Research Paper

Temporal trends and determinants of fish biomass in two contrasting natural lake systems: insights from a spring long-term monitoring scheme

Tendances et facteurs déterminants des variations temporelles des biomasses de poissons dans deux systèmes lacustres naturels contrastés : éléments issus d'un programme de surveillance à long terme réalisé au printemps

¹ Department of Biological Applications and Technology, University of Ioannina, Ioannina, 45110, Greece
² Society for the Protection of Prespa, Agios Germanos, 53150 Florina, Greece
³ Research Institute of Tour du Valat, Le Sambuc, 13200 Arles, France

^* Corresponding author: abounas@uoi.gr; baluche9@gmail.com

Received: 29 April 2021
Accepted: 23 June 2021

Abstract

Freshwater fish declines are triggered by a suite of anthropogenic threats, including habitat degradation, climate and land use change, biological invasions, pollution and overfishing. Robust monitoring schemes are needed to understand and detect any effects of different factors on freshwater fish abundance and to be able to predict and respond to potential stressors. Here, we used standardized biomass-per-unit-effort (BPUE) data deriving from gillnet sampling over a 34-year period in the two Prespa Lakes and determined species trends using general additive models coupled with structural change models. Furthermore, the influence of seven environmental variables was assessed for each fish species using an analytical approach based on random forests. We showed that the total annual BPUE is increasing in Lake Mikri Prespa whereas it is stable in Megali Prespa and that the relative BPUE of introduced species in the former is increasing through the years. Differences in the lakes' trophic status were reflected in species trend patterns. Random forests showed that air temperature, the introduction of the invasive Lepomis gibbosus, predation and water management played a role in shaping species biomass in Mikri Prespa whereas abiotic factors are the main drivers of biomass changes in Megali Prespa. Our results provide empirical evidence on the importance of long-term monitoring in distinguishing between direct and indirect effects of large-scale stressors on fish abundance as well as insights towards sustaining the integrity of fish communities.

Résumé

Le déclin des espèces de poissons d'eau douce résulte d'une multitude de menaces anthropogéniques, dont la dégradation des habitats, les changements du climat et l'utilisation des sols, les invasions biologiques et la surpêche. Des systèmes de surveillance robustes sont nécessaires pour comprendre les variations d'abondance de poissons et pour détecter, prévoire et faire face aux éventuels facteurs de stress identifiés. À partir de données de biomasse standardisées par unité d'effort (BPUE), provenant d'un échantillonnage réalisé au filet maillant sur une période de 34 ans dans les deux lacs de Prespa, ont été analysées les évolutions temporelles des espèces piscicoles en appliquant des modèles additifs généraux couplés à des modèles de changement structurel. De plus, l'influence de sept variables environnementales a été évaluée par espèce et par lac en utilisant une approche analytique basée sur des forêts d'arbres décisionnels. La BPUE annuelle totale augmente dans le lac Mikri de Prespa alors qu'elle est stable dans le lac Megali de Prespa. Au fil des ans, la BPUE relative des espèces introduites augmente dans le lac Mikri. Les différences de statut trophique entre les deux lacs se retrouvent dans les tendances observées par espèce. Les forêts d'arbres décisionnels ont montré que la température de l'air, l'introduction de l'espèce invasive Lepomis gibbosus, la prédation aviaire et la gestion de l'eau ont joué un rôle dans l'évolution de la biomasse des espèces à Mikri Prespa, tandis que les facteurs abiotiques sont les principaux moteurs des changements de biomasse à Megali Prespa. Ces résultats constituent des preuves empiriques de l'importance d'un suivi à long terme pour distinguer les effets directs et indirects des facteurs de stress à grande échelle sur l'abondance des poissons, et permettent de préconiser quelques suggestions pour maintenir l'intégrité des communautés de poissons.