The effect of turbulence on the cost of swimming for juvenile Atlantic salmon (Salmo salar)

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Abstract:

Fish activity costs are often estimated by transforming their swimming speed in energy expenditures with respirometry models developed while forcing fish to swim against a flow of constant velocity. Forced swimming models obtained using a procedure that minimizes flow heterogeneity may not represent the costs of swimming in rivers characterized by turbulence and by a wide range of instantaneous flow velocities. We assessed the swimming cost of juvenile Atlantic salmon (Salmo salar) in turbulent flows using two means (18 and 23 cm·s–1) and two standard deviations of flow velocity (5 and 8 cm·s–1). Twenty respirometry experiments were conducted at 15 °C with fish averaging 10 g. Our results confirmed that swimming costs are affected by the level of turbulence. For a given mean flow velocity, swimming costs increased 1.3- to 1.6-fold as turbulence increased. Forced swimming models under estimated actual swimming costs in turbulent flow by 1.9- to 4.2-fold. Spontaneous swimming models overestimated the real cost of swimming in turbulent flow by 2.8- to 6.6-fold. Our analyses suggest that models in which both the mean and the standard deviation of flow velocity are explicitly represented are needed to adequately estimate the costs of swimming against turbulent flows.

Les coûts d'activité des poissons sont souvent estimés en transformant leur vitesse de nage en dépenses énergétiques avec des modèles respirométriques développés lorsque les poissons nagent contre un écoulement d'une vitesse constante. Cependant, les modèles de nage forcée obtenus en utilisant une procédure qui minimise l'hétérogénéité de l'écoulement peuvent ne pas représenter les coûts de nage dans des rivières caractérisées par une turbulence, et ainsi, par une grande étendue de vitesses instantanées de l'écoulement. Nous avons évalué le coût de la nage de juvéniles du saumon atlantique (Salmo salar) dans un écoulement turbulent en utilisant deux moyennes (18 et 23 cm·s–1) et deux écarts types de vitesse de l'écoulement (5 et 8 cm·s–1). Nous avons effectué 20 expériences respirométriques à une température de l'eau de 15 °C avec des poissons d'une masse moyenne de 10 g. Nos résultats ont confirmé que les coûts de la nage sont affectés par les niveaux de turbulence. Pour une vitesse moyenne donnée de l'écoulement, les coûts de la nage ont augmenté par un facteur de 1,3 à 1,6 alors que la turbulence augmente. Les modèles de la nage forcée ont sous-estimé les coûts effectifs de la nage en écoulement turbulent par un facteur de 1,9 à 4,2. Les modèles de la nage spontanée ont sur-estimé les coûts réels de la nage par un facteur de 2,8 à 6,6. Nos analyses suggèrent que des modèles dans lesquels la moyenne et l'écart type de la vitesse de l'écoulement sont représentés de façon explicite sont requis pour estimer les coûts de la nage contre un écoulement turbulent.

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2003

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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