Volume 32, Issue 2 p. 457-465
Conservation Methods

Estimating abundance without recaptures of marked pallid sturgeon in the Mississippi River

Nicholas A. Friedenberg

Corresponding Author

Nicholas A. Friedenberg

Applied Biomathematics, 100 North Country Road, Setauket, NY 11733, U.S.A.

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Jan Jeffrey Hoover

Jan Jeffrey Hoover

United States Army Engineer Research and Development Center, Environmental Laboratory, 3909 Halls Ferry Road, Vicksburg, MS 39180, U.S.A.

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Krista Boysen

Krista Boysen

Department of Biology, University of St. Louis, 1008 South Spring Avenue, St. Louis, MO 63110, U.S.A.

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K. Jack Killgore

K. Jack Killgore

United States Army Engineer Research and Development Center, Environmental Laboratory, 3909 Halls Ferry Road, Vicksburg, MS 39180, U.S.A.

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First published: 22 June 2017
Citations: 2

Article impact statement: Lower bounds on abundance can be estimated even without recaptures of marked individuals.

Abstract

en

Abundance estimates are essential for assessing the viability of populations and the risks posed by alternative management actions. An effort to estimate abundance via a repeated mark-recapture experiment may fail to recapture marked individuals. We devised a method for obtaining lower bounds on abundance in the absence of recaptures for both panmictic and spatially structured populations. The method assumes few enough recaptures were expected to be missed by random chance. The upper Bayesian credible limit on expected recaptures allows probabilistic statements about the minimum number of individuals present in the population. We applied this method to data from a 12-year survey of pallid sturgeon (Scaphirhynchus albus) in the lower and middle Mississippi River (U.S.A.). None of the 241 individuals marked was recaptured in the survey. After accounting for survival and movement, our model-averaged estimate of the total abundance of pallid sturgeon ≥3 years old in the study area had a 1%, 5%, or 25% chance of being <4,600, 7,000, or 15,000, respectively. When we assumed fish were distributed in proportion to survey catch per unit effort, the farthest downstream reach in the survey hosted at least 4.5–15 fish per river kilometer (rkm), whereas the remainder of the reaches in the lower and middle Mississippi River hosted at least 2.6–8.5 fish/rkm for all model variations examined. The lower Mississippi River had an average density of pallid sturgeon ≥3 years old of at least 3.0–9.8 fish/rkm. The choice of Bayesian prior was the largest source of uncertainty we considered but did not alter the order of magnitude of lower bounds. Nil-recapture estimates of abundance are highly uncertain and require careful communication but can deliver insights from experiments that might otherwise be considered a failure.

Abstract

es

Estimación de la Abundancia sin Recapturas de Esturiones Pálidos Marcados en el Río Mississippi

Resumen

Las estimaciones de abundancia son esenciales para evaluar la viabilidad de las poblaciones y los riesgos que presentan las acciones de manejo alternativo. Un esfuerzo para estimar la abundancia por medio de un experimento repetido de marcaje-recaptura puede fallar en la recaptura de individuos marcados. Diseñamos un método para obtener los límites inferiores de la abundancia en ausencia de recapturas para poblaciones panmixtas o estructuradas espacialmente. El método asume que se espera que suficientes recapturas mínimas no sean hechas por cuestiones de azar. El límite bayesiano superior confiable de recapturas esperadas permite afirmaciones probabilísticas sobre el número mínimo de individuos presentes en la población. Aplicamos este método a datos de un censo de 12 años del esturión pálido (Scaphirhynchus albus) en las partes media y baja del río Mississippi (E.U.A.). Ninguno de los 241 individuos marcados fue recapturado en este censo. Después de considerar la supervivencia y el movimiento, nuestro estimado promediado por el modelo de la abundancia total de esturiones pálidos ≥3 años de edad en el área de estudio tuvo un 1%, 5% ó 25% de probabilidad de ser <4,600, 7,000, ó 15,000, respectivamente. Cuando asumimos que los peces estaban distribuidos en proporción al esfuerzo de captura por unidad del censo, el alcance más lejano río abajo en el censo hospedó al menos a 4.5-15 peces por kilómetro de río (kmr), mientras que los alcances restantes en las partes media y baja del río Mississippi hospedaron al menos a 2.6-8.5 peces/kmr para todo el modelo examinado. La parte baja del río Mississippi tuvo una densidad promedio de esturiones pálidos ≥3 años de edad de al menos 3.0-9.8/kmr. La elección del a priori bayesiano fue la mayor fuente de incertidumbre que consideramos pero no alteró el orden de magnitud de los límites inferiores. Los estimados de recaptura cero de la abundancia son altamente inciertos y requieren de una comunicación cuidadosa pero pueden proporcionar conocimiento a partir de experimentos que de otras formas podrían considerarse fracasos.

摘要

zh

度估计在评估种群生存力和评价管理风险方面至关重要。通过标记重捕实验进行丰度估计可能因没有重新捕获标记个体而失败。本研究提出了一种利用零重捕数据来估计种群丰度最小值的方法, 并且这种方法对于随机交配种群和有遗传结构的种群均可适用。该方法假设由于随机事件造成的重捕量不足很少发生。这种方法可以根据期望重捕量的置信区间上限来推测种群数量并给出相应概率。我们利用该方法分析了一个持续 12 年的标志重捕调查数据集, 估计了美国密西西比河中下游的浅色鲟鱼 (Scaphirhynchus albus) 的种群丰度。在调查中, 241 个标记个体都没再次被捕捉到。在考虑了死亡和迁移因素后, 模型给出了对该研究区域浅色鲟鱼种群个体 (>3岁) 数量的估计: 有1%的概率低于 4600条, 5% 的概率低于 7000 条以及 25% 的概率低于 15000 条。当假设真实鲟鱼密度与调查中的单位捕获量成比例时, 我们估计最远的一条下游河道中鲟鱼密度至少为 4.5-15 条/ 每条河每公里 (rkm), 而剩下的密西西比河中下游河道中鲟鱼密度至少为 2.6-8.5 条 /rKm 。密西西比河下游河道中浅色鲟鱼 (>3岁)的平均密度为至少 3.0-9.8 条/rKm 。贝叶斯先验分布参数的选择是该方法分析结果不确定性的主要来源, 但它不会导致在估计种群丰度最小值时产生数量级上的误差。用零重捕数据估计丰度具有很大的不确定性, 并且在解读结果时需要非常小心, 但通过这种分析方法, 我们可以从以往被认为失败了的标志重捕实验中获得有用信息。翻译: 马天笑; 审校: 魏辅文