Regime shifts in ecosystem structure and processes are typically studied from a temporal perspective. Yet, theory predicts that in large ecosystems with environmental gradients, shifts should start locally and gradually spread through space. Here we empirically document a spatially propagating shift in the trophic structure of a large aquatic ecosystem, from dominance of large predatory fish (perch, pike) to the small prey fish, the three-spined stickleback. Fish surveys in 486 shallow bays along the 1200 km western Baltic Sea coast during 1979-2017 show that the shift started in wave-exposed archipelago areas near the open sea, but gradually spread towards the wave-sheltered mainland coast. Ecosystem surveys in 32 bays in 2014 show that stickleback predation on juvenile predators (predator-prey reversal) generates a feedback mechanism that appears to reinforce the shift. In summary, managers must account for spatial heterogeneity and dispersal to better predict, detect and confront regime shifts within large ecosystems.

No abstract

No abstract

Storspigg har visat sig ha en negativ påverkan på rekryteringen av rovfiskar längs Östersjökusten, framför allt gädda och abborre, genom predation på ägg och larver. Detta leder till minskade rovfiskbestånd i kustzonen och en förlust av viktiga ekosystemfunktioner. I den här studien har vi kvantifierat omfattningen av denna störning med hjälp av rumslig och statistisk modellering där vi undersöker hur utbredning och abundans av rovfiskens reproduktionsområden förändrats över tid. I analyserna nyttjar vi data från de omfattande undersökningar av kustfiskens reproduktion längs ostkusten som gjorts med hjälp av tryckvåg från slutet av 1970-talet och framåt. Vi har tillämpat tre olika analysmetoder för att skatta förändringen i reproduktionsområden, i syfte att få en uppfattning om spannet i uppskattningarna. Vi har nyttjat två modeller från redan publicerade vetenskapliga artiklar, och även utvecklat en ny modell. Den ena av de två publicerade modellerna beskriver utvecklingen i täthet abborre och spigg över tid (Eriksson m fl 2021), medan den andra beskriver utvecklingen av ytor med rovfiskdominans (Eklöf m fl 2020). Den nyutvecklade modellen beskriver i sin tur förändringar i ytan lämpliga reproduktionsområden för abborre och gädda. De olika analyserna har i någon mån varierande geografisk täckning, som mest omfattande kuststräckan från norra Skåne län till södra Gävleborgs län. Sammantaget visar analyserna på betydande nedgångar i reproduktionen av abborre och gädda längs centrala Östersjökusten de senaste 30-40 åren. Resultaten visar att ytan fungerande reproduktionsområden för abborre och gädda minskat med i storleksordningen 40-65%, medan tätheten abborryngel kan ha minskat med så mycket som 80 %. Det är framför allt tidigare mycket produktiva rekryteringsområden för abborre och gädda längs öppna kuststräckor och i mellan- och ytterskärgårdar som gått förlorade. De tydliga sambanden mellan spigg och rekrytering av abborre och gädda indikerar att spiggen har varit en starkt bidragande orsak till nedgången, och framför allt att spiggen sannolikt blockerar en återkomst av abborre och gädda till områden där reproduktionen slagits ut. Förlusten av lokala rovfiskbestånd i skärgårdarna har en negativ påverkan inte bara på fisket, utan minskar även kustekosystemets förmåga att motstå de negativa effekterna av övergödning. En angelägen fråga för kommande forskning är att förstå mekanismerna bakom den dramatiska spiggökningen, och att identifiera metoder för att stärka reproduktionen och återetablera bestånd av abborre och gädda i de störda områdena.

Abstract. Coastal ecosystems are biologically productive, and their diversity underlies various ecosystem services to humans. However, large-scale species richness (SR) and its regulating factors remain uncertain for many organism groups, owing not least to the fact that observed SR (SRobs) depends on sample size and inventory completeness (IC). We estimated changes in SR across a natural geographical gradient using statistical rarefaction and extrapolation methods, based on a large fish species incidence dataset compiled for shallow coastal areas (<30 m depth) from Swedish fish survey databases. The data covered a ca. 1300 km north–south distance and a 12-fold salinity gradient along sub-basins of the Baltic Sea plus the Skagerrak and, depending on the sub-basin, 4 to 47 years of samplings during 1975–2021. Total fish SRobs was 144, and the observed fish species were of 74 % marine and 26 % freshwater origin. In the 10 sub-basins with sufficient data for further analysis, IC ranged from 77 % to 98 %, implying that ca. 2 %–23 % of likely existing fish species had remained undetected. Sample coverage exceeded 98.5 %, suggesting that undetected species represented <1.5 % of incidences across the sub-basins, i.e. highly rare species. To compare sub-basins, we calculated standardized SR (SRstd) and estimated SR (SRest). Sub-basin-specific SRest varied between 35 ± 7 (SE) and 109 ± 6 fish species, being ca. 3 times higher in the most saline (salinity 29–32) compared to the least saline sub-basins (salinity < 3). Analysis of functional attributes showed that differences with decreasing salinity particularly reflected a decreasing SR of benthic and demersal fish, of piscivores and invertivores, and of marine migratory species. We conclude that, if climate change continues causing an upper-layer freshening of the Baltic Sea, this may influence the SR, community composition and functional characteristics of fish, which in turn may affect ecosystem processes such as benthic–pelagic coupling and connectivity between coastal and open-sea areas.