A decadal trend of juvenile European sea bass (Dicentrarchus labrax, L.) responses to climate patterns in the Mondego estuary, Portugal

Abstract

Estuarine systems support the life cycle stages of commercially important marine fish and are influenced by large and local-scale climatic patterns. Also, extreme events triggered by climate changes may influence the functioning of nursery grounds and recruitment for several fish species. In this study, performed in the Mondego estuary, Portugal, we used an 11-year database (2003-2013) for analyzing the variability in the population of a marine juvenile migrant fish, the European sea bass Dicentrarchus labrax, regarding changes in abundance, population structure, growth rates and secondary production and annual day of peak abundance. Higher densities and production occurred at the beginning of the study, but no differences in 0-group growth could be observed. In order to detect change points in both biological and climatic data, the cumulative sum (CUSUM) of the deviations from the mean for the 2003-2013 period were determined for each parameter. The relationship between large- and local-scale drivers and 0-group abundance, secondary production and day of peak abundance were evaluated using a Pearson correlation analysis of CUSUM of biological and environmental data, considering the correspondent yearly values and with a time-lag of 1 year. The North Atlantic Oscillation (NAO) index, sea surface temperature (SST) and their respective winter values were tested as large-scale factors, while river runoff, salinity and water temperature were considered as local climate patterns. River runoff was the significant factor explaining D. labrax 0-group abundances and the NAO and water temperature were also significant predictors considering the 1-year lag. Regarding D. labrax 0-group secondary production, salinity and water temperature were the significant predictors. The NAO with 1 year lag was also negatively correlated with the day of peak abundance. The observed variability regarding yearly trends in abundance of juvenile fish was mostly linked to local-scale climate patterns, which can influence habitat use patterns, whereas large-scale factors (NAO, SST) seem to operate at a wider time frame, as observed by the lag of 1-year on their influence on juvenile sea bass abundance.

Os sistemas estuarinos albergam certas fases do ciclo de vida de peixes economicamente importantes, estando igualmente sob a influência de padrões climáticos de escala global e local. De facto, eventos climáticos extremos desencadeados por alterações climáticas podem afectar o funcionamento destes sistemas como zonas de viveiro e o recrutamento para várias espécies de peixes. Este estudo foi realizado no estuário do rio Mondego, Portugal, onde se usou uma base de dados de 11 anos (2003-2013) para analisar a variabilidade populacional de uma espécie de peixe migrante marinho, o robalo Dicentrarchus labrax, e assim observar diferenças na sua abundância, estrutura populacional, taxas de crescimento e produção secundária. Os valores de densidade e produção mais elevados ocorreram no período inicial do estudo, mas não se encontraram diferenças entre as taxas de crescimento do grupo 0+. Para detectar pontos de inflexão nos dados biológicos e climáticos, foram determinadas as somas cumulativas (CUSUM) dos desvios da média de cada parâmetro para o período de 2003-2013. As relações entre vectores de escala global e local e a abundância, produção secundária e dia do pico de abundância anual dos grupos 0+ de robalo foram avaliadas através de uma análise de correlação Pearson das CUSUM dos dados biológicos e ambientais, considerando os valores anuais correspondentes e do ano anterior. O índice da Oscilação do Atlântico Norte (NAO), temperatura da superfície do mar (SST) e respectivos valores foram testados como factores de escala global, enquanto o caudal de rio, salinidade e temperatura da água estuarina foram considerados padrões climáticos de escala local. O escoamento foi o factor significativamente relacionado com as abundâncias de D. labrax juvenis, mas também o índice NAO e a temperatura da água estuarina do ano anterior foram vectores significativos. Relativamente à produção secundária dos grupos 0+ de D. labrax, a salinidade e a temperatura de água estuarina foram os factores significativos. (O índice NAO respeitante ao ano anterior foi igualmente um parâmetro negativamente relacionado com os valores do dia anual de picos de abundância). A variabilidade observada nas dinâmicas anuais de abundância dos robalos juvenis foi maioritariamente associada a padrões climáticos de escala local, capazes de influenciar os padrões de uso de habitat. No que diz respeito a factores de escala global (NAO, SST), estes parecem actuar dentro de um prazo mais longo, tal como foi observado a sua influência na abundância de robalos juvenis a longo prazo.