APPLYING THE MASS-BALANCE APPROACH TO STUDY THE EXPLOITED MARINE ECOSYSTEMS 

IN NW MEDITERRANEAN SEA

Marta Coll 

1

*, Isabel Palomera

1

, Sergi Tudela

2

, Francesc Sardŕ

1

1 

Institut de Cičncies del Mar (CMIMA – CSIC), Barcelona, Spain - * mcoll@icm.csic.es

2

WWF Mediterranean Program Office, Barcelona, Spain

Abstract 

The mass-balance approach was applied to study the structure and function of the exploited ecosystem associated with the Delta of Ebro

River, NW Mediterranean Sea. An ecological model composed of 45 functional groups related with pelagic, demersal and benthic domains

was constructed and important ecosystem attributes and interactions within species and fisheries were underlined.

Keywords: Mass-balance model, Ecopath, NW Mediterranean

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

334

Introduction

There are few examples of the mass-balance approach applied to

Mediterranean marine ecosystems (1-3). Yet it provides important

knowledge on ecosystem-based management of fisheries within the

Mediterranean context. This attempt aims to study the trophic struc-

ture and functioning of an exploited marine ecosystem, to analyze the

ecosystem attributes related with the state of health and maturity

theoretical frameworks (4) and to set the baseline to conduct dynamic

simulations and fisheries policy analysis accounting for ecosystem

trophic interactions (5, 6). The study area is important, related with

fishing activity within the Spanish Mediterranean context and also

especially relevant for conservation of seabird populations (7).

Methodology

The application was developed in the shelf and upper slope

exploited area associated with the Delta of Ebro River (from 50-400

m depth), excluding the coastal region where the artisanal ?eet

operates. Semi-industrial ?eets (i.e., bottom trawlers, purse seiners

and longliners) are the most important in terms of catches. The troll

bait ?eet was also considered in the study. 

The mass-balance model was constructed using the latest version of

Ecopath (5, 6). The Automatic Mass Balance Procedure (8) (AMBP)

was used to assess mass-balance, while the Pedigree routine was

applied to describe the origin and quality of inputs and to assign

confidence intervals to data to apply then while using AMBP.

Biomass, P/B ratio, Q/B ratio, trophic information, assimilation rate

and fisheries’data were recompiled for 1994 to 2000 from trawling

and acoustic surveys and bibliographic sources mainly (9). Discards

and estimation of catches from IUU fishing activities (illegal,

unreported or unregulated catches) were also included to modify

official catch data. Inputs were expressed on an annual basis per unit

surface area and wet weight terms (T/km

2

,T/km

2

/y). Functional

groups were defined from over 190 species of invertebrates, fish and

other vertebrates considering ecological and biological features,

trophic information and importance in fishery (9). 

Results and discussion

45 functional groups were defined: 11 related with invertebrates, 20

of benthic, benthopelagic and pelagic fishes, 5 of non-fish vertebrates,

3 related with primary production, detritus and import biomass and 6

related with fisheries in terms of ?eets and discards. The model was

comprised between four trophic levels, the highest value belonging to

anglerfish (4.53), followed by coastal dolphins and squids. Most

functional groups occurred at trophic levels 2.80 to 3.83.

Flows (T/km

2

/year) per trophic level underlined the importance of

phytoplankton–zooplankton compartments in the ecosystem (with

47.2% of the absolute ?ows), of detritus (28.1%), of polychaete-other

benthic invertebrate groups (12.2%), and to a lesser extent of small

pelagic fishes (4.6%). These results could underline bottom-up and

wasp-waist control situations, as well as competition between groups

of similar trophic levels. The same conclusion arises when analyzing

the mixed trophic impact routine that enables the qualitative

exploration of impacts that a theoretical increase of the biomass of a

functional group would have on the other biomasses (5, 6). Anchovy

and sardine were also shown to have wide impacts on numerous

functional groups of higher and lower trophic levels. Transfer

efficiency (5, 6)(12.7%) was within the common values described in

the literature (10).

The primary production required to support the fisheries was 49%

of the primary production of the ecosystem, highlighting an intensive

fishing pressure on marine resources. This value was high compared

with other models and even higher than a preliminary estimate for the

Catalan coast (11). The analysis of the relative consumption of target

fish groups production by different predators showed that squids had

the higher impact on consumption of benthic and demersal fish

production (47%), followed by the fishery (27%). The first consumer

of small and medium sized pelagic fish production was the fishery

(39%), followed by adult hake (32%) and squids (17%). The analysis

of catch per trophic level showed that the third trophic level provided

the highest caught biomass (72.9%), followed by the second (15.2%).

Therefore, the mean trophic level of the catch was 3.03, underlying

that catches were mostly composed of organisms feeding on

zooplankton, e.g. small pelagics. Comparing the trophic levels of the

?eets with the trophic levels of the functional groups it was seen that

fisheries functioned as top predators. 

The trawling ?eet had the widest impact on the different functional

groups of the ecosystem and also the deepest impact on some of the

target and non-target functional groups of the ecosystem. The longline

?eet had some deep negative impact on biomass of marine turtles, sea

birds and dolphins and slightly positive impacts, mainly on small

pelagics and mackerel. The purse seine ?eet and troll bait ?eet had

lower impacts on the diversity of groups; however important negative

impacts were recorded on their main target species. 

References

1-Örek H., 2000. An application of Mass Balance Ecopath Model to the

trophic structure in the Black sea “after anchovy collapse”. Ms. In Marine

Science. Middle East Technical University. 119 p.

2-Pinnegar J.K., 2000. Planktivorous fishes: links between the

Mediterranean littoral and pelagic. PhD Thesis, University of Newcastle

upon Tyne, UK. 213 p. 

3-Pranovi F., Libralato S., Raicevich S., Granzotto A., Pastres R. and

Giovanardi O., 2003. Mechanical clam dredging in Venice lagoon:

ecosystem effects evaluated with trophic mass-balance model. Mar. Biol.,

143: 393-403.

4-Christensen V., 1995. Ecosystem maturity – towards quantification.

Ecol. Model., 77: 3-32.

5-Christensen V., Walters C. and Pauly D., 2000. Ecopath with Ecosim:

a User’s guide. Fisheries Centre of University of British Columbia,

Canada / International Center for Living Aquatic Resources Management,

Malaysia. 130 p. 

6-Pauly D., Christensen V. and Walters C., 2000. Ecopath, Ecosim and

Ecospace as tools for evaluating ecosystem impact of fisheries. ICES

J.Mar. Sci., 57: 697-706.

7-Abelló P., Arcos J.M and Gil De Sola L., 2003. Geographical patterns

of seabird attendance to a research trawler along the Iberian

Mediterranean coast. Sci. Mar., 67 (Suppl.2): 69-75.

8-Kavanagh P., 2002. Automatic Mass Balance Procedure for Ecopath

Ecosystem Models User’s Guide. Fisheries Center. University of British

Columbia. 28 p.

9-Coll M., 2002. Construcción de un modelo de equilibrio de masas

Ecopath en el ecosistema marino explotado asociado al Delta del Ebro,

Mediterráneo noroccidental. Recogida y análisis de los datos básicos.

M.Sc. thesis. Autonomous University of Barcelona, Spain. 241 p.

10-Odum E. P., 1971. Fundamentals of Ecology. Saunders Publ.,

Philadelphia. 574 p. 

11-Tudela S., 2000. Assesment of the ecological footprint of fishing in

the Catalan central coast (NE Spain). In: Briand F. (ed.). Fishing down the

Mediterranean Food Webs? CIESM Workshop Series, 12: 79-81.