CALLIER, M.D., M. RICHARD, C.W. McKINDSEY, 2009. Responses of benthic macrofauna and biogeochemical fluxes to various levels of mussel biodeposition : an in situ "benthocosm" experiment. Mar. Pollut. Bull., 58(10): 1544-1553.

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An in situ experiment was done to evaluate the dose-dependent response of mussel biodeposition on benthic communities and biogeochemical fluxes. Natural benthic communities were exposed to 7 different levels of mussel biodeposition (equivalent to that produced by 0–764 mussels m^-2) over 50 days. Benthic communities responded as predicted from the Pearson, T.H., Rosenberg, R., 1978. Macrobenthic succession in relation to organic enrichment and pollution of the marine environment. Oceanogr. Mar. Biol. Annu. Rev. 16, 229–311 model of organic enrichment. Total abundance and species richness decreased with increasing biodeposition. The abundance and biomass of opportunistic species (Capitella spp.) increased in the mesocosms subject to the greatest biodeposition. Sensitive species Tellina agilis and Pherusa plumosa tended to decrease in abundance and biomass with increasing biodeposition. The biotic index M-AMBI responded clearly to increased biodeposition and may be a useful tool for assessing the effect of mussel biodeposition on the benthic environment. These results are important for the construction of predictive models for determining environmental carrying capacity for bivalve aquaculture. Crown Copyright ©2009 Published by Elsevier Ltd.

WEISE, A.M., C.J. CROMEY, M.D. CALLIER, P. ARCHAMBAULT, J. CHAMBERLAIN, C.W. McKINDSEY, 2009. Shellfish-DEPOMOD : modelling the biodeposition from suspended shellfish aquaculture and assessing benthic effects. Aquaculture, 288(3-4): 239-253.

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By predicting the dispersal of particulate aquaculture wastes around farm sites, numerical modelling can provide an effective tool to assess the spatial extent of environmental effects. The present paper describes how the aquaculture waste model DEPOMOD (Cromey, C.J., Nickell, T.D., Black, K.D. 2002a. DEPOMOD – modelling the deposition and biological effects of waste solids from marine cage farms. Aquaculture 214, 211-239.), originally developed for finfish aquaculture sites, was adapted and validated for suspended shellfish aquaculture. Field data were collected for species-specific model input parameters (mussel biodeposition rates and particle settling velocities) and several finfish model parameters (farm representation and calculation of aquaculture wastes) were adjusted for the shellfish scenario. Shellfish-DEPOMOD was tested at three coastal mussel Mytilus edulis farms with differing hydrodynamic regimes in Quebec, Canada. For each site, model predictions were compared to observed deposition measured in situ with sediment traps. Sedimentation rates under the three mussel culture sites were ca. Two to five times those observed at corresponding reference sites. Mussel biodeposits were predicted to accumulate within 30 m of the farms in the shallow depositional sites while being dispersed more than 90 m in the deeper dispersive site. At the farm site in Great-Entry Lagoon, model predictions agreed well with field data for the 0+ and 1+ mussel cohorts when the maximum biodeposit production parameter was used. At the farm site in House-Harbour Lagoon, model predictions did not agree with observed sedimentation rates, due most likely to the resuspension and advection of non farm-derived material and complex hydrodynamics. The model correctly predicted the pattern of waste dispersal at the third farm site in Cascapedia Bay, although it underestimated biodeposition. Predicted fluxes may have been underestimated at this site because biodeposits from biofouling communities were not included in the calculation of aquaculture wastes. The relationship between modelled long-term biodeposition and benthic descriptors was assessed for the three farms. Alterations to the benthic community were observed at high biodeposition rates (>15 g m^-2d^-1). At the most disturbed site, predicted fluxes were best correlated with the Infaunal Trophic Index (ITI) (R=-0.79, P<0.001), followed by AZTI's marine disturbance index (AMBI) (R=0.64, Pb0.001). The potential application of Shellfish-DEPOMOD in terms of the management of shellfish aquaculture sites is discussed.©2008 Elsevier B.V.

CALLIER, M.D., C.W. McKINDSEY, G. DESROSIERS, 2008. Evaluation of indicators used to detect mussel farm influence on the benthos : two case studies in the Magdalen Islands, Eastern Canada. Aquaculture, 278(1-4): 77-88.

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The aim of this study was to identify appropriate indicators to determine the influence of mussel aquaculture on the benthic environment. Both sediment [particle size, sediment profile imaging (SPI), % OM] and benthic community (abundance, biomass, number of species, Margalef’s species richness, Shannon-Weiner diversity, Pielou’s eveness, individual body mass, trophic group, a biotic index — AMBI, and community structure) characteristics were evaluated at two mussel farms in Great-Entry (GE) and Havre-aux-Maisons (HAM) lagoons in the Magdalen Islands (Quebec, Canada). Sampling stations were positioned directly beneath the outer-most mussel lines (0 m) and at distances of 3, 6, 9, 15, 30 m and at a control site (at either 300 or 500 m) along a transect leading from each farm. Contrasting patterns were observed. At GE, sediment characteristics and benthic communities did not vary among stations and were characterized by low diversity, abundance and biomass. At HAM, % OM decreased and macrofaunal diversity and abundance increased with increasing distance from the farm. Biomass was low under the mussel line, increased between 3 and 30 m and was low again at 300 m. This was explained by the abundance of the polychaete Pectinaria granulata, which seems to have benefited from a moderate organic loading associated with the mussel farm. The mean individual biomass of the second-order opportunistic deposit feeders P. granulata and Heteromastus filiformis decreased with distance from the farm, whereas that of the pollution-sensitive suspension feeder Ensis directus and deposit feeder Tellina agilis increased with increasing distance from the farm. At HAM, the effects of mussel farming were restricted to the vicinity of the farm, while at GE the pattern was less clear. The GE mussel farm had either little effect on the local environment or else larger-scale but diffuse effects. The study showed that the a priori choice of the sampling stations and indicators may influence the interpretation of the results. Community structure and SPI were the most efficient indices for detecting both small- and broader-scale influences at both studied mussel farms.©2008 Elsevier B.V.

CALLIER, M.D., C.W. McKINDSEY, G. DESROSIERS, 2007. Multi-scale spatial variations in benthic sediment geochemistry and macrofaunal communities under a suspended mussel culture. Mar. Ecol. Prog. Ser., 348: 103-115.

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The chemical and biological effects of biodeposition from a mussel culture were evaluated at multiple spatial scales during the summer of 2003 in Great-Entry Lagoon, eastern Canada. Sediment samples were collected directly under and between mussel lines (positions 10 m apart: 10 m scale) from multiple sites (located ca. 100 m apart: 100 m scale) in each of 3 zones: reference ®, 0+ and 1+ mussel cohort zones (located at least 500 m apart: km scale). In general, redox potential decreased and sulphide concentration increased with sediment depth but did not differ among zones or positions. A clear difference in macrofaunal community structure was observed among R, 0+ and 1+ zones, as well as between the positions directly under mussel lines in 1+ sites (1+ _under) and those between 1+ mussel lines (1+_between). The benthic community at 1+_under positions was dominated by an opportunistic species (Capitella capitata) and had the lowest diversity and biomass. 0+ sites were characterised by the greatest number of species and biomass, suggesting that some species have benefited from a moderate organic loading from the 0+ mussels. Historical data indicate that the deeper part of the lagoon was a naturally enriched environment. The mussel farm probably contributes to local organic enrichment. Comparison of benthic communities from the present study (>20 yr after the initiation of mussel aquaculture) in the site to similar historical data from 3 periods (1975 and 1978, before mussel farming; 1982, at the start of farming activities; and 2004, after the 1+ mussel harvest) showed that community structure differed largely because of the greater abundance of deposit feeders in 2003. However, among these 3 periods the differences in benthic community structure were no greater than differences observed between years within the periods.©2007 Inter-Research

CRANFORD, P.J., R. ANDERSON, P. ARCHAMBAULT, T. BALCH, S.S. BATES, G. BUGDEN, M.D. CALLIER, C. CARVER, L.A. COMEAU, B. HARGRAVE, W.G. HARRISON, E. HORNE, P.E. KEPKAY, W.K.W. LI, A. MALLET, M. OUELLETTE, P. STRAIN, 2006. Indicators and thresholds for use in assessing shellfish aquaculture impacts on fish habitat ; Indicateurs et seuils pour l'évaluation des effets de la conchyliculture sur l'habitat du poisson. DFO, Canadian Science Advisory Secretariat, Research Document ; MPO, Secrétariat canadien de consultation scientifique, Document de recherche, 2006/034, 116 p.

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Le présent document de recherche a pour but de fournir un avis scientifique afin de permettre à Gestion de l’habitat du MPO de prendre des décisions de gestion (et de les justifier) concernant la destruction, la détérioration ou la perturbation (DDP) de l’habitat du poisson par la conchyliculture. Le but général de cet exercice et de nos recommandations est d’éviter ou d’atténuer la DDP de l’habitat. Nos objectifs particuliers sont les suivants : 1. relever et évaluer un éventail d’indicateurs quantitatifs (mesures de l’état de l’habitat et de l’état de l’écosystème) qui pourraient être utilisés pour surveiller les effets potentiels de la conchyliculture et faire des recommandations à cet égard; 2. fournir une aide scientifique à la décision pour l’élaboration d’un cadre de suivi environnemental fondé sur l’établissement de limites d’effets prédéterminés (seuils opérationnels) destinées à initier des mesures de gestion. Un grand nombre d’indicateurs de l’état de l’écosystème et de l’habitat et d’approches méthodologiques ont été recensés pour soutenir la gestion de l’industrie. Chaque indicateur a été sélectionné a priori d’après les prévisions et les observations liées à l’effet sur l’habitat. Les indicateurs retenus ont été classés en fonction de leurs forces et de leurs faiblesses à l’aide de critères prédéfinis, notamment l’existence de seuils opérationnels; les exigences réglementaires; les espèces élevées; les degrés d’effets pris en considération; le ratio coût/avantages; les exigences en matière de gestion adaptée aux besoins. Dans le cas de la conchyliculture, nous avons recommandé un cadre d’évaluation de l’habitat qui tient compte de la nécessité d’opter pour une approche décisionnelle cohérente, transparente et à fondement scientifique qui reflète à la fois les préoccupations liées à l’habitat du poisson et à l’écosystème. Parmi les points importants pris en considération dans le cadre de notre évaluation des options relatives à l’étude des impacts de l’industrie conchylicole, nous avons relevé la grande diversification de cette industrie au Canada (p. ex. espèces élevées, méthodes d’élevage, densité de peuplement) de même que des différences régionales dans les risques d’effets environnementaux (liés principalement à des facteurs géographiques et hydrodynamiques). Nous recommandons d’établir un cadre de surveillance de l’environnement suffisamment souple pour être utilisé dans une variété de conditions environnementales et qui est efficace et pratique pour les exploitations aquicoles actuelles, dont la taille varie de moins de 0,5 à 500 hectares. L’une des principales recommandations de ce rapport est que les évaluations de l’habitat soient axées sur une approche multi-niveaux qui reconnaît qu’un risque accru pour l’habitat du poisson requiert, par conséquent, un effort de surveillance accru. Divers degrés de surveillance peuvent être appliqués en fonction des évaluations de la vulnérabilité de l’environnement et du risque pour l’environnement (p. ex. milieu dispersif ou milieu de dépôt et présence d’un habitat vulnérable), de la nature de l’exploitation (notamment la taille, les espèces et les élevages) et des effets environnementaux observés par suite de mesures et de vérifications. Le cadre recommandé prévoit que les programmes de surveillance continue puissent être adaptés régulièrement aux changements dans nos connaissances des effets environnementaux potentiels, des indicateurs et des méthodologies connexes. Il est important de pouvoir ajouter ou enlever au besoin des indicateurs aux programmes de surveillance si l’on dispose de justifications scientifiques solides à cet égard. L’approche d’évaluation progressive des effets recommandée tient compte des possibilités d’effets sur l’habitat marin benthique situé à proximité immédiate de chaque concession conchylicole et, par conséquent, correspond aux recommandations scientifiques relatives à la surveillance de la pisciculture au Canada. Des seuils défendables sur le plan scientifique sont disponibles pour les indicateurs biogéochimiques du milieu benthique (sulfures et potentiel d’oxydoréduction), et ces seuils pourraient être employés pour définir les hypothèses qui doivent être étudiées dans un programme de surveillance opérationnelle. Des mesures efficaces sont également disponibles pour atténuer les effets de l’enrichissement organique du milieu benthique, lesquelles mesures peuvent être associées aux seuils opérationnels intégrés dans un cadre de gestion adaptée aux besoins. Les interactions écosystémiques avec les populations conchylicoles denses sont plus complexes que celles avec les populations piscicoles. Or, de nombreux effets sur l’habitat du poisson potentiels et observés ne peuvent être évalués uniquement à l’aide les indicateurs de l’habitat benthique propres au site. Pour compléter la surveillance opérationnelle du milieu benthique, nous devons, sous certaines conditions, recourir à des mesures intégrant des indicateurs des effets à distance sélectionnés. Les lacunes actuelles dans notre connaissance de la dynamique de l’écosystème font en sorte que nous sommes incapables de définir entièrement les seuils opérationnels quantitatifs pour bon nombre d’indicateurs valides et très pertinents de l’état de l’habitat et de l’écosystème (surtout ceux qui décrivent la structure et la dynamique de l’habitat pélagique), ce qui ne devrait pas pour autant exclure l’utilisation potentielle de ces indicateurs. Nous devons recourir à des programmes d’échantillonnage de surveillance reposant sur les paramètres des colonnes d’eau lorsque les évaluations des effets environnementaux et les données de surveillance continue indiquent un risque relativement élevé que des effets se produisent à l’échelle d’une baie. Il est particulièrement important d’évaluer les effets des exploitations mytilicoles en boudins sur les concentrations et la répartition des particules en suspension de même que sur le réseau trophique pélagique (microflore et microfaune) que l’on rencontre dans des enfoncements côtiers où les concessions abondent. Les données de l’industrie sur le peuplement conchylicole de toutes les exploitations situées dans une zone de gestion servent de fondement aux évaluations des effets de la conchyliculture sur l’habitat du poisson. Il faut employer des pratiques scientifiques éprouvées pour concevoir les programmes de surveillance (approches d’échantillonnage statistiquement valides) et pour analyser les données et les indicateurs relatifs à l’état de l’habitat (p.ex. assurance et contrôle de la qualité).

CALLIER, M.D., A.M. WEISE, C.W. McKINDSEY, G. DESROSIERS, 2006. Sedimentation rates in a suspended mussel farm (Great-Entry Lagoon, Canada): biodeposit production and dispersion. Mar. Ecol. Prog. Ser., 322: 129-141 .

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Experimental and field studies were carried out to characterise biodeposit dynamics in a suspended mussel Mytilus edulis L. farm in Great-Entry Lagoon, eastern Canada. We assessed: (1) the quantity and quality of biodeposits produced by different age classes of mussels, (2) the size-dependent sinking velocity of faeces and (3) the variation in sedimentation rates at different spatial and temporal scales. Individual 0+ mussels produced on average only 63 % of the mass of biodeposits (32.4 mg dry wt d^-1 ind.^-1 that 1+ mussels did (51.5 mg dry wt d^-1 ind.^-1. In contrast, the amount of biodeposits produced per unit body weight (dry weight of soft tissue) was greater for 0+ than for 1+ mussels. Faecal pellet sinking velocity ranged from 0.27 to 1.81 cm s^-1 for mussels ranging in size from 3 to 7 cm, and was best correlated with faecal pellet width. Sedimentation rates were greater within the farm than at reference sites, supporting the hypothesis that mussel farming increases sedimentation rates. Variations in sedimentation were also observed at small spatial scales and through time. Prior to the harvesting of 1+ mussels, sedimentation rates directly under the 1+ mussel lines were about twice those 10 m distant, between the lines, and in other zones (reference sites and sites in the lease with 0+ mussels). These observations and sedimentation patterns along transects leading away from the mussel farm suggest that biodeposits from the farm are not dispersed broadly. The estimated initial dispersal of faecal pellets ranges from 0-7.4 m (1+ mussels) to 7-24.4 m (0+ mussels).©2006 Inter-Research