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Searching for threshold shifts in spawner–recruit data

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Abstract:

Relationships between spawning fish (S) and surviving offspring (recruits, R) are typically assumed to be continuous and nonlinear. However, R may change abruptly with small changes in S if population-, community-, or ecosystem-scale processes trigger low adult reproduction and cause populations to shift abruptly to regimes of low recruitment. We simulated R with low mean and variation below a known S threshold and high mean and variation of R above it. We compared simulations with published SR relationships. For all data, we fit a conventional Ricker-type SR model, a logistic depensatory model, and also searched for an S breakpoint with a nonparametric test. The Ricker and logistic models often fit discontinuous simulated data. The nonparametric test found the S threshold in simulated data, although its accuracy depended on underlying distributions. The Ricker and logistic models and the nonparametric test identified apparent relationships within published data, sharing common results in<50% of the data sets. Although population models often assume continuous relationships, discontinuous threshold changes in R with small changes in S may occur. Identification of the conditions that reproductive state changes abruptly in fish populations may be necessary to develop risk-averse regulatory policies.

On assume généralement que les relations entre les poissons reproducteurs (S) et les rejetons survivants (recrues, R) sont continues et non linéaires. Cependant, R peut changer abruptement à la suite de petites modifications de S si les processus qui opèrent à l’échelle de la population, de la communauté ou de l’écosystème déclenchent une reproduction adulte faible et forcent les populations à passer rapidement dans un régime de recrutement faible. Nous avons fait des simulations dans lesquelles R possède une moyenne et une variation faibles sous un seuil connu de S et une moyenne et variation élevées au-dessus du seuil. Nous avons comparé nos simulations avec des relations S–R de la littérature. Sur l’ensemble des données, nous avons ajusté un modèle S–R classique de type Ricker et un modèle logistique à effet Allee et avons recherché un point de rupture de S avec un test non paramétrique. Le modèle de Ricker et le modèle logistique s’ajustent souvent aux données simulées discontinues. Le test non paramétrique a trouvé le seuil de S dans les données simulées, bien que la précision dépende des distributions sous-jacentes. Le modèle de Ricker, le modèle logistique et le test non paramétrique ont identifié des relations apparentes dans les données publiées, obtenant des résultats communs dans <50% des ensembles de données. Bien que les modèles démographiques présupposent souvent des relations continues, il peut se produire chez R des discontinuités et des seuils à cause de petits changements de S. Il peut être nécessaire d’identifier les conditions sous lesquelles l’état reproductif des populations de poissons change abruptement afin de mettre sur pied des politiques de réglementation qui minimisent les risques.

Document Type: Research Article

Publication date: 2009-02-01

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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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