiện khả năng dự đoán hành vi của con người trong các hệ thống thủy sản mà còn xác định các biện pháp quản lý có tính bền vững hơn trước những nguồn không chắc chắn này. Tuy nhiên, trừ khi các yếu tố vi mô tác động đến hành vi con người có thể góp phần vào sự không chắc chắn trong việc thực hiện quy mô vĩ mô được truyền đạt hiệu quả tới các nhà quản lý và được xem xét thường xuyên hơn và một cách sâu sắc hơn, những phản ứng không lường trước đối với các hành động quản lý sẽ tiếp tục làm suy yếu các hệ thống quản lý và đe dọa tính bền vững của ngành thủy sản.

Worldwide, most sea cucumber fisheries are ineffectively managed, leading to declining stocks and potentially eroding the resilience of fisheries. We analyse trends in catches, fishery status, fishing participation and regulatory measures among 77 sea cucumber fisheries through data from recent fishery reports and fishery managers. Critical gaps in fisheries biology knowledge of even commonly targeted species undermine the expected success of management strategies. Most tropical fisheries are small‐scale, older and typified by numerous (>8) species, whereas temperate fisheries are often emerging, mono‐specific and industrialized. Fisher participation data indicated about 3 million sea cucumber fishers worldwide. Fisher participation rates were significantly related to the average annual yield. permanova analysis showed that over‐exploited and depleted fisheries employed different sets of measures than fisheries with healthier stocks, and a non‐metric multidimensional scaling ordination illustrated that a broad set of regulatory measures typified sustainable fisheries. SIMPER and regression tree analyses identified that the dissimilarity was most related to enforcement capacity, number of species harvested, fleet (vessel) controls, limited entry controls and rotational closures. The national Human Development Index was significantly lower in countries with over‐exploited and depleted fisheries. Where possible, managers should limit the number of fishers and vessel size and establish short lists of permissible commercial species in multispecies fisheries. Our findings emphasize an imperative to support the enforcement capacity in low‐income countries, in which risk of biodiversity loss is exceptionally high. Solutions for greater resilience of sea cucumber stocks must be embedded within those for poverty reduction and alternative livelihood options.

Both old and new information on the biology and ecology of Atlantic bluefin tuna have confronted scientists with research challenges: research needs to be connected to current stock‐assessment and management issues. We review recent studies on habitat, migrations and population structure, stressing the importance of electronic tagging results in the modification of our perception of bluefin tuna population dynamics and behaviour. Additionally, we question, from both scientific and management perspectives, the usefulness of the classical stock concept and suggest other approaches, such as Clark's contingent and metapopulation theories. Current biological information confirms that a substantial amount of uncertainty still exists in the understanding of reproduction and growth. In particular, we focus on intriguing issues such as the difference in age‐at‐maturity between West Atlantic and Mediterranean bluefin tuna. Our description of Atlantic bluefin tuna fisheries places today's fishing patterns within the two millennium history of exploitation of this species: we discuss trap fisheries that existed between the 17th and the early 20th centuries; Atlantic fisheries during the 1950s and 1960s; and the consequences of the recent development of the sushi–sashimi market. Finally, we evaluate stock status and management issues since the early 1970s. While important uncertainties remain, when the fisheries history is confronted with evidence from biological and stock‐assessment studies, results indicate that Atlantic bluefin tuna has been undergoing heavy overfishing for a decade. We conclude that the current exploitation of bluefin tuna has many biological and economic traits that have led several fish stocks to extreme depletion in the past.

In an attempt to restore the connectivity of fragmented river habitats, a variety of passage facilities have been installed at river barriers. Despite the cost of building these structures, there has been no quantitative evaluation of their overall success at restoring fish passage. We reviewed articles from 1960 to 2011, extracted data from 65 papers on fish passage efficiency, size and species of fish, and fishway characteristics to determine the best predictors of fishway efficiency. Because data were scarce for fishes other than salmonids (order Salmoniformes), we combined data for all non‐salmonids for our analysis. On average, downstream passage efficiency was 68.5%, slightly higher than upstream passage efficiency of 41.7%, and neither differed across the geographical regions of study. Salmonids were more successful than non‐salmonids in passing upstream (61.7 vs. 21.1%) and downstream (74.6 vs. 39.6%) through fish passage facilities. Passage efficiency differed significantly between types of fishways; pool and weir, pool and slot and natural fishways had the highest efficiencies, whereas Denil and fish locks/elevators had the lowest. Upstream passage efficiency decreased significantly with fishway slope, but increased with fishway length, and water velocity. An information‐theoretic analysis indicated that the best predictors of fish passage efficiency were order of fish (i.e. salmonids > non‐salmonids), type of fishway and length of fishway. Overall, the low efficiency of passage facilities indicated that most need to be improved to sufficiently mitigate habitat fragmentation for the complete fish community across a range of environmental conditions.

Much effort has been devoted to developing, constructing and refining fish passage facilities to enable target species to pass barriers on fluvial systems, and yet, fishway science, engineering and practice remain imperfect. In this review, 17 experts from different fish passage research fields (i.e., biology, ecology, physiology, ecohydraulics, engineering) and from different continents (i.e., North and South America, Europe, Africa, Australia) identified knowledge gaps and provided a roadmap for research priorities and technical developments. Once dominated by an engineering‐focused approach, fishway science today involves a wide range of disciplines from fish behaviour to socioeconomics to complex modelling of passage prioritization options in river networks. River barrier impacts on fish migration and dispersal are currently better understood than historically, but basic ecological knowledge underpinning the need for effective fish passage in many regions of the world, including in biodiversity hotspots (e.g., equatorial Africa, South‐East Asia), remains largely unknown. Designing efficient fishways, with minimal passage delay and post‐passage impacts, requires adaptive management and continued innovation. While the use of fishways in river restoration demands a transition towards fish passage at the community scale, advances in selective fishways are also needed to manage invasive fish colonization. Because of the erroneous view in some literature and communities of practice that fish passage is largely a proven technology, improved international collaboration, information sharing, method standardization and multidisciplinary training are needed. Further development of regional expertise is needed in South America, Asia and Africa where hydropower dams are currently being planned and constructed.