An Integrated Population Model for St. Lawrence Estuary Belugas (Delphinapterus leucas)

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dc.contributor.author

Tinker, M. Tim

Mosnier, Arnaud

St-Pierre, Anne P.

Gosselin, Jean-François

Lair, Stéphane

Michaud, Robert

Lesage, Véronique

dc.date.accessioned

2024-08-21T13:02:36Z

dc.date.available

2024-08-21T13:02:36Z

dc.date.issued

2024

dc.description.abstract - en

St. Lawrence Estuary (SLE) belugas are a relict population from the Wisconsin glaciation that probably numbered 10,000 or more in the mid-1800s. As a result of intensive harvests starting in the 1700s, combined with environmental degradation, the population was greatly reduced by the 1980s, leading to their classification as ‘Endangered’ by the Committee on the Status of Endangered Wildlife in Canada in 1983 and to the implementation of a series of programs to monitor the health, demography and dynamics of the population. SLE beluga are exposed to multiple stressors, including environmental contaminants, prey reductions, toxic algal blooms, vessel noise, and various other risk factors. We compiled available data sets on abundance trends, mortality patterns, cause of death and age structure, and used these data to develop and fit an integrative population model (IPM) with the aim of assessing the current status and trends of the SLE beluga population, estimating the risk of quasi-extinction under different scenarios, and identifying new recovery targets for this endangered population. The process model consisted of a stage-structured projection matrix model that incorporated age and sex differences in survival and reproduction. We used Bayesian hierarchical methods to estimate time and density varying vital rates by simultaneously fitting to aerial survey data (from visual and photo-based methods), data on the age structure of the living population and the death assemblage (based on age estimation of stranded carcasses) and cause-of-death analyses of the relative frequencies of natural mortality, harvest mortality, and dystocia/postpartum mortality of adult reproductive females. We found evidence for increased density-dependent (DD) and density independent (DiD) mortality over the 20th century that prevented rebound of the population after the cessation of human harvest in 1979. Our model results showed complex patterns of age and sex specific mortality trends over recent decades: for example, DiD hazards affecting older animals declined between 2010-2018, possibly reflecting reduced cancer rates associated with lower contaminant exposure, resulting in an increasing trend in abundance. In contrast, DD mortality of calves increased over that period, along with dystocia/postpartum mortality of pregnant females, with the result that the proportion of young animals in the living population decreased while the proportion of young animals in the death assemblage increased. These demographic shifts, combined with an uptick in DiD hazards after 2018, caused abundance trends to stabilize after 2018 and possibly begin to decline, although the higher level of uncertainty typical of the end of a time series makes the current trend uncertain.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Les bélugas de l’estuaire du Saint-Laurent (ESL) forment une population remontant à la glaciation du Wisconsin qui comptait probablement 10 000 individus ou plus au milieu des années 1800. En raison d’une chasse intensive qui a débuté dans les années 1700 et de la dégradation de l’environnement, la population a décliné considérablement dans les années 1980, ce qui a mené à leur classification comme espèce en voie de disparition par le Comité sur la situation des espèces en péril au Canada en 1983 et à la mise en œuvre d’une série de programmes de surveillance de la santé, de la démographie et de la dynamique de la population. Les bélugas de l’ESL sont exposés à de multiples facteurs de stress, dont les contaminants environnementaux, la réduction de proies, la prolifération d’algues toxiques, le bruit des navires et divers autres facteurs de risque. Nous avons compilé les jeux de données disponibles sur les tendances en matière d’abondance, les profils de mortalité, la cause de décès et la structure par âge. Nous avons utilisé ces données pour mettre au point et adapter un modèle de population intégratif dans le but d’évaluer l’état actuel et les tendances de la population de béluga de l’ESL, d’estimer le risque de quasi-extinction selon différents scénarios et d’établir de nouvelles cibles de rétablissement de cette population en voie de disparition. Le modèle de processus consistait en un modèle étagé de matrice de projection qui intégrait les différences d’âge et de sexe dans les processus de survie et de reproduction. Nous avons utilisé des méthodes hiérarchiques bayésiennes pour estimer la variation des indices vitaux selon le temps et la densité en les adaptant simultanément aux données des relevés aériens (à l’aide de méthodes visuelles et photographiques), aux données sur la structure par âge de la population vivante et les animaux morts (selon l’estimation de l’âge des carcasses échouées) et aux analyses de la cause de décès concernant les fréquences relatives de mortalité naturelle, de mortalité due à la chasse et de mortalité dystocique ou post-partum chez les femelles reproductrices adultes. Nous avons trouvé des données probantes sur l’augmentation de la mortalité liée à la densité et la mortalité indépendante de la densité (MID) au 20e siècle, qui ont empêché la population de croître à nouveau après l’arrêt de la chasse en 1979. Les résultats de notre modèle ont fait état de tendances complexes de mortalité selon l’âge et le sexe au cours des dernières décennies : par exemple, les risques de MID touchant les animaux plus âgés ont diminué entre 2010 et 2018, ce qui pourrait indiquer une diminution des taux de cancer associés à une exposition moindre aux contaminants. Cette diminution entraîne une tendance à la hausse de l’abondance. En revanche, la mortalité liée à la densité des veaux a augmenté au cours de cette période, de même que la mortalité dystocique ou post-partum chez les femelles gestantes, ce qui a entraîné une diminution de la proportion de jeunes dans la population vivante, alors que la proportion de jeunes dans les animaux morts a augmenté. Ces variations démographiques, combinées à une hausse des risques de MID après 2018, ont entraîné une tendance à la stabilisation de l’abondance après 2018 et à un début éventuel de déclin, bien que la tendance actuelle soit aléatoire en raison d’un niveau accru d’incertitude typique de la fin d’une série chronologique.

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Tinker, M.T., Mosnier, A., St-Pierre, A.P., Gosselin, J-F., Lair, S., Michaud, R. and Lesage, V. 2024. An Integrated Population Model for St. Lawrence Estuary Belugas (Delphinapterus leucas). DFO Can. Sci. Advis. Sec. Res. Doc. 2023/047. iv + 61 p.

dc.identifier.govdoc

Fs70-5/2023-047E-PDF

dc.identifier.isbn

9780660720951

dc.identifier.issn

1919-5044

dc.identifier.uri

https://waves-vagues.dfo-mpo.gc.ca/library-bibliotheque/41252433.pdf

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2865

dc.language.iso

en

dc.publisher

Fisheries and Oceans Canada, Canadian Science Advisory Secretariat

dc.relation.istranslationof

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2866

dc.subject - en

Biological diversity

Nature and environment

Water

dc.subject - fr

Diversité biologique

Nature et environnement

Eau

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dc.title - en

An Integrated Population Model for St. Lawrence Estuary Belugas (Delphinapterus leucas)

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Report

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iv, 61 pages

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2023/047

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