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Identification of ecological structure and species relationships along an oceanographic gradient in the Gulf of Maine using multivariate analysis with bootstrapping

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Abstract:

Ecosystem-based fisheries management requires a fundamental understanding of ecosystem boundaries and interspecies interactions. We report a delineation of fish and invertebrate data collected by trawl survey along the Maine, USA, coast. Principal components analysis (PCA) reduced the multidimensionality of the data and created new variables from correlations among species. Bootstrapped PCA was employed to assess PCA structure using eigenvalue variation and species associations using eigenvector variation. A general linear model related structure of fish community identified in PCA to depth, temperature, longitude, and interactions among these variables. Generally, alongshore and onshore–offshore assemblage patterns related to oceanographic gradients, with seasonal variation. PCA-created variables act as indicators of biodiversity and are related to the scale of observation, allowing for multiple scales to be integrated if data are available. Species targeted and gear used along with spatial extent and sampling density must be considered when management zonation is to be undertaken but would allow boundaries to follow biological and physical gradients rather than relying on the typical political and economic variables, avoiding ecologically deleterious spatial patterns in fishing pressure or other instances of de facto zoning. Regardless, this study describes some contributing factors causing division of species assemblages that should be considered.

La gestion des pêches basée sur les écosystèmes nécessite une compréhension fondamentale des frontières entre les écosystèmes et des interactions entre les espèces. Nous présentons une délimitation des données sur les poissons et les invertébrés récoltées par inventaire au chalut le long de la côte du Maine, É.-U. Une analyse des composantes principales (PCA) a réduit la nature multidimensionnelle des données et a créé de nouvelles variables à partir des corrélations entre les espèces. Une PCA avec bootstrap a servi à estimer la structure de la PCA, ainsi que les associations d’espèces, d’après la variation des valeurs propres. Un modèle linéaire général a relié la structure de la communauté de poissons identifiée dans la PCA à la profondeur, à la température, à la longitude et aux interactions entre ces variables. En général, les patrons de regroupements le long de la côte et entre la côte et le large sont associés à des gradients océaniques avec une variation saisonnière. Les variables créées par la PCA servent d’indicateurs de la biodiversité et sont reliées à l’échelle d’observation, ce qui permet l’intégration de plusieurs échelles lorsque les données sont suffisantes. Il est nécessaire de tenir compte des espèces ciblées et des engins de pêche utilisés, de même que de l’étendue spatiale et de la densité d’échantillonnage, afin d’entreprendre un zonage de gestion; celui-ci doit permettre aux frontières de suivre les gradients biologiques et physiques plutôt que de se baser sur les variables politiques et économiques habituelles; ainsi, il est possible d’éviter les effets spatiaux néfastes de la pression de pêche et des autres circonstances du zonage de facto. Néanmoins, notre étude décrit certains facteurs à considérer qui contribuent à la division des regroupements d’espèces.

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2010

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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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