De voortdurende opwarming van Michiganmeer vergroot de vatbaarheid ervan voor Aziatische karper, deels doordat quagga-mosselen minder goed in staat zijn om als ecologische barrière te fungeren tegen de vraatzuchtige algenetende vis, zo blijkt uit een nieuwe studie onder leiding van de Universiteit van Michigan.
Aziatische karpers en de triljoenen quaggamosselen die de bodem van Lake Michigan bedekken, zouden met elkaar concurreren om hetzelfde voedsel-algen en andere soorten plankton. Sommige onderzoekers van de Grote Meren hebben gesuggereerd dat de weekdieren ter grootte van een vingernagel zouden kunnen helpen voorkomen dat de invasieve vis voet aan de grond krijgt.
Reken daar maar niet op, concluderen de auteurs van de nieuwe computermodellenstudie. Zelfs in het gunstigste scenario zou het vermogen van de mosselen om de Aziatische karper af te weren beperkt zijn in tijd en ruimte, en zowel de opwarming van het klimaat als de verontreiniging met voedingsstoffen zouden de beschermende rol die de mosselen zouden kunnen spelen kunnen verminderen, zo stelden de onderzoekers vast.
De nieuwe studie werd geleid door onderzoekers van het Cooperative Institute for Great Lakes Research van de U-M en het Great Lakes Environmental Research Laboratory van de National Oceanic and Atmospheric Administration en zal op 7 juli worden gepubliceerd in het tijdschrift Biological Invasions. Het richt zich op de twee soorten Aziatische karpers, de grote en de zilverkarper, die de grootste zorgen baren voor de Grote Meren.
Het nieuwe artikel bouwt voort op een artikel dat hetzelfde team vorig jaar publiceerde in Freshwater Biology, waarin werd vastgesteld dat de grote en de zilverkarper in staat zouden zijn voldoende voedsel te vinden in Lake Michigan en dat ze een groot risico vormen om zich daar te vestigen.
Peter Alsip
“Ons nieuwe onderzoek toont aan dat de aanwezigheid van een reeds gevestigde voedselconcurrent – de mosselen – een beperkte capaciteit heeft om als barrière te fungeren voor een invasie van de grootkop- en zilverkarper, en dat de opwarming van het klimaat en de verrijking met voedingsstoffen het vermogen van de mosselen om het leefgebied van de Aziatische karper te beïnvloeden, verder zouden kunnen verminderen”, aldus hoofdauteur Peter Alsip van het Cooperative Institute for Great Lakes Research.
Alsip, die ook de eerste auteur was van het artikel Freshwater Biology van vorig jaar, voerde het Aziatische karperonderzoek uit voor zijn masterscriptie aan de School for Environment and Sustainability van U-M.
De nieuwe studie bekijkt hoe drie factoren – klimaatverandering, nutriëntenbeheer en de komst van zebra- en quagga-mosselen – van invloed zijn geweest op de kwetsbaarheid van Lake Michigan voor grootkop- en zilverkarpers, die momenteel in aangrenzende stroomgebieden verblijven, maar niet in het meer zelf.
De vier kaarten laten zien hoe de niveaus van de voedingsstof fosfor en de aan- of afwezigheid van quagga mosselen in Lake Michigan de jaarlijkse gewichtsverandering voor grootkop- en zilverkarpers beïnvloeden. De kaarten vergelijken de toestand van het meer in de jaren 1970 en 1980 – toen de quaggamosselen nog niet waren ingeburgerd en de inspanningen om het fosforgehalte te verlagen nog niet waren opgestart en dus veel hoger lagen dan vandaag – met de toestand in 2010. Afbeelding: Peter Alsip. Uit Alsip et al. in Biological Invasions, juli 2020,
https://doi.org/10.1007/s10530-020-02296-4.
De simulaties van het team van historische omstandigheden toonden aan dat Lake Michigan meer gastvrij zou zijn geweest voor Aziatische karpers in de jaren 1970 en 1980, toen de niveaus van de voedingsstof fosfor veel hoger waren en de zebra- en quagga-mosselen nog niet waren ingeburgerd. Uit de simulaties blijkt dat de grootkopkarper in de jaren 1980 ruwweg twee tot vijf keer sneller zou zijn gegroeid dan in de huidige omstandigheden, waarbij de hogere fosforniveaus een grotere invloed hadden dan de afwezigheid van de mosselen.
Wanneer de onderzoekers de niveaus van klimaatopwarming simuleerden die de komende decennia worden verwacht, verbeterde de habitat van de Aziatische karper op twee fundamentele manieren.
De vissen voederden actiever in warmer water tijdens de lente, en de jaarlijkse zomer “stratificatieperiode” – wanneer het water van het meer zich in drie verschillende lagen verdeelt als gevolg van temperatuur- en dichtheidsverschillen – begon vroeger en duurde langer, waardoor de tijd dat de Aziatische karpers bovenin en de mosselen onderin met elkaar wedijveren om voedsel in de bovenste delen van de waterkolom, werd beperkt.
De oppervlaktetemperaturen in de Grote Meren warmen nu al sneller op dan de gemiddelde stijging wereldwijd, waarbij het oppervlaktewater van Lake Michigan ongeveer een halve graad Fahrenheit per decennium opwarmt. De duur en de omvang van de winterijsbedekking in de Grote Meren nemen ook af, en klimaatmodellen suggereren dat de stratificatieperiode in de zomer in Lake Michigan en andere noordelijke gematigde meren de komende jaren langer zal worden en vroeger zal beginnen.
Vroegere stratificatie zou de Aziatische karper ten goede komen doordat de mosselen geen toegang hebben tot voedsel in het oppervlaktewater en zou ook eerder in het jaar ongeschikte offshore habitat voor de vis openstellen, aldus de nieuwe modelstudie. In de simulaties van het team onder leiding van de U-M verdubbelden warme jaren ruwweg de hoeveelheid geschikte habitat die in het voorjaar beschikbaar was voor grote karpers en verhoogden ze de hoeveelheid geschikte voorjaarshabitat voor zilverkarpers met bijna een derde.
Een van onze belangrijkste bevindingen is dat het voorjaar het meest getroffen wordt, en dat is wanneer de meeste vissoorten in Lake Michigan hun planktonetende larvale stadia hebben
“Een van onze belangrijkste bevindingen is dat het voorjaar het meest getroffen wordt, en dat is wanneer de meeste vissoorten in Lake Michigan hun planktonetende larvale stadia hebben,” aldus co-auteur Hongyan Zhang, een aquatisch ecoloog bij Eureka Aquatic Research in Ann Arbor.
“Klimaatveranderingen en nutriëntenniveaus die de vestiging van Aziatische karpers bevorderen, kunnen dus ook de negatieve effecten van Aziatische karpers op andere vissoorten versterken,” zei ze. Zhang, voorheen verbonden aan de U-M School for Environment and Sustainability en het Cooperative Institute for Great Lakes Research, was adviseur voor Alsip’s proefschrift.
Fosforgehaltes kwamen naar voren als de meest invloedrijke van de drie factoren die werden geanalyseerd in de nieuwe studie naar de geschiktheid van Aziatische karpers als habitat in Lake Michigan. De “High P”-scenario’s van de studie resulteerden in de langste groeiseizoenen voor Aziatische karper, de grootste hoeveelheid geschikte habitat en het hoogste uiteindelijke visgewicht.
De “High P”-scenario’s zijn gebaseerd op de fosforbelasting van Lake Michigan in de jaren zeventig en tachtig, toen inspanningen werden gedaan om het niveau van de algenbevorderende voedingsstof in de Grote Meren te verminderen. De hoeveelheid fosfor die Lake Michigan binnenkomt vanuit haar zijrivieren is sindsdien sterk afgenomen en heeft zich sinds de jaren 1990 op een stabiel niveau gehandhaafd.
Maar eerder onderzoek suggereert dat veranderingen in landgebruik en rivierhydrologie als gevolg van stedelijke en agrarische expansie en klimaatverandering de fosforniveaus in Lake Michigan in de komende decennia zouden kunnen verhogen. Het gebied van de Grote Meren heeft nu al vaker te maken met hevige regenbuien in het voorjaar die fosfor van landoppervlakken kunnen wegspoelen naar beken en rivieren.
Elke kaart toont gesimuleerde veranderingen in het aantal groeidagen van de grootkopkarper in Lake Michigan bij vergelijking van twee verschillende klimaten. De kaart links vergelijkt een warm jaar (1998, met watertemperaturen die volgens de klimaatmodellen binnen het verwachte bereik liggen voor de periode 2030-2090) met een koel jaar (1997, een jaar met een kouder dan gemiddelde winter-voorjaarsperiode, werd gebruikt in de simulaties). De middelste kaart vergelijkt een gesimuleerd warm jaar met de huidige omstandigheden in Lake Michigan (in het kader van deze studie staat het jaar 2010 voor de huidige omstandigheden). De kaart rechts vergelijkt de huidige omstandigheden met een koel jaar. Afbeelding: Peter Alsip. Van Alsip et al. in Biological Invasions, juli 2020,
https://doi.org/10.1007/s10530-020-02296-4.
Een toekomstige toename van het fosforgehalte in Lake Michigan “zou alleen maar een meer gastvrije omgeving creëren” voor Aziatische karpers, concludeert de nieuwe studie.
“Het interessantste aspect van deze studie vind ik dat van de drie stressfactoren die we hebben onderzocht, de vermindering van het fosforgehalte in het meer – verplicht gesteld door de Great Lakes Water Quality Agreement – de habitat het meest geschikt heeft gemaakt voor de invasieve grote karper en zilverkarper,” aldus Ed Rutherford, co-auteur van de studie en onderzoeksbioloog bij NOAA’s Great Lakes Environmental Research Laboratory.
De impact van de Aziatische karper op reeds binnengedrongen ecosystemen, evenals de nabijheid van het invasiefront bij Lake Michigan, hebben de bezorgdheid over de mogelijke invasie van de Grote Meren via het Chicago Area Waterway System, de door de mens aangelegde verbinding tussen de Illinois-rivier en Lake Michigan, doen toenemen. Een grote zorg is dat Aziatische karpers planktonetende vissen uit de Grote Meren – waaronder de larvale stadia van de meeste vissoorten – kunnen overvleugelen en een verwoestende uitwerking kunnen hebben op de 7 miljard dollar kostende visindustrie in de regio.
Het U.S. Army Corps of Engineers stuurde vorig jaar een plan naar het Congres om karperafweermiddelen te installeren bij de Brandon Road Lock and Dam bij Joliet, Illinois, ongeveer 40 mijl van Lake Michigan. De acht Amerikaanse gouverneurs en twee Canadese premiers in de regio steunden het plan. Maar het project, dat meer dan 800 miljoen dollar zou kunnen kosten, wacht op goedkeuring van het Congres.
De andere coauteurs van het artikel over biologische invasies zijn Mark Rowe en Doran Mason van NOAA’s Great Lakes Environmental Research Laboratory, Catherine Riseng van de U-M School for Environment and Sustainability en Zhenming Su van het Institute for Fisheries Research, een samenwerkingsverband van het Michigan Department of Natural Resources en de University of Michigan.
De studie werd gefinancierd door de Michigan Sea Grant Graduate Research Fellowship, en het Institute for Fisheries Research zorgde voor bijpassende fondsen. Aanvullende steun werd verleend door Michigan Sea Grant, het Institute for Fisheries Research, het Cooperative Institute for Great Lakes Research en NOAA’s Great Lakes Environmental Research Laboratory.