The Ecopath with Ecosim (EwE) modeling approach combines software for ecosystem trophic mass balance analysis (Ecopath), with a dynamic modeling capability (Ecosim) for exploring past and future impacts of fishing and environmental disturbances as well as for exploring optimal fishing policies. Ecosim models can be replicated over a spatial map grid (Ecospace) to allow exploration of policies such as marine protected areas, while accounting for spatial dispersal/advection effects. The Ecopath approach and software has been under development for two decades, with Ecosim emerging in 1995, and Ecospace in 1998, leading to an integrated and widely applied package. We present an overview of the computational aspects of the Ecopath, Ecosim and Ecospace modules as they are implemented in the most recent software version. The paper summarizes the capabilities of the modeling system with respect to evaluating how fisheries and the environment impact ecosystems. We conclude by a warning about pitfalls in the use of the software for policy exploration.

Even unmanaged ecosystems are characterized by combinations of stability and instability and by unexpected shifts in behavior from both internal and external causes. That is even more true of ecosystems managed for the production of food or fiber. Data are sparse, knowledge of processes limited, and the act of management changes the system being managed. Surprise and change is inevitable. Here we review methods to develop, screen, and evaluate alternatives in a process where management itself becomes partner with science by designing probes that produce updated understanding as well as economic product.

Marine reserves are a promising tool for fisheries management and conservation of biodiversity, but they are not a panacea for fisheries management problems. For fisheries that target highly mobile single species with little or no by-catch or habitat impact, marine reserves provide few benefits compared to conventional fishery management tools. For fisheries that are multi-species or on more sedentary stocks, or for which broader ecological impacts of fishing are an issue, marine reserves have some potential advantages. Their successful use requires a case-by-case understanding of the spatial structure of impacted fisheries, ecosystems and human communities. Marine reserves, together with other fishery management tools, can help achieve broad fishery and biodiversity objectives, but their use will require careful planning and evaluation. Mistakes will be made, and without planning, monitoring and evaluation, we will not learn what worked, what did not, and why. If marine reserves are implemented without case by case evaluation and appropriate monitoring programs, there is a risk of unfulfilled expectations, the creation of disincentives, and a loss of credibility of what potentially is a valuable management tool.

Fishing for recreation is a popular activity in many parts of the world and this activity has led to the development of a sector of substantial social and economic value worldwide. The maintenance of this sector depends on the ability of aquatic ecosystems to provide fishery harvest. We are currently witnessing the collapse of many commercial marine fisheries due to over-exploitation. Recreational fisheries are typically viewed as different from commercial fisheries in that they are self-sustaining and not controlled by the social and economic forces of the open market that have driven many commercial fisheries to collapse. Here we reject the view that recreational and commercial fisheries are inherently different and demonstrate several mechanisms that can lead to the collapse of recreational fisheries. Data from four high profile Canadian recreational fisheries show dramatic declines over the last several decades yet these declines have gone largely unnoticed by fishery scientists, managers, and the public. Empirical evidence demonstrates that the predatory behavior of anglers reduces angling quality to levels proportional to distance from population centers. In addition, the behavior of many fish species and the anglers who pursue them, the common management responses to depleted populations, and the ecological responses of disrupted food webs all lead to potential instability in this predator-prey interaction. To prevent widespread collapse of recreational fisheries, fishery scientists and managers must recognize the impact of these processes of collapse and incorporate them into strategies and models of sustainable harvest.

Many case studies in adaptive-management planning for riparian ecosystems have failed to produce useful models for policy comparison or good experimental management plans for resolving key uncertainties. Modeling efforts have been plagued by difficulties in representation of cross-scale effects (from rapid hydrologic change to long-term ecological response), lack of data on key processes that are difficult to study, and confounding of factor effects in validation data. Experimental policies have been seen as too costly or risky, particularly in relation to monitoring costs and risk to sensitive species. Research and management stakeholders have shown deplorable self-interest, seeing adaptive-policy development as a threat to existing research programs and management regimes, rather than as an opportunity for improvement. Proposals for experimental management regimes have exposed and highlighted some really fundamental conflicts in ecological values, particularly in cases in which endangered species have prospered under historical management and would be threatened by ecosystem restoration efforts. There is much potential for adaptive management in the future, if we can find ways around these barriers.

Large, dominant fish species that are the basis of many fisheries may be naturally so successful due partly to "cultivation effects," where adults crop down forage species that are potential competitors/predators of their own juveniles. Such effects imply a converse impact when adult abundance is severely reduced by fishing: increases in forage species may then cause lagged, apparently depensatory decreases in juvenile survival. Depensatory effects can then delay or prevent stock rebuilding. Cultivation effects are apparently common in freshwater communities and may also explain low recruitment success following severe declines of some major marine stocks such as Newfoundland Atlantic cod (Gadus morhua). Risk of depensatory effects should be a major target of recruitment research, and management policies should aim for considerably higher spawning abundances than has previously been assumed necessary based on recruitment data collected during adult stock declines associated with fishery development.

Abstract We estimate the biomass of high‐trophic level fishes in the North Atlantic at a spatial scale of 0.5° latitude by 0.5° longitude based on 23 spatialized ecosystem models, each constructed to represent a given year or short period from 1880 to 1998. We extract over 7800 data points that describe the abundance of high‐trophic level fishes as a function of year, primary production, depth, temperature, latitude, ice cover and catch composition. We then use a multiple linear regression to predict the spatial abundance for all North Atlantic spatial cells for 1900 and for each year from 1950 to 1999. The results indicate that the biomass of high‐trophic level fishes has declined by two‐thirds during the last 50‐year period, and with a factor of nine over the century. Catches of high‐trophic level fishes increased from 2.4 to 4.7 million tonnes annually in the late 1960s, and subsequently declined to below 2 million tonnes annually in the late 1990s. The fishing intensity for high‐trophic level fishes tripled during the first half of the time period and remained high during the last half of the time period. Comparing the fishing intensity to similar measures from 35 assessments of high‐trophic level fish populations from the North Atlantic, we conclude that the trends in the two data series are similar. Our results raise serious concern for the future of the North Atlantic as a diverse, healthy ecosystem; we may soon be left with only low‐trophic level species in the sea.