PRELIMINARY RESULTS OF MODELING FISHING EFFECTS ON EXPLOITED MARINE ECOSYSTEMS
IN NW MEDITERRANEAN SEA
Marta Coll 
1
*, Sergi Tudela
2
, Francesc Sardà
1
, Isabel Palomera
1
,
1 
Institut de Ciències del Mar (CMIMA – CSIC), Barcelona, Spain - * mcoll@icm.csic.es
2
WWF Mediterranean Program Office, Barcelona, Spain
Abstract
A mass-balance model of the NW Mediterranean Sea was used as a baseline to explore ecosystem effects of fishing under different
combinations of bottom-up and top-down control situations and under different changes in fishing effort. Preliminary results of main
ecosystem effects are explored. 
Keywords: Effects of fishing, Ecosim, NW Mediterranean 
Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004
335
Introduction
The dynamic simulation tool Ecosim (1, 2) has extended Ecopath
initial capabilities by providing a temporal dimension and spread out
its applications for exploring ecosystem effects of changes in fishing
efforts and fishing policies (3, 4). Preliminary results of an attempt to
apply Ecosim to a case study from the NW Mediterranean Sea (5) are
presented and ecosystem effects of fishing accounting for ecosystem
trophic interactions under different combinations of bottom-up and
top-down control situations and under different theoretical fisheries
regimes are explored. 
Methodology
The Ecopath model constructed for the exploited ecosystem
associated with the Delta of Ebro River, NW Mediterranean (5),
settled the baseline to apply Ecosim (1, 2). All simulations assumed
default values from the model, with the exception of ?ow controls in
the ecosystem determining the type of control between functional
groups. An initial period of five years without changing fishing
scenario was established to reach stability of the ecosystem prior to
perturbation and simulations were settled for an additional 45 years.
Three scenarios of ?ow control were explored by changing the
vulnerability values of groups: (1) bottom-up control, prey control of
zooplanktivorous fishes by zooplankton preys; (2) wasp-waist control,
top-down control of zooplankton by small pelagic fishes and bottom-
up control of pelagic predators by small pelagic fishes; and (3) mixed
control, neither bottom-up nor top-down control. Three different
fishing scenarios were also considered related with all functional
groups of the ecosystem and with sardine (Sardina pilchardus),
anchovy (Engraulis encrasicolus) and adult and juvenile hake groups
(Merluccius merluccius), all important groups in terms of biomass
and catches. Scenarios were related with (a) the definitive closure of
fishing activities; (b) a quick and permanent increased of fishing
activity (4 times higher that its original level); and (c) a temporary
increase in fishing activity for a period of 5 years (4 times higher),
after which fishing activity was restored to its original level. 
Results and discussion
Globally, fishing effects on the ecosystemwere deeply dependent
on the configuration of interactions of the groups in the ecosystem. All
simulations showed that under wasp-waist control fishing effects were
wider and major perturbations propagated thought the system. Mixed
control situation showed intermediate results, while under bottom-up
control fishing impacts were narrow and frequently had shorter
propagated effects. Similar results had been previously achieved from
the upwelling ecosystem of Southern Benguela (4).
Important effects of closing the fishing activitieswere related with
a decrease of jellyfish biomass under bottom-up and wasp-waist
control and the collapse of seabirds under all control situations,
probably due to their dependence on discards. On the contrary, bonito,
tuna and swordfish showed deep increases, mainly related with an
increase of prey availability and a decrease of fishing mortality. The
closure of the sardine-anchovyfishery had positive impacts on most
of the pelagic and demersal top predators, as well as on themselves.
However adult hake, blue whiting and fin whale were strongly
depleted. The closure of the adult hake fisheryhad positive impact
on itself under bottom-up and mixed control, while an initial increase
turning to a notable decrease of biomass was observed under wasp-
waist control. Juveniles were permanently depleted under all control
situations, possibly due to adults’predation on juveniles and resource
competition. The closure of juvenile hake fisheryhad some
important negative impacts on target species were seen under wasp-
waist control.
The permanent increasedof fishingresulted in a collapse of
octopus, various demersal fishes and small and large pelagics under
all situations. Notable decreases on adult hake under wasp-waist and
mixed control and on juvenile hake under bottom-up and mixed
control were also shown. Seabirds increased under bottom-up and
wasp-waist control, while demersal sharks increased under all
situations and dolphins and turtles were notably depleted. Total catch
showed a stable increase of 50% under bottom-up control, but were
depleted around 60% from its initial value under wasp-waist and
mixed control. The permanent increase of sardine-anchovy
catcheshad a higher depletion on total catches (
˜
75%) under wasp-
waist and mixed control and jellyfish significantly increased, while
numerous target and not target groups were negatively impacted.
Sardine and anchovy collapsed under wasp-waist and mixed control.
The increase of adult hake catcheshad slightly higher impact on
total catches (
˜
10%) under all control situations and important
decreases were shown by juvenile hake and sardine. Adult hake
collapsed under all situations and significant increases were shown by
pelagic top predators. An increase of juvenile hakecatches had little
positive impacts on total catch (
˜
5%), important increases on pelagic
top predators and decreases on hake and small pelagic fishes. 
Temporary increase of total fishinghad a negative impact on total
catches when fishing effort was reestablished after intensive activity.
The lowest ecosystem recovery was under wasp-waist control and
total catches took 
˜
35 years to achieve initial values after
reestablishing initial fishing effort. The highest ecosystem recovery
was under bottom-up control. Under mixed control 10 years were
necessary to achieve initial catches. The temporary increase of
sardine-anchovyshowed similar patterns of ecosystem and catches
recovery. However, under wasp-waist control catches were not
recovered after 40 years, intense changes on the ecosystem were
shown and sardine-anchovy collapsed. The temporary fishing
increase on juvenile and adult hakehad non significant impacts on
total catches, with highest positive impact under wasp-waist control of
˜
10%, but intense changes on ecosystem functional groups were
shown under wasp-waist control.
Therefore, the results underline differences under different settled
control situations for different fishing scenarios. This stresses the
importance of understanding internal controls between ecosystem
components to correctly predict ecosystem effects of fishing while
applying dynamic modeling techniques. This agrees with the results
from the Southern Benguela upwelling ecosystem (4). 
References
1-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.
2-Walters C., Christensen V. and Pauly D., 1997. Structuring dynamic
models of exploited ecosystems from trophic mass-balance assessments.
Reviews in Fish Biology and Fisheries,7: 139-172.
3-Pauly D., 1998. Use of Ecopath with Ecosim to evaluate strategies for
sustainable exploitation of multi-species resources. Fisheries Centre
Research Reports, 6(2), 49 p.
4-Shannon L.J., Cury P.M. and Jarre A., 2000. Modelling effects of
fishing in the Southern Benguela ecosystem. ICES J. Mar. Sci.,57: 720-
722.
5-Coll M., Tudela S., Palomera I. and Sarda F., 2003. Applying mass-
balance approach to study the exploited marine ecosystems in the North-
western Mediterranean Sea, (this volume).