72
ICES WKMOG REPORT 2008 ICES Advisory Committee ICES CM2008/ACOM:33 Ref. PGCCDBS Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock Assessment (WKMOG) 3-6 June 2008 Lisbon, Portugal

Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

 

ICES WKMOG REPORT 2008

ICES Advisory Committee

ICES CM2008/ACOM:33

Ref. PGCCDBS

 

 

Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock Assessment (WKMOG)

3-6 June 2008

Lisbon, Portugal

 

Page 2: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

International Council for the Exploration of the Sea Conseil International pour l’Exploration de la Mer 

H. C. Andersens Boulevard 44–46 DK‐1553 Copenhagen V Denmark Telephone (+45) 33 38 67 00 Telefax (+45) 33 93 42 15  www.ices.dk [email protected] 

Recommended format for purposes of citation: 

ICES. 2008. Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock Assessment (WKMOG), 3‐6 June 2008, Lisbon, Portugal. ICES CM2008/ACOM:33. 72 pp. 

For permission to reproduce material from this publication, please apply to the General Secretary. 

The document is a report of an Expert Group under the auspices of the International Council for the Exploration of the Sea and does not necessarily represent the views of the Council. 

© 2008 International Council for the Exploration of the Sea 

 

Page 3: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | i

Contents

Contents ................................................................................................................................... i

Executive summary ................................................................................................................1

1 Introduction....................................................................................................................3 1.1 Terms of Reference ...............................................................................................3 1.2 Participants ............................................................................................................3 1.3 Background ...........................................................................................................3 1.4 Structure of the Report.........................................................................................3

2 Summary of Presentations ...........................................................................................4 2.1 A brief overview of previous meetings .............................................................4 2.2 Summary  of  Workshop  on  Sexual  Maturity  Staging  of  Cod, 

Whiting, Haddock and Saithe (WKMSCWHS), 2007. .....................................4 2.3 Maturity ogive estimation ...................................................................................4 2.4 Raising Maturity Data..........................................................................................4 2.5 Methods of  investigations of  the sexual maturity and sex ratio of 

the Baltic sprat, herring, cod and flounder inhabiting the southern Baltic, and the status of BITS/DATRAS database in Poland...........................5

2.6 Maturity Ogives estimation ‐ the Southern Stock of European hake (Merluccius merluccius) case .................................................................................5

2.7 INBIO:  A  simple  tool  to  calculate  biological  parameters’ uncertainty.............................................................................................................6

2.8 Latvian studies of fish maturation .....................................................................6

3 Review of Data Structure .............................................................................................7

4 Methods of calculating maturity estimates...............................................................8 4.1 Methods in DCR Technical Reports 2006 ..........................................................8 4.2 Comparing methods of raising maturity data between countries .................9

4.2.1 Sampling design.......................................................................................9 4.2.2 Modelling maturity data.........................................................................9 4.2.3 Methods – UK.........................................................................................10 4.2.4 Methods – Poland ..................................................................................11 4.2.5 Methods ‐ Portugal ................................................................................14 4.2.6 Methods ‐ Spain .....................................................................................17 4.2.7 Methods ‐ Ireland...................................................................................20

4.3 Raising maturity data.........................................................................................22 4.3.1 Precision and bias ..................................................................................22

4.4 Summary of raising procedure .........................................................................23 4.5 Methods from the literature ..............................................................................26

4.5.1 Probabilistic Maturation Reaction Norms (PMRNs) ........................26 4.5.2 Regression Trees ....................................................................................26

 

Page 4: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ii | ICES WKMOG REPORT 2008

4.5.3 Limitations of GLM and potential developments .............................26 4.6 Conclusions .........................................................................................................27

5 Additional questions ..................................................................................................27 5.1 Should survey or commercial data be used for maturity ogives?................27 5.2 If differences exist between areas, how do we weight the maturity 

data from each area?...........................................................................................28 5.3 Are  annual  estimates  or  average  values  across  years  more 

appropriate? ........................................................................................................28 5.4 What is the effect of skipped spawning on maturity ogive fitting?.............31 5.5 What is the Effect of Maturity Estimates on Assessments? ..........................32

5.5.1 Effect on SSB ‐ Examples using FLR code ..........................................33 5.5.2 Effect on Assessment Outputs .............................................................35

6 Summarizing and reporting maturity estimates....................................................35 6.1 Guidelines for reporting ....................................................................................37

7 Conclusions and Recommendations........................................................................37 7.1 Data and Methods ..............................................................................................37 7.2 Guidelines for collecting maturity data and estimating proportion 

mature ..................................................................................................................38

8 References .....................................................................................................................40

Annex 1: List of participants...............................................................................................42

Annex 2: SAC‐GFCM Geographical Sub‐Areas in the Mediterranean........................1

Annex 3: R‐code to plot maturity‐at‐age and length ......................................................45

Annex  4: R‐code  to  simulate  the  effect  on  SSB  of  bias  and  variation  in maturity‐at‐age estimates ...........................................................................................46

Annex 5: References regarding maturity..........................................................................48

Annex 6 : Working paper ....................................................................................................55  

 

 

 

 

Page 5: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 1

Executive summary

The European Union requires member states to collect maturity data under the Data Collection Regulation  (DCR) but  there are no agreed guidelines  for calculating and reporting maturity  estimates  from  the data  collected. Therefore  this workshop was proposed by  the Planning Group on Commercial Catches, Discards  and Biological Sampling (PGCCDBS 2007) as part of ongoing ICES work to improve data collection, methodology  and  quality  assurance.  The  objectives  were  to  establish,  if  not  a common method for raising, at least a set of best practices to be used when producing estimates  from maturity  data  and  to  give  participants  the  opportunity  to  address specific issues related to their maturity sampling and estimation approaches. 

The workshop met  its Terms of Reference which,  in brief, were: a) Review  the data structures and agree on a format for analysis purposes; b) Investigate differences  in raising procedures in use by different countries, compare results, identify advantages and limitations; c) Propose best practices for summarizing and reporting the results. 

Guidelines

A  set of guidelines  for maturity sampling, estimation and  reporting  is given  in  the conclusions.  These  build  on  the work  of  the  ICES Workshop  on  Sexual Maturity Sampling (WKMAT 2007) and complement the minimum international protocols for age  and  maturity  calibration  from  PGCCDBS  2008.  The  guidelines  include  an interpretation of how to calculate DCR precision levels for maturity estimates, based on the mean confidence interval width, which was agreed among participants. 

Data

The FishFrame/COST data format was selected and successfully used as an exchange format  for  maturity  data.  It  has  the  benefits  of  being  open  source  and  actively maintained. Potential developments identified were: extending the code lists for Area and otolith side, modification to accommodate species with total weight by sex and an  optional  field  for  histological maturity.  Code  was  developed  to  convert  from DATRAS output format to the FishFrame/COST data format. 

Methods

Currently accepted practice is to use Binomial generalized linear models (GLMs) with logistic  link  for maturity  ogive modelling  and  Sex‐Maturity‐Age‐Length‐Keys  for raising  estimates.  Methods  were  reviewed  and  detailed  information  on  raising procedures  and  countries’  methods  provided.  Comparisons  between  different countries’ approaches showed results were very similar. 

The  report demonstrates how  the GLM models can be used  to evaluate differences between  age  classes,  sexes,  areas  or  years  and  suggests  alternative  approaches  if model  fit  is  poor.  For  example,  standard  logistic  curves  are  demonstrated  to  give substantially biased estimates if skipped spawning is a significant issue. In this case, three‐parameter  logistic  curves will  be more  suitable.  The  link  between maturity estimates and stock assessment was also considered with illustrations of the effect on SSB of bias and variability in maturity estimates. 

There is the opportunity to advance current practice by developing models that more fully include the sampling and spatial structure of the data. Also, several approaches of estimating precision for maturity‐at‐age are available but there is no widely‐used method. Analytical approaches need testing and bootstrap procedures that resample 

 

Page 6: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

2 | ICES WKMOG REPORT 2008

individual  fish  may  violate  the  assumption  of  independent  sampling  units.  Re‐sampling stations is reasonable, although issues arise if estimates show spatial trends or correlations between stations. 

 

Page 7: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 3

1 Introduction

1.1 Terms of Reference

At the 95th Statutory Meeting of ICES (2007) it was decided that a Workshop on Maturity  Ogive  Estimation  for  Stock  Assessment  (WKMOG)  (Chair:  David Maxwell, UK) would  be  established. This met  in Lisbon, Portugal  from  3  to  6 June 2008, to: 

a) Review  the data  structures  commonly used  at  a national  and  international level and agree on a format for analysis purposes; 

b) Investigate differences  in  raising procedures  to maturity datasets  in use by different countries, compare  the results between methods and data sources, identifying  the  advantages  and  limitations  of  each  procedure,  consider proposals for such raising procedures; 

c) Propose best practices for summarizing and reporting the results. 

1.2 Participants

This workshop was attended by 15 people from six countries. Annex 1 presents a list of names and addresses of all participants. 

1.3 Background

Since 2002  the European Union has  required member  states  to  collect maturity data under the Data Collection Regulation (DCR, EC Regulations No 1543/2000, No 1639/2001, and No 1581/2004). Consequently most countries collect maturity data,  but may  lack  guidance  in  calculating  and  reporting maturity  estimates. Therefore,  the  ICES  Planning  Group  on  Commercial  Catches,  Discards  and Biological  Sampling  (PGCCDBS,  ICES  2007a),  under  its  remit  to  co‐ordinate development of methods and guidelines for collection and provision of data for stock  assessment  purposes,  proposed  this  workshop.  The  objective  was  to establish, if not a common method for raising, at least a set of best practices to be used when  producing  estimates  from maturity  data.  In  the  process,  countries would  have  a  chance  to  learn  how  to  resolve  specific  raising  issues  related  to their maturity sampling programmes and to apply other, possibly new, methods to provide national maturity estimates. 

1.4 Structure of the Report

The report broadly follows the Terms of Reference for the meeting.  

Section  2  summarizes  the  presentations made  to  the workshop, which were  a mixture of specific studies and more general topics. 

Section 3 addresses ToR a), reviewing the FishFrame/COST data exchange format selected. 

Section  4  covers  ToR  b),  it  includes  summaries  of  methods  from  EU  DCR Technical Reports and  the published  literature and detailed explanations of  the methods  available  at  the workshop.  These methods  are  applied  to  a  common dataset with reassuringly similar results.  The section finishes with an exposition of raising maturity data by length and/or age and conclusions on the methods.  

Section 5 discusses additional issues related to maturity estimation and includes numerical illustrations of the effect of skipped spawning on logistic models and 

 

Page 8: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

4 | ICES WKMOG REPORT 2008

the effect of bias and variation in maturity estimates on spawning‐stock biomass (SSB). 

Section  6  addresses  ToR  c)  by  providing  guidance  on  how  to  calculate  an appropriate summary of precision to meet DCR reporting requirements. 

Section 7 then summarizes the workshop’s conclusions and gives guidelines for collecting maturity data and estimating proportion mature. 

Along with the references used in the report, Annex 5 gives a large collection of references  related  to  maturity,  grouped  into  topics.  Four  working  papers, prepared by SFI Poland, containing photographic guidebooks of the main Baltic fish gonads’ development were also available to WKMOG. These guides are not included  in  the  report  because  of  their  large  file  size  and  the methodological focus  of  the  meeting  but  they  can  be  obtained  directly  from  Dr W.  Grygiel ([email protected]). 

2 Summary of Presentations

2.1 A brief overview of previous meetings

David Maxwell 

This  presentation  set  the  scene  for  the  workshop,  highlighting  key  findings  and themes from a selection of previous meetings: Workshop on Sampling strategies for age  and maturity  (Anon  1994),  SGGROMAT  (ICES,  2004a), WKMAT  (ICES  2007b) and recent Maturity Staging Workshops (ICES 2007c, ICES 2007d, ICES 2007e)  

2.2 Summary of Workshop on Sexual Maturity Staging of Cod, Whiting, Haddock and Saithe (WKMSCWHS), 2007.

Provided by Rikke Hagstrøm Bucholtz, presented by David Maxwell 

A summary of the preparation, results and conclusions of the workshop was given. The conclusions  included adding an extra stage for abnormal gonadal development to  the  maturity  scale  and  replacing  maturity  sampling  outside  Q1  with  extra sampling  in  Q1. WKMSCWHS  also  recommended  that  the  spawning  proportion replaces the proportion mature in the assessment of the spawning stock size. This has direct implications for fitting maturity ogives that are explored in Section 5. 

2.3 Maturity ogive estimation

Lisa Readdy 

Some recent literature on maturity ogive estimation was summarized. Methods used were mainly  generalized  linear modelling with  logit  link,  bootstrapping  and  one example of  tree‐based models. The relationship between maturation and a range of biological  and  environmental  variables  have  been  investigated  for  specific  stocks. During the meeting other participants greatly expanded the reference list to provide a topic‐based list of relevant literature, see Annex 6.  

2.4 Raising Maturity Data

Hans Gerritsen 

A  description was  given  of  an  application  of GLM  to maturity data  and  a model selection  procedure  that  can  help  decide  if  terms  like  age,  length  and  age*length interactions  should  be  included  in  the  model.  This  can  be  used  to  decide  the 

 

Page 9: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 5

appropriate way to raise maturity data. The same approach can also be used to test for differences between the sexes or between areas.  

For  a  number  of  stocks,  various  raising  procedures were  compared  for  bias  and precision  in  the  maturity‐at‐age  estimates.  Although  some  methods  are  more appropriate  than  others,  the  parameter  and  precision  estimates were  quite  similar between the different raising procedures. 

Details of the methodology and resulting work are included in Section 4 

2.5 Methods of investigations of the sexual maturity and sex ratio of the Baltic sprat, herring, cod and flounder inhabiting the southern Baltic, and the status of BITS/DATRAS database in Poland.

Włodzimierz Grygiel 

The  principal  part  of  the  presentation  entitled:  “Methods  of  investigations  of  the sexual maturity and sex ratio of the Baltic sprat, herring, cod and flounder inhabiting the  southern Baltic, and  the  status of BITS/DATRAS database  in Poland”  (author  ‐ Włodzimierz  Grygiel)  was  based  on  the  text  extracted  from  the Working  Paper entitled “Methods and some results of investigations of the sexual maturity and sex ratio of the Baltic sprat, herring, cod and flounder”, and four other Working Papers prepared by the Sea Fisheries Institute in Gdynia (Poland) on the WKMOG session in Lisbon (3–6.06.2008). Topics of the presentation were: 

• methods of the main commercial Baltic fish sexual maturity and sex ratio investigations,  

• guidebooks  for  the  Baltic  sprat,  herring,  cod  and  flounder  gonad’s maturity determination – examples,  

• the status of BITS/DATRAS/FishFrame databases in Poland. 

A summary of the work is given in Section 4 and the full Working Paper is given in Annex 6. 

2.6 Maturity Ogives estimation - the Southern Stock of European hake (Merluccius merluccius) case

by P. Gonçalves, E. Jardim, M. Sainza, L. Silva, M. Santurtún and S. Cervino -   presented by Patricia Gonçalves 

Abstract: 

European  hake  (Merluccius merluccius)  is  distributed  in  the North‐eastern Atlantic. Being the Southern Stock of Hake distributed along the Atlantic coast of the Iberian Peninsula (ICES div. VIIIc and IXa). In this stock, the spawning‐stock biomass (SSB) is currently assessed on an annual basis, using a sex combined maturity ogive based on macroscopic gonad identification.  Since 2007, the proportion of mature estimates are  weighted  by  the  length  composition  of  the  stock  as  recommended  by  ICES WKMAT. The major issue with maturity data quality is the possibility of significant misclassification  of  maturing  or  resting  fish  as  immature,  which  leads  to  an underestimation  of  SSB  conducting  to  inadequate management  options.   Another possible  error  could  be  introduced  by  the  variability  associated  with  different observers classification  from  the data used  to estimated SSB provide  from different countries and therefore different institutes. 

In  order  to  achieve  the percentage  of  resting  females macroscopically  classified  as immature,  the  maturity  stage  of  several  gonads  had  been  determined  based  on microscopic  characteristics.  The  inter‐institutes  classification  variability,  had  been 

 

Page 10: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

6 | ICES WKMOG REPORT 2008

estimated using the results of a maturity stage calibration exercise realized during the ICES WKMSHM with all the institutes involved on the southern stock assessment. 

In the present study, we re‐estimated the southern stock maturity ogives taking into account the error estimation given by  immature/resting misclassification and by the inter‐institutes maturity staging variability. 

Further details from the presentation and resulting work are included in Section 4 

2.7 INBIO: A simple tool to calculate biological parameters’ uncertainty

by P. Sampedro, M. Sainza and V. Trujillo – presented by Maria Sainza 

We  describe  an  automatic  procedure  to  estimate  uncertainty  of  some  biological parameters: growth, maturation,  sex‐ratio  and  length‐weight  curves. A  routine has been developed in R environment, which makes possible to fit the most usual models and  to  estimate  the  coefficient  of  variation  for  parameters  by  using  the  non‐parametric bootstrap methodology. The approach is illustrated by an application for Southern Hake stock. 

2.8 Latvian studies of fish maturation

Tatjana Baranova 

The biological data of Baltic cod were collected since 1948 on the board of commercial vessels, from landings on the fishing factory and in 1958‐1991 from research surveys on  the  board  of  research  vessels.  Latvian  sampling  before  1990s was  carried  out monthly in SD 25‐32 of Baltic Sea. Samples from the BITS (DATRAS) research surveys in 1993‐2007 were  conducted  in March and  in November‐December. Samples  from the commercial fishery in 1995‐2005 are collected monthly, in 2006‐2007 – quarterly. 

The biological data of flounder, herring and sprat were collected by the LATFRA in Riga (former Baltic Fishery Research Institute) since 1960’s. The determination of the maturity stages of cod, flatfish, sprat and herring in Latvia traditionally is carried out using the 6‐stage scale of gonads development.  The national maturity coding should be converted  into  the BITS 5‐stages code before  the data are submitted  to  the  ICES databases (DATRAS, FishFrame) according to the conversion tables for maturity keys mentioned  in  the  Manual  for  the  Baltic  International  Trawl  Surveys,  2007.  This database contained catches data (year, month, subdivision, species composition), gear parameters, biological  characteristics of  fish of  (length, weight,  sex, maturity  stage, age).  

The data  from  cod  commercial  catches were  collected on board of  the  commercial vessels, which applied commercial gears – gillnets and trawls and others presented in the  international  FishFrame  database  (Fisheries  and  Stock  Assessment  Data Framework) according to the Manual for FishFrame. Following types of data can be uploaded: 

1 ) Records with detailed haul information 2 ) Length frequency data 3 ) Sex‐maturity‐age length keys. 

The distribution of cod by maturity stages calculated for males and females in spring monthly was used for determination of spawning stock of cod and time of spawning. Usually the following indices were calculated: 

1 ) The average maturity stage  for mature males and  females was calculated as mean stage of all stages of fish (stages from II to VI), 

 

Page 11: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 7

2 ) The share (% by number) of immature males and females, 3 ) The  share  of mature  cod  in  different  age  groups  (for  determination  of 

spawning stock), 4 ) The sex ratio (relation of male to female) in different age groups and total 

in spawning stock. 

Annual  maturity  ogives  separately  for  males  and  females  are  calculated  for estimating the Spawning Stock Biomass (SSB).  

The maturation of cod and the time of spawning 

The  irregular  maturation  of  Eastern  Baltic  cod  and  long  time  spawning  are adaptation  features  to unstable hydrological  conditions  in  the Baltic.  In  the  case of normal maturation the spawning of Eastern Baltic cod happens in March ‐ May and matured fish concentrate on the Gotland spawning grounds.  Strongly irregular and prolonged  maturation  of  Eastern  Baltic  cod  was  observed  from  1994.  Due  to prolonged maturation spawning period elongated till the end of summer 

Prolonged maturation  and  summer  spawning  of  cod  in  the  Eastern  Baltic  are  not extraordinary phenomena. Alike situation was observed  in  the end of 1940s and  in the beginning of the 1950s as well as in the mid 1960s.  

Due  to  late maturation  it  is not possible  to determine maturity ogives and  time of spawning  from  research  surveys  in  spring as  the Eastern Baltic  cod  in March only began  to ripen.  In 1995‐2007  the  largest amount of  fish were on maturity stages 3‐4 (BITS stage 2) on the Gotland spawning grounds.  

For assessment purposes the appropriate time of sampling is when it can be decided whether a fish will contribute in the current year to the spawning or not. In the last years we are  forced  to use data  from commercial cod catches  in spring‐summer  for determination of time of spawning. The peak of cod spawning in 1995‐2004 was very clearly indicated on the basis of biological samples from commercial trawl catches on the Gotland spawning ground during March‐August. Owing to the closure of the cod fishery  in Baltic  since  2005  (from May  to September)  it  is not possible  to precisely time the spawning of cod in Eastern Baltic. 

3 Review of Data Structure

ToR  a) Review  the data  structures  commonly used  at  a national  and  international level and agree on a format for analysis. 

The  data  collected  by  each  of  the  countries  participating  in WKMOG  follows  the minimal requirements necessary to follow the data collections regulations; therefore the structures of the data are similar for biological sampling.  

The datasets produced for analysis by non‐assessment working groups and others do currently  do  not  have  a  standard  format.  Therefore  it was  agreed  that  having  a standard format fit for a wide range of uses, rather than just this workshop, was the best  approach.  Following  discussion  before  the meeting  and  at  PGCCDBS  (ICES 2007a)  the  FishFrame/Cost  format  (Anon  2008b)  was  agreed  on  as  the  most appropriate common format as it can be used for research survey biological data and is  also  structured  to  hold  commercial  biological data. The  FishFrame  format  is  an open  source  format  developed  for  ICES  and  used  successfully  within  the  Baltic region.  The  format  has  also  been  adopted  by  the  COST  project  (Anon.  2006. http://wwz.ifremer.fr/cost/cost_project). 

 

Page 12: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

8 | ICES WKMOG REPORT 2008

For WKMOG  the most  important data  is  in  the biological samples  table. This  table allows  the  calculation of basic maturity ogives using  length and age, however,  the following changes are necessary to fully accommodate the maturity data available: 

• The  biological  samples  (CA)  table  does  not  take  account  of  histology results, these are necessary  if a correction factor or calibration  is required for  the  maturity  stages.  The  subgroup  has  concluded  that  an  extra, optional, field is necessary for the microscopic maturity stage results. 

• The  coding  system used  for  rectangle and/or area  for  the Mediterranean countries would need to be incorporated (see annex 2). Spanish biological data does not  record area  for all  species,  in  these cases distinguishing at stock level only. 

Due  to  interpretation  issues with  the  ‘length class’  field and  its corresponding  field ‘length code’, it was decided that a fuller explanation was required, i.e. In mm, Actual length or lower bound of length class i.e. 650 for 65‐66 cm. 

The other data tables also must be considered when raising the data. We concluded: 

• The species list (SL) table should include a field for sex. This is necessary as some species of fish, such as flatfish and elasmobranchs, are sexed prior to weighing, particularly on research surveys. This extra field is necessary in order to raise the data correctly. 

The field “otolith side” could include an option for when both otoliths are taken (as only one biological record per fish is expected) or when other calcified structures are used such as illicia spines or scales.   

Converting an output data file, DATRAS, into another data file, COST/FishFrame  is cumbersome and there is the potential to lose information such as where flat fish are sorted by sex prior  to weighing. However, SAS code was successfully developed to convert  from  the DATRAS  output  into  the  FishFrame  format  and  applied  to  data from the Baltic International Trawl Survey. This SAS code will be submitted to ICES with the meeting report or can be obtained from either of the participants from Cefas. 

4 Methods of calculating maturity estimates

To investigate the differences in raising procedures for maturity datasets in use, three sources  of  information were  studied: DCR  Technical Reports,  published  literature and  detailed  descriptions  of  the  methods  used  by  the  countries  present  at  the meeting. Four sets of code currently in use by different countries were then applied to  the  same  dataset,  generating  direct  comparisons  of  the  methods  and  their implementation. 

4.1 Methods in DCR Technical Reports 2006

In order  to  study  the methodology  commonly used  to  estimate  the maturity ogive and  its  precision,  DCR  Technical  reports  on  2006  from  different  countries (https://datacollection.jrc.ec.europa.eu/) were  reviewed. However,  only  a  subset  of countries  reported any methods  for maturity estimation. Where details were given, two methods were mainly  used: Generalised  linear models  (GLM), with  binomial errors  (logistic  function), and Age‐Length‐Sex‐Maturity Key  (ALSMK). The number of countries using each of these two methods was roughly equal. The GLM approach typically produces an estimate of maturity‐at‐length (e.g. length at 50% mature), the ALSMK  approach  produces  an  estimate  of  maturity‐at‐age.  Non‐parametric 

 

Page 13: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 9

bootstrapping was  reported  as  a method  to  obtain  the  precision  for  the maturity ogive estimation. Many countries’ technical reports referenced the recommendations on methods and reporting given in WKSCMFD (ICESb 2004) report.  

4.2 Comparing methods of raising maturity data between countries

4.2.1 Sampling design

The most common approach  to collecting data  is  two‐stage sampling  (e.g. Cochran 1977) where  biological  data  are  collected  on  a  length‐stratified  basis  and  length‐frequency distributions are obtained from random samples of the catch. A matrix of the  catch numbers‐at‐age  and  length  is  estimated by  applying  an Age Length Key (ALK) to the  length distribution of the catch. A  length‐based maturity ogive  is then often applied to this matrix of catch numbers to estimate an age‐based maturity ogive (proportion mature‐at‐age). The proportion of mature  fish  is usually defined as  the proportion of  fish  that are  likely  to  spawn  in  the  current year,  so  fish  that are not virgins but skip spawning are classified as immature. 

4.2.2 Modelling maturity data

A number of methods for modelling maturity data were presented, the models used are summarized in Table 1 below. 

Table 1. Maturity modelling methods used by five countries represented at WKMOG. 

LAB MODEL PARAMETERS PRECISION ESTIMATE

CEFAS, UK  GLM with logit link function  Length  Analytical using statistical weights 

SFI, Poland  Linear regression on transformed data. Weighted by length distribution 

Length  From model, L50 only 

IPIMAR, Portugal 

GLM / Generalized additive model (GAM) with logit link function 

Length  From model 

IEO, Spain  GLM with logit link function (INBIO) 

Length, Age, Sex  Bootstrap: resample individual fish 

MI, Ireland  GLM with logit link function  Length, Age, Sex, Area, Year 

Bootstrap: resample sampling stations 

Rather  than using  an ALK,  the UK  assigned weights  to  individual observations of age, maturity  and  length.  The GLM was  applied  to weighted  data  and  precision estimates were  obtained  analytically.  Poland  used  a method  described  by  Rickey (1995) to fit a logistic curve to the maturity‐at‐length data. Portugal used a GLM with a  logit  link  function and has also developed  code  to apply a binomial Generalized additive model (GAM) to southern hake data. The GAM was applied in cases where the GLM did not provide a good  fit  for data with both  sexes  combined. Spain has developed  an R‐package  called  INBIO  that  fits  a GLM  and  supplies  bootstrapped precision  estimates  as well  as  a  range  of  diagnostics  plots.  Ireland  has  developed code that fits GLMs and allows a number of terms to be tested for significance in the model. Possible  terms  to be  included are Age, Sex, Area and Year. A more detailed summary of the procedures used by each country is provided later in this section. 

All  countries  that  presented  their methods  of  raising maturity  data  used  a  logit transformation  or  logit  link  function  to  describe  the  proportion mature‐at‐length. Applying  a  linear  regression  on  the  transformed  data  is  essentially  the  same  as 

 

Page 14: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

10 | ICES WKMOG REPORT 2008

applying a GLM with a  logit  link  function although  the  two methods differ  in  the way the errors are handled. Error estimates of parameters like L50 (the length at 50% maturity)  might  also  be  obtained  analytically  using  either  method,  although  the methods  have  not  been  fully  tested.  The  bootstrap  procedure  is  reasonably straightforward  to  apply,  however  it  requires  the  assumption  that  bootstrapping units are independent. This is not strictly the true, neither for sampling stations (used by Ireland as bootstrapping units) nor for individual fish (used by Spain). 

During the workshop, each country applied their own code or package for estimating maturity ogives on the same dataset (Cadiz hake, 2007). The length at 50% maturity was estimated for males, females and the combined sexes. IPIMAR and MI achieved nearly identical results (within 0.01cm), the estimates for IEO were 0.5cm higher than the IPIMAR and MI results because the INBIO package corrects for the fact that the midpoint  of  length  class  j  is  j+0.5cm.  SFI’s  estimate  of  L50  for males was  slightly larger  as  two  outlying  immature  observations  at  46  and  54cm were  removed. The L50’s  for  females  were  within  0.5cm  confirming  that  the  approaches  were  very similar.  Small differences were found between the use of 1cm length classes and the raw  length data  at  1mm  resolution. When only maturity  at  length  is  required  and data are available to 1mm there is no need to convert to length classes. 

The  results of estimating  the L50  from  the Cadiz hake dataset  for each country are given below. 

L50 LENGTH IN 1CM SIZE CLASSES LENGTH IN MM

  IPIMAR  IEO  MI  SFI  IPIMAR  IEO  MI 

Both sexes  40.89  41.39  40.90  41.29#  41.30  41.29*  41.30 

Females  42.95  43.44  42.95  42.58  43.34  43.34*  43.34 

Male  29.68  30.17  29.68  32.74 #  30.11  30.11*  30.11 # two outliers excluded 

*without 0.5cm correction factor 

4.2.3 Methods – UK

The  following  extract  from  the  UK  DCR  technical  report  on  2006  describes  the methods used for raising maturity data and estimating precision. 

Estimates of biological parameters by  stock were  calculated  from a  combination of the most appropriate datasets from UK (E&W), UK (NI) and UK(Scotland) research vessel  surveys.  The  surveys  apply  two‐stage,  length‐stratified  sampling.  A reasonably  large number of  fish are measured  to produce a  length distribution and biological parameters (age, maturity and sex) are recorded for a subsample of these fish. Therefore, calculations by age used statistical weights to account for the length distribution. The derivation of these weights is given at the end of the section.  

Mean  weight  at  length,  weight‐at‐age  and  length‐at‐age  and  their  CVs  were estimated analytically from the data by length or age group using standard formulae. The median CV across all length groups or ages 0 to 9 was calculated and converted to a precision  level using  the approximation  in  the  ICES WKSCMFD  report  (2004). For maturity  at  length and maturity‐at‐age,  logistic maturity ogives were  fitted,  as generalized  linear  models  (GLM).  The  maximum  width  of  the  95%  confidence interval  was  used  to  define  the  precision  level.  For  sex  ratio,  the  proportion  of females at  length or age was modelled using a generalized additive model  (GAM) with  binomial  family  and  the  amount  of  smoothing  selected  automatically.  The 

 

Page 15: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 11

maximum width of the 95% confidence interval over the length groups containing the central 95% of the data or age groups 0 to 9 was used to define the precision level. 

SAS v9.1 was used for all analysis except modelling the sex ratio where R v2.4.1 with package mgcv was used. 

Definition of statistical weights used in calculations by age. 

For each fish with biological data, define a raising factor: 

(1)       rg = ng / mg 

where ng  is  the number of  fish measured within  a  length group g,  and mg  is  the number of fish subsampled in the same length group.  

Calculate the sum of the raising factors for each age group a, 

(2)     ∑=

=aa

gai

rR 

where ai denotes the age of fish i. 

Assign statistical weight, to fish i in length group g and age a  

(3)      agai Rrmw /×= 

where ma is the number of fish of age a with biological data.  

For each age group the sum of statistical weights will equal the number of fish with biological data. 

Code  based  on  this method,  under  development within  the COST  project  (Anon. 2006. http://wwz.ifremer.fr/cost/cost_project), was tested on Polish and UK (England & Wales) data provided  in  the COST/FishFrame  commercial  format. The  code was successfully  implemented on both  sets of data, and  this will be  taken  forward and developed further by the COST project. 

4.2.4 Methods – Poland

The  principal  part  of  the  presentation  entitled:  “Methods  of  investigations  of  the sexual maturity and sex ratio of the Baltic sprat, herring, cod and flounder inhabiting the  southern Baltic, and  the  status of BITS/DATRAS database  in Poland”  (author  ‐ Włodzimierz  Grygiel)  was  based  on  the  text  extracted  from  the Working  Paper entitled “Methods and some results of investigations of the sexual maturity and sex ratio of the Baltic sprat, herring, cod and flounder”, and four others Working Papers prepared by the Sea Fisheries Institute in Gdynia (Poland) on the WKMOG session in Lisbon (3–6.06.2008). Topics of presentation were:  

• methods of the main commercial Baltic fish sexual maturity and sex ratio investigations,  

• guidebooks  for  the  Baltic  sprat,  herring,  cod  and  flounder  gonad’s maturity determination – examples,  

• the status of BITS/DATRAS/FishFrame databases in Poland. 

In 1999, the ICES Study Group on Baltic Herring and Sprat Maturity (SGBHSM) and the  ICES Working  Group  on  Baltic  Fisheries Assessment  (WGBFAS)  initiated  the international investigations of maturity ogives as well as the sex ratio (separately by sex  and  the  ICES Subdivisions) with  regard  to  the  age  and  length  structure of  the Baltic herring and sprat.  

 

Page 16: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

12 | ICES WKMOG REPORT 2008

In 2000‐2001, the Sea Fisheries Institute (SFI) in Gdynia with close cooperation of the aforementioned  ICES  WGs  realized  an  own,  study  project  concerns  the  sexual maturity and sex ratio of  the Baltic clupeids, based on historical and contemporary materials.  

Reason  for  the  realization of  above‐mentioned  international  investigations was  the fact that over the 1974‐1999 period the ICES working groups estimated e.g. the Baltic herring (with the exception of the ICES Subdivisions 30 and 31) and sprat stocks size using  constant,  fixed and  combined  sex maturity data at age groups and  the  ICES Subdivisions. This parameter was not verified until 2000.   

Similar international investigations of the Baltic cod were initiated on the beginning of 1990s. In the first half of 1990s the SFI in Gdynia carry out the separate study of the southern Baltic cod and flounder maturation, sex ratio and fecundity. 

At present  time modified the 9‐stages Maier’s scale  is applied by  the SFI  in Gdynia for the Baltic fish biological analyses, and abnormally developed gonads are recorded as  the  stage 9, which  can be  converted  to adequate  stage 6  ‐ according  to  the new ICES  gonads  development  scale.  The  Baltic  main  commercial  fish  gonads developmental stages were determined by visual, macroscopic identification, without histological validation. 

The following periods were designated as representative of the prespawning and at very beginning of spawning seasons for the main southern Baltic fish:  

• herring – from January to April,  • sprat – from February to May,  • cod – February‐March,   • flounder – January‐February.  

The Baltic clupeids, cod and  flounder with gonads  in maturity stages  III and  IV on the Maier’s  scale,  achieved  in  the  above‐mentioned  periods were  classified  as  the sexually  mature  fraction,  which  were  potentially  ready  for  spawning  in  a  given season. The investigations were based on samples collected within the Polish parts of the ICES Subdivisions 25 and 26, mostly during research surveys type BITS (the Baltic International Trawl Surveys), conducted in February/March 1980‐2004 and, to a lesser degree,  on materials  from  the  commercial  fishing  fleet  catches  and  landings  not sorted according to fish size groups.  

In  the  final  stages  of  constructing  sprat,  herring,  cod  and  flounder  databases,  the Polish data on  fish’s gonad maturity were  converted  to  the  five‐degree  ICES  scale, previously recommended by the ICES BIFSWG and SGBHSM.  

The  length  distribution  and  age  structure  of  Baltic  clupeids  were  determined separately  for  males  and  females  of  the  southern  coast  spring‐spawning  herring population and sprat. The age composition of clupeids was based on the “length‐age keysʺ, which were prepared for particular years and each basin of the southern Baltic. The numerical  share of  sexually mature males  and  females  at  age groups  resulted from raising procedure applied between the level of fish biological analyses (number of  fish  at  a  given  age  and  length  classes)  and  length measurements  (frequency  of given length classes).  

The initial stage in the preparation of the Baltic clupeids maturity logistic curves was the regression analysis (linear model) and analysis of variance of the logarithm of the percentage  of mature  herring  and  sprat  specimens  vs.  length  classes. Calculations were  performed  separately  according  to  sex,  groups  of  years  (1980‐2000)  and  the 

 

Page 17: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 13

southern  Baltic  basins.  A  simple  statistical  model  of  herring  and  sprat  maturity ogives  vs.  length  classes  was  formulated  during  the  final  stage  of  the  work.  A modified logistic curve (non‐linear regression; Rickey 1995) was applied for plotting the fish maturity ogive, well‐fitted according to the following formula: 

(4)   

100bX)(ae1

1Y ⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++

where: Y – percentage of the number of mature specimens, X – length class, e – base of the natural logarithm, and a and b – constant coefficients of the equation initially calculated from linear regression (y = a + bx). 

Two examples of the logistic curves (maturity ogives) of the southern Baltic sprat and herring sexual maturation in the 1980s and the 1990s vs. length classes (Grygiel and Wyszyński 2003a) were presented. 

In the regression analysis used, the value of the natural logarithm from the reverses of  the  dependent  variable  was  provided  instead  of  variable  Y  according  to  the following formula: 

(5)   ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−=

1Y1lnY'

 

The  length at which 50% of  the  fish population achieved  first  sexual maturity was calculated according to following formula (Seber 1982): 

(6)    ba

L−

=0%5  

where: L – length (cm), a and b – the coefficients of regression analysis cited above.  

The  results presented  in Grygiel  and Wyszyński  (2002,  2003a) papers  indicate  that there is a greater proportion (numerical percentage) of sexually mature the southern Baltic herring  (excluding  age  group  1)  and  sprat  in  younger  age  groups  than was assumed by the ICES working groups up to 2000. 

In the second parts of presentation, 11 examples (photos) of the Baltic sprat, herring, cod and flounder different stages of gonads development was illustrated.  

In  the  third parts of presentation,  the status of BITS/DATRAS/FishFrame databases transferred  to  ICES  by  Poland was  discussed  during  the  “ICES Workshop  on  an evaluation and improvement of the BITS/DATRAS data quality assurance” (Gdynia, 31.01  ‐  03.02.2006)  and was  described  in  the  “Addendum  2  to  the  ICES WGBIFS Report 2006”; ICES CM 2006/LRC:07 Ref. ACFM, BCC, RMC. 

 

Page 18: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

14 | ICES WKMOG REPORT 2008

4.2.5 Methods - Portugal

Method to estimate the maturity ogive for Southern Stock of Hake

European  hake  (Merluccius merluccius)  is  distributed  in  the North‐eastern Atlantic. Being the Southern Stock of Hake distributed along the Atlantic coast of the Iberian Peninsula (ICES div. VIIIc and IXa). In this stock, the spawning‐stock biomass (SSB) is currently assessed on an annual basis, using a sex combined maturity ogive based on macroscopic gonad identification.  Since 2007, the proportion of mature estimates is weighted  by  the  length  composition  of  the  stock  as  recommended  by WKMAT (ICES 2007b). Data was collected by the three institutes in charge of this stock (AZTI, IEO and IPIMAR), during the spawning season ‐ from December until May. Length class  intervals  of  1  cm were  used  and mature  fish was  considered  as  those  either maturing (presence of oocytes), spawning, spent or resting.  

The maturity data quality could be compromised by the misclassification of maturing or resting  fish as  immature  (ICES 2007c), which  leads  to an underestimation of SSB resulting  in  inadequate management  options.    In  hake we  cannot macroscopically distinguish  between  immature  and  resting  females,  only  histology  can  allow  the correct  classification of  resting  females. Based on  that, one  recommendation of  the ICES WKMSHM has  been  to  collect  immature/resting  female  gonads  for histology purposes in a length class basis to estimate a correction factor that could be applicable to  the  macroscopic  data.  However,  taking  into  account  that  in  the  peak  of  the spawning season mature females are active, if we reduced our sampling period, the number of resting females would be minimal. During the same workshop a maturity staging  calibration  exercise with  fresh hake  specimens was  carried out,  the  results reveal  that  there  is some variability on gonads classification between  institutes  that are using the same macroscopic maturity stage key.  

The maturity data used  for maturity ogive estimation should be committed by:  the misclassification of maturing or  resting  fish as  immature;  the variability associated with different observers  classification, once  the data used  to  estimated SSB  for  the southern stock of hake has provided from different countries and different institutes (ICES 2007c); or the differences in maturity behaviour (L50 and SSB) by area. 

In the present study, we re‐estimate the southern stock maturity ogive: 

• for the original data using  the original data but applying  the correction  factor given by histology (on April  and May data)  and  the  correction  factor based  on  the  calibration exercise realized during the ICES WKMSHM 

• for the main spawning period (January to May) using the main spawning period data but applying the correction factor based on calibration exercise realized during the ICES WKMSHM 

The percentage of  resting  females macroscopically  classified as  immature has been estimated by applying histology  to determine  the maturity stage of  several gonads based  on microscopic  characteristics  (Table  2).  The  between‐institute  classification variability  had  been  estimated  using  the  results  of  a  maturity  stage  calibration exercise realized during the ICES WKMSHM with all the institutes involved in hake southern stock assessment (Table 3). 

The maturity ogives estimation method applied on the assessment is the following: 

(7)    Oc = pf*Of + (1‐pf)*Om 

 

Page 19: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 15

Oc = sex combined maturity ogive 

Of  = females maturity ogive 

Om = males maturity ogive 

pf = proportion of females 

(8)  var(Oc) = var(pf)*[Of2 + var(Of) + Om2 + var(Om)] + pf2*[var(Of) + var(Om)] 

(Note that the final term in this variance equation requires checking) 

A GLM with a binomial error distribution and a logit link was fitted to the proportion of fish mature (m) by length (cm). The model has the general form: 

(9)      log(E[m]) = a+bl 

where a and b are the intercept and slope of the ogive. Estimates of the length at 50% maturity  (L50)  and  of  the  slope  of  the  ogive  at L50 were derived  from  the model parameters as  

(10)      L50 = ‐b/a. 

The L50 results estimated by different data, reveals that when the correction factors are  applied  this  value  increase  (Figure  1)  which  seems  to  indicate  that  the immature/resting misclassification and the classification variability between institutes seems to have impact on maturity estimation. 

 

Page 20: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

16 | ICES WKMOG REPORT 2008

 

Figure 1. The length class (cm) at which 50% of the individuals are mature (L50), for the maturity ogive  estimated  by  institute  with  original  data,  original  data  applying  the  correction  factors (given by histology  and  calibration  exercise), main  spawning  season data  and main  spawning season applying the correction factor given by calibration exercise. AZTI (•), IEO (•), IEO_Cádiz (•) and IPIMAR (•) results. 

The main conclusions are: 

• To estimate  the misclassification percentage, all  the  institutes  involved  in providing data  for  the  assessment  should  collect  histological  samples  of gonads from both sexes, across the length range of fish and throughout the spawning season. 

• Inter and  intra‐institutes  calibration  exercises  should be  carried out on a regular basis to assess discrepancies.  

• Making  improvements  to maturity  data  collection  and  using  correction factors that adjust for maturity sampling errors are useful ways to improve the accuracy of the L50 and SSB estimates. 

 

Page 21: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 17

Table  2.  The  percentage  of  resting  females  by  length  class  (cm)  that  has  been  classified macroscopically  as  immature,  this  error  estimation  is  based  on  histological  observations.  The number of individuals is the number of total individuals by length class analysed by histology at different macroscopic maturity stages. 

 

Table 3. The percentage of females  in each  length class  (cm)  that has been classified as mature and  according  to  the  agreed  stage  (given by  the  all participants on  the WKMSHM  calibration exercise) are immature. 

 

4.2.6 Methods - Spain

Sampedro P., Sainza M. and Trujillo V. “INBIO: A simple tool to calculate biological parameters’ uncertainty”

Description  of  an  automatic  procedure  to  estimate  uncertainty  of  some  biological parameters: growth (by length/or weight), maturation (by length/or age), and length –weight relationship. A routine has been developed in R environment, which makes possible  to fit  the most usual models and  to estimate  the coefficient of variation  for parameters by using the non‐parametric bootstrap methodology.  

The non‐parametric bootstrap method  consists  in generate B bootstrap  samples,  in our case 1000 replicates, by resampling with replacement the original data. Then all statistics for each parameter can be calculated from each bootstrap sample. 

The  statistics  adopted  for  each  estimate were: median  and  coefficient  of  variation (relative variation, estimation error). 

 

Page 22: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

18 | ICES WKMOG REPORT 2008

Data

Resampling

Import Data

Data b

Median CV

Results

Text File Graphics

Results b

Select cases

1000

General Data Flow

Fit model

Fit model

ddeetteerrmmiinniissttiicc ssttoocchhaassttiicc

 

Figure 2. Flow chart showing procedure to estimate uncertainty of biological parameters. 

For all the estimates has been plotted their probability profiles (“density’s functions”) and some plots of model’s residuals (model error) to check visually: autocorrelation, homo/hetero‐cedasticity, outliers and/or extreme values (maybe, observation errors?), linearity and normality. 

Models and fits adopted were: 

• Growth at age (vs. Length and Weight): von Bertalanffy. Non‐linear estimation w. minimum least squares (G‐N) 

• Maturity (Length and Age): GLM. Logistic function. Binomial errors w. maximum log‐likelihood fit. 

• Length ‐ Weight Relationship: Standard. Non‐linear estimation w. minimum least squares (G‐N) 

• Sex‐ratio (Length and Age): No Model. Percentage by length and age. Cubic spline to plot 

The approach is illustrated by an application for Southern stock of hake.  

This tool is simple and powerful and it can be used for many purposes and give us an easy and quick way to produce estimates for the main biological parameters and their associated variability and bias. 

 

Page 23: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 19

Example Output ‐ Estimates of maturity parameters’ uncertainty at age Species: Southern hake, sex combined

ORIGINAL DATA: RESULTS OF GLM

Call:

glm(formula = mat ~ age, family = binomial(link = logit), data = mad.eda.dat)

Deviance Residuals:

Min 1Q Median 3Q Max

-2.9741 -0.9382 -0.4987 1.1260 2.3662

Coefficients:

Estimate Std. Error z value Pr(>|z|)

(Intercept) -3.09405 0.15939 -19.41 <2e-16 ***

Age 0.71472 0.03947 18.11 <2e-16 ***

Signif. codes: 0 `***' 0.001 `**' 0.01 `*' 0.05 `.' 0.1 ` ' 1

(Dispersion parameter for binomial family taken to be 1)

Null deviance: 2714.5 on 2005 degrees of freedom

Residual deviance: 2266.2 on 2004 degrees of freedom

AIC: 2270.2; Number of Fisher Scoring iterations: 4

ESTIMATED PARAMETERS

Original Boot CV boot

B0 -3.0941 -3.1052 0.052

B1 0.7147 0.7175 0.055

A50 4.3290 4.3214 0.019

 

 

Page 24: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

20 | ICES WKMOG REPORT 2008

 

Figure 3. Plot of deterministic and  stochastic models,  residual´s patterns  for maturity at  length and age and probability profiles (density functions) and q‐q plot for L50  and A50. 

4.2.7 Methods - Ireland

Most countries use only length as an explanatory variable when modelling maturity; however  some examples of  Irish  fish  stocks  showed  that within  length classes, age can play a significant role in predicting the proportion mature (Figure 4). Therefore, it  is recommended  that  the  factor age  is  included  in an  initial model and  tested  for significance. (see Text box 1 for an example with R code). The same approach can be used to test for significant differences between the sexes or between areas. 

 

Page 25: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 21

If this procedure is used, it is essential the model diagnostics are examined to check for model  fit, overdispersion etc  (e.g. Collett 2003).  If  the data are presented  to  the model as a matrix with the number of mature and immature fish at each length class, the model  diagnostics  are  easier  to  interpret  than  those  of  a model  that  uses  the maturity state of individual fish as the response variable (as in the example below). 

If  it  is  found  that  the model does  not  adequately  fit  the data,  one might  consider using a GAM, as is applied to estimate annual maturity ogives for the southern hake at  the WGHMM.  In  the  case  of  southern  hake,  the  logistic model does  not  fit  the maturity ogive for the combined sexes very well, but it does provide a good fit for the males and  females separately.  In  this case  it might be worthwhile  investigating  the use of a multinomial model (with four levels: female‐mature; female‐immature, male‐mature and male‐immature, rather than the two levels of the binomial model: mature and  immature, (see Gerritsen et al., 2006; ICES J. Mar. Sci., 63(6) for a description of the multinomial model).  

The occurrence of skipped spawning might also result in a bad fit, see section 5.4 on skipped spawning for more details. 

Text box 1 

The  following  R  code  is  an  example  of  an  initial  maximal  model  (model0)  that includes age, length and an age*length interaction. The simulated data are presented to the model as three columns of observations on individual fish. The function step() applies a stepwise selection procedure that drops the least significant term and tests for a significant  increase  in deviance.  If  this  term  is not significant, another  term  is dropped until no more terms can be dropped without significantly deteriorating the fit  of  the  model.  The  output  of  the  step()  function  (model1)  is  the  minimum adequate model,  the model  with  the  ‘optimum’  number  of  terms  (balancing  the degrees of freedom with the model deviance). 

# simulate some data (badly) len=sample(0:50,1000,replace=T) age=rbinom(1000,5,len/50) mat=rbinom(1000,1,1/(1+exp(-0.25*len-age+10))) # fit maximal model model0 = glm(mat~len*age,family="binomial") # select minimum adequate model model1=step(model0)

The  same  procedure  can  be  applied  to  test  for  significant differences  between  the sexes, areas or years by including these terms in the original model. If the terms are dropped  in  the  stepwise model  selection  procedure,  they  are  not  significant.  (for example:  step(glm(mature~length*age*sex*area,ʺbinomialʺ)  It  is  recommended  that these variables are tested for significance if they are available.

Figure 4 shows the minimum adequate model (the model that includes all significant terms)  for  four stocks sampled  in  Irish waters.  (see Annex 3  for R‐code  to produce these plots) The factor age was a significant term for three of the four stocks shown here. Age data are not always available  for all maturity records  for some countries. However it is recommended that the age‐effect is investigated for observations where maturity, length and age are available, even if this is only a subset of the data. 

 

Page 26: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

22 | ICES WKMOG REPORT 2008

4.3 Raising maturity data

This  section  is  based  on  the  presentation  “Raising maturity  data”  given  by Hans Gerritsen during the working group. 

Morgan  and  Hoenig  (1997;  http://journal.nafo.int/J21/vol21.html)  describe  an unbiased  method  for  estimating  maturity‐at‐age  from  length‐stratified  data. 

Following  their  notation,  the  proportion mature‐at‐age  aM   can  be  estimated  as follows: 

(11)     

=

== J

j

J

ja

japjp

jampjapjpM

1

1

)|()(

),|()|()( 

where 

)( jp   is the estimated fraction of the catch that was length j. (relative length frequency distribution of the catch) 

)|( jap   is the proportion of the sampled fish in length category j which is age a. (Age‐Length Key) 

),|( jamp   is the proportion of the sampled fish at age a which are mature in the length category j. (maturity ogive for each age class) 

J     is the number of length classes. 

This approach has the same result as using a Maturity‐Age‐Length‐Key. The raw data are usually used  to  estimate  the proportions  in  the  equation above, however  these proportions  can  also  be  supplied  by models  like  those  described  in  the  previous section. This can be advantageous if there are missing values in the maturity data. 

In cases where  length  is the only significant term  in the glm (e.g. horse mackerel  in Figure  4),  or  if  age  data  are  not  available  for  all  the maturity  observations,  the equation can be slightly simplified by substituting  ),|( jamp  for  )|( jmp  which is the proportion of sampled fish which are mature in the length category j. (the length‐based maturity ogive): 

(12)     

=

== J

j

J

ja

japjp

jmpjapjpM

1

1

)|()(

)|()|()( 

In  cases where  age  is  the  only  significant  term  (e.g.  cod  in  Figure  4)  an unbiased estimate of  the proportion mature‐at‐age  can be obtained  simply by estimating  the average proportion mature for each age class of the sampled fish:  

(13)      )|( ampM a =  

4.3.1 Precision and bias

The  effect  of  estimating maturity‐at‐age using  a maturity  ogive  that  includes  both length and age  (Equation 11), using a  length‐based maturity ogive  (Equation 12) or 

 

Page 27: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 23

directly estimating maturity‐at‐age from the length‐stratified data (Equation 13) was investigated by estimating the precision of the maturity‐at‐age estimates using a non‐parametric bootstrap procedure which used  the sampling stations as bootstrapping units and  resampled  the  length‐frequency data  together with  the maturity and age data  (as  these were not collected  independently). The standard error was estimated from the standard deviation of the bootstrap estimates of the proportions mature‐at‐age  (500 bootstrap  iterations). Estimates of maturity‐at‐age using Equation 11 were considered  unbiased.  Relative  bias  for  the  other  methods  was  estimated  as  the difference between the estimates of Equation 11 and those of Equations 12 or 13 

Figure 5 indicates that, although the raising procedures given by Equations 11, 12 and 13 differ conceptually,  the parameter estimates are quite similar:  the bias  is usually less  than 10%). Additionally,  the precision estimates were very similar between  the methods. Therefore it appears that one method is not necessarily superior, however, the  modelling  procedure  has  shown  that  the  most  appropriate  method  varies between stocks. 

4.4 Summary of raising procedure

1 ) Fit maximal glm with all available variables (Length, Age, Sex, Area, Year) 2 ) Check model diagnostics for fit and over‐dispersion 3 ) If the glm does not provide a good fit, other appropriate models include:  

• gam  • multinomial model (e.g. Gerritsen et al., 2006) • any other curve might be fitted using maximum likelihood which can 

account for the binomial nature of the data (e.g. Gerritsen et al., 2003) 4 ) If glm provides good  fit, use  stepwise procedure  to  select  the minimum 

adequate model. All  the  terms  that  remain  in  the model  are  significant. This indicates whether maturity should be raised separately for the sexes, by area or by year. It also indicates which of Equations 11 to 13 is the most appropriate way to raise the data. 

 

Page 28: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

24 | ICES WKMOG REPORT 2008

100 200 300 400

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Horse MackerelMATURE ~ LENGTH

length (mm)

Pro

porti

on m

atur

e

1 111111

1

1 11 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

2

222

2

2

2

2

2

23

3

3

33

3

3

3

33

44

4445 555556

6

6 6 66 777778 8 8999 99991

10

0101010101010101111 111111111111111212121212121212131313131414141414141515151515151515151515151516 161616171717171818 1819191920202021212121212122 22 2223 2324

100 200 300 400 500

HaddockMATURE ~ LENGTH + as.factor(AGE)

length (mm)

Pro

porti

on m

atur

e

111111

1

11

1

1

1111

111

2

2

2

22

22 2

2

2

2 222 2 222222222222

3

33

3

333333333333333333333333333334 444444444444444444444455 55555555555 55 55556 6 67 77

200 400 600 800 1000

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

CodMATURE ~ as.factor(AGE)

length (mm)

Pro

porti

on m

atur

e

1111111111111111111111111

22

2

2

222

2

2

2

222

222

22 2

2

2 2222233333333333333333333333333333 3444 4444444555 55

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

100 200 300 400 500

MegrimMATURE ~ LENGTH + as.factor(AGE)

length (mm)

Pro

porti

on m

atur

e

1 122

2

2222222233

33

3333

3

33

3

3

3

3 3

4

4

4444

4

44

4

4444

44444 44

55 5

5

5

5

5

55555

5

5

5

5555

5

55 56

6666

666

66

6666

6

66

666666

7

7

7

77

7

7

777

7

7

7

7

77

77 7777

8

8

8

88

888

888 8888 8 89999 99 99 999 9 9101010 1011

 

Figure 4. The minimal adequate models  for  four  stocks  sampled  in  the waters around  Ireland. The coloured numbers represent the proportion mature at length for each age class. The coloured lines  represent  the  predicted  proportions  mature  at  length  for  each  age  class.  The  model parameters are given in the title of each plot. 

 

Page 29: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 25

Horse mackerel

maturity at: Age & Length Length only Age only

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

Bias

Bia

s

2 4 6 8 10 12

0.00

0.05

0.10

0.15

Precision

SE

Age 

Haddock

maturity at: Age & Length Length only Age only

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

Bias

Bia

s0 2 4 6

0.00

0.05

0.10

0.15

Precision

SE

Age 

Cod

maturity at: Age & Length Length only Age only

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

Bias

Bia

s

0 2 4 6

0.00

0.05

0.10

0.15

Precision

SE

Age 

Megrim

maturity at: Age & Length Length only Age only

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

Bias

Bia

s

2 4 6 8 10

0.00

0.05

0.10

0.15

Precision

SE

Age 

Figure  5. Bias  relative  to  equation  11  and  precision  of maturity‐at‐age  of  four  stocks  sampled around  Ireland.  Estimates  using  Equation  11  (maturity‐at‐age  and  length;  red),  Equation  12 (maturity  at  length  only;  green)  and  Equation  13  (maturity‐at‐age  only;  blue). The  thick  lines represent  the  most  appropriate  raising  procedure  as  determined  by  the  stepwise  selection procedure of the GLM. 

 

Page 30: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

26 | ICES WKMOG REPORT 2008

4.5 Methods from the literature

As  with  the  DCR  Technical  reports  and  methods  presented  at  the  workshop, Binomial  GLMs  with  logistic  link  are  most  commonly  found  in  the  published literature on maturity studies. In addition to this we note the following approaches. 

4.5.1 Probabilistic Maturation Reaction Norms (PMRNs)

PMRNs describe an organism’s probability of maturing as a function of  its age and size. They are useful for studies of changes in maturation and the effects of biological or environmental factors and can be used as part of process‐based dynamical models. Dieckmann and Heino (2007) provide further details and an easily accessible review of  the  topic. PMRNs differ  from maturity ogives as  they describe  the probability of becoming mature while maturity  ogives  describe  the  probability  of  being mature. Therefore PMRNs  do  not  provide  a direct  input  to  the  stock  assessment methods commonly in use at ICES assessment working groups and we did not apply them to the  case  study  in  Section  4.2.2.  However,  researchers  studying  maturation  and scientists collecting maturity data should be aware of the approach,  its benefits and data requirements, especially as PMRNs are Environmental indicator 4) “Maturation of exploited  fish species”  in Appendix XIII of  the new EC DCR  (Draft Commission Regulation (EC) No 199/2008). 

4.5.2 Regression Trees

Vitale  et  al.  (2006) give  an  example of  regression  tree  analysis  applied  to maturity data. This approach defines groups of observations with similar proportions mature using  length  classes,  biological  and  environmental  variables.  The  final  number  of groups is decided based on a trade‐off between increasing the model complexity and improving the fit. As the method does not assume a parametric relationship between length  and  proportion mature  it  can  be  a useful  tool  for  exploratory  analysis  and could be used to assess if using a logistic curve is reasonable or if less regular patterns of, e.g. mature at length, are present. 

4.5.3 Limitations of GLM and potential developments

The methods used by most countries  (GLMs and estimates by  individual  length or age  classes  from  SMALKs)  are  based  on  an  assumption  that  the  individual observations of maturity are independent. (The exception in Table 1 is the approach where  stations are bootstrapped). Generally,  the sampling structure,  i.e.  the  fishing hauls or market samples,  is not  taken  into account, although   maturity at  length of fish  from  the  same  haul  are  likely  to  be more  similar  than  for  fish  from different hauls.  Using  stratification  and  ensuring  that  sampling  programmes  have representative  coverage  of  the  population  partially mitigate  this  issue  but  there  is clearly scope to develop models that incorporate sampling and spatial structure. 

GLM models that include random effects (GLMMs) are now available (e.g. Venables and Dichmont, 2004)  so  it  should be possible  to develop models where proportion mature  is  related  to  length  through a  logistic model  that also accounts  for  the  two levels of variability in the data, hauls and individuals within hauls. Similarly, model‐based  spatial  statistics  (Diggle  and  Ribeiro  2007)  for  Binomial  data  are  becoming more accessible through software such as the geoRglm package  in R, so there is the potential  to  include  spatial  structure  in  the model  error  structure.  Ultimately  an assessment model  that  integrates  different  sources  of  sampling  data  (in  a  similar manner to Hirst et al. (2005) for catch‐at‐age) to estimate the numbers immature and mature in the population as part of the assessment, would be desirable. 

 

Page 31: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 27

4.6 Conclusions

The  review  of  the  methods  used  by  different  countries  yielded  the  following conclusions and raised a number of questions, which are considered in Section 5. 

• Logistic models are almost universally used  to model maturity data. The literature provides alternative approaches (e.g. Trippel and Harvey, 1991), although with  the  advent  of  freely  available  statistical  platforms  like R, Generalized  Linear  Modelling  (GLM)  seems  to  be  the  most  popular approach. 

• If the models provide a good fit, they can be used to evaluate if differences exist between age classes, sexes, areas or years. However, the usefulness of the model  is  contingent on  the  fit of  the model.  If  the model  fit  is poor, other approaches like gam, multinomial models (e.g. Gerritsen et al., 2006) or any other curve fitted using maximum likelihood that acknowledges the binomial nature of the data (e.g. Gerritsen et al., 2003) can be used. 

• The raising procedure used did not affect the parameter or error estimates to a great extent for the stocks examined. 

• There is scope to develop and apply models that include the sampling and spatial structure of  the data as GLMs are  limited by  the assumption  that individual observations are independent. 

• There  is no widely agreed method of estimating errors for maturity data. Analytical approaches need to be developed and tested further before they can be adopted. Bootstrapping procedures assume that the bootstrapping units  are  independent.  If  individual  fish  are  resampled  this  assumption might be violated as parameters of fish from the same haul are likely to be correlated.  If sampling stations are used as bootstrapping units, a similar problem  arises  if  the  data  show  spatial  trends  or  correlations  between stations. 

5 Additional questions

5.1 Should survey or commercial data be used for maturity ogives?

The  workshop  thought  this  issue  was  case‐specific  and  agree  with  SGGROMAT (ICES  2003)  that  the  presence  of  both  survey  and  commercial  information  can  be beneficial. Survey data have advantages due to being collected under more controlled conditions  from  a  known  design, while  commercial  data  are  important  to  obtain maturity  ogives  of  species with  a  protracted  spawning  season where  it would  be difficult for survey data to cover the spawning season or whole stock area. In all cases it  is  vital  to  use  knowledge  of  the  fishery  and  population  dynamics,  such  as migration, to decide on the appropriateness of each data source. 

Different  fishing  gears will  have  different  size  selectivity  but  it  is  less  obvious  if maturation stage will directly affect selectivity or if commercial and survey data from the  same  region  and  season  will  show  meaningful  differences  in  maturity.  One possible concern  is  that within  the same  local area commercial  fishing might  target spawning  aggregations while  a  survey would  not.  If  both  survey  and  commercial data are available for the same region and season then the effect of ‘data source’ can be assessed by including it as a factor in a glm for proportion mature. However, often only one source of data  is available, due  to practical reasons or  it being considered uneconomical  to  collect  similar data  from  two  sources at  the  same  time. A  limited 

 

Page 32: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

28 | ICES WKMOG REPORT 2008

comparison tried at the workshop was inconclusive but there is potential to develop it. 

The workshop felt that the maturity sampling guidelines from WKMAT covered the use of survey and commercial data but suggested an alternative phrasing, which  is included as points 1) and 2) of the extended guidelines in Section 7. 

5.2 If differences exist between areas, how do we weight the maturity data from each area?

This issue was raised by the WG on the Assessment of Southern Shelf Stocks of Hake, Monk  and Megrim  (WGHMM)  but may  be  relevant  elsewhere, particularly where several institutes collect data on the same stock. The possibility of spatial differences or  differences  in  spawning  season  within  the  stock  distribution  area  should  be checked to avoid bias in the maturity ogive. 

If large differences in maturity exist between areas then first the assumption that the areas cover a single‐stock should be confirmed. Where  this  is  true and a combined estimate for the whole stock  is required then the maturity ogives by area should be weighted using the best available information. If there is sufficient catch and tuning index  information  to  estimate  population  numbers  by  area  these  should  be  used. Alternatively,  if  the whole  stock  area  is  covered  by  a  survey,  the  different  areas should be weighted by the catch rate in each area (i.e. a stratified design). If neither of these options are available then a proxy measure for abundance may have to be used to  combine  the  areas,  for  example,  commercial  cpue,  surface  area  or  even  expert opinion. 

5.3 Are annual estimates or average values across years more appropriate?

Differences between years  in maturity estimates can be caused by many  factors:  (i) Sampling variability; (ii) Age and maturity stage estimation uncertainty; (iii) changes in  the coverage of  the population due  to  survey changes or variability  in  targeting practices  of  commercial  fisheries;  (iv)  genuine  changes  in  maturation  caused  by population effects, human activities and environmental factors. 

To reduce the effect of sampling variability it may be appealing to use average values based on several years rather than annual estimates, however, averages may be less responsive  if genuine annual changes occur. For North Sea cod, Reeves and Pastor (2007)  report  that  using  average  values  for weight‐at‐age  smoothes  out  observed annual variations but  can  lead  to  substantial deviations between  the  assumed  and actual values  if  there are multiyear  trends. The same  is  true  for maturity estimates. Figure 6 illustrates this point, showing how the 3‐year average (mean of current year and  two  previous  years)  lags  behind  the  observed  data.  For  points  in  a  historical time‐series taking averages centred on the year of interest e.g. ( y(t‐1) + y(t) + y(t+1) ) / 3, will reduce this effect, although this is clearly not possible for the latest year in the time‐series. 

As with the choice of data source, knowledge of the stock and sampling must be used to guide  the  interpretation of annual changes  in proportion mature and  to  judge  if they are sampling artefacts, for example, if spawning occurred unusually late relative to survey timing. 

The  list  of  literature  provided  in  Annex  7  contains  a  significant  number  of publications  reporting  noticeable  changes  in  maturity  over  relatively  short  time‐scales. This  fact combined with  the  lag effect meant  that,  in general,  the workshop was cautious about using averages and preferred annual estimates to be the default 

 

Page 33: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 29

option where possible. However, it is important to realize that using annual estimates is not currently an option some stocks as maturity data are only collected every three years.  For  these  stocks  changing  to  annual  estimates  would  imply  a  significant increase in sampling effort. 

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Age 3 data with 3-year average

Year

prop

ortio

n m

atur

e

1982 1985 1990 1995 2000 2005

 

Figure  6. Southern Hake, proportion mature  at  age  3  (open  circles  and  black  line)  and  3  year average (thicker red line) defined as (yt + yt‐1 + yt‐2) / 3. 

When a time‐series of biological data is available, a factor for year and a year:length interaction  can  be  included  in  analysis  described  in  Section  4.2.7  to  quantify differences  in  maturity  at  length  across  years.  How  much  these  terms  alter  the predictions should be considered, not just their statistical significance. 

Alternatively,  if only  the  time‐series of proportions at age  is known  then  it may be possible  to  judge  the  relative  strength  of  trends,  between  year  and  within  year variation by  fitting smooth curves  to  the  time‐series of maturity estimates and  then assessing  the degree  of  smoothing  and  the  slope.  Figure  7  and  Figure  8  show  the Southern Hake data with a smooth curve fitted. Proportions mature were converted to numbers using n=20 or n=100 as an illustrative number of fish maturity staged each year. A smoothing spline with binomial errors was fitted to the time‐series using the function  s(  )  in  the  R  package  mgcv.  The  amount  of  smoothing  was  selected automatically  by  generalized  cross‐validation  (Wood,  2006).  For  n=100  the  fitted curve, with  8.9  equivalent degrees  of  freedom  (edf)  for  26 data points,  appears  to smooth the data a similar amount to the 3 year average. However, the curve is steep in  the  latest years and  the predicted value  for 2008  is 0.1 greater  than  the observed value for 2007, suggesting that the recent trend makes using annual estimates a better 

 

Page 34: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

30 | ICES WKMOG REPORT 2008

option. For n=20, the curve is smoother (4.6 edf) indicating that sampling variability is  a  larger  component  of  the  between  year  changes  and  there  is more  support  for using an average or smoothed value.  

This  idea  is  an  exploratory  analysis  that  has  not  been  fully  evaluated  so  we recommend  further  investigation  before  it  used.  For  example,  in  this  case,  the smoother  never  tracked  the  peak  in  1996  regardless  of  how  high  the  number  of maturity staged fish was set. 

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Age 3 data and smooth curve assuming 100 fish maturity staged each year

Year

prop

ortio

n m

atur

e

1982 1985 1990 1995 2000 2005

 

Figure  7. Southern Hake, proportion mature at  age  3  (open  circles  and black  line)  and  smooth curve (blue, thicker line) fitted assuming 100 fish maturity staged each year. Point represented by blue square shows predicted value for year 2008. 

 

Page 35: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 31

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Age 3 data and smooth curve assuming 20 fish maturity staged each year

Year

prop

ortio

n m

atur

e

1982 1985 1990 1995 2000 2005

 

Figure  8. Southern Hake, proportion mature at  age  3  (open  circles  and black  line)  and  smooth curve (blue, thicker line) fitted assuming 20 fish maturity staged each year. Point represented by blue square shows predicted value for year 2008. 

5.4 What is the effect of skipped spawning on maturity ogive fitting?

The Workshop on maturity  staging cod, whiting, haddock and saithe  (ICES 2007d) reported  that a  substantial proportion of mature Baltic cod  can  skip  spawning and also  found  evidence  of  skipped  spawning  in  other  stocks.  Therefore  they recommended that the spawning proportion replaces the maturity ogive (proportion mature) in the assessment of the spawning stock size. 

When fitting a logistic curve to maturity data, one of the underlying assumptions is that  the  proportion  modelled  will  reach  the  maximum  value  of  one  as  length increases. The presence of  skipped  spawning  invalidates  this assumption. Figure 9 demonstrates  the  lack  of  fit using  logistic  curves  on dummy datasets  that  include skipped  spawning  and  Table  4  presents  the  mean  and  maximum  absolute  bias (abs(observed – fitted value)) for the example. In general the bias will depend on the length range sampled, number samples in each length group and pattern of maturity at  length.  For  this  example,  the  bias  is  noticeable  at  10%  skipped  spawning  and substantial for 20% skipped spawning. 

To estimate spawning proportion when there  is skipped spawning an alternative to the  logistic  is  required  and  several  options  are  available.  Individual  estimates  by length class remain valid although they do not make use of the trend in the data. A non‐parametric  curve  or  simply  including  polynomial  terms  (length2+length3)  in  a glm  will  provide  a  reasonable  approximation  within  the  observed  length  range 

 

Page 36: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

32 | ICES WKMOG REPORT 2008

(Collett 2003). However, it may be more theoretically justified to use an extension of the  logistic curve  that  includes a parameter  for  the asymptote. The  three parameter logistic can be written as: 

(14)      y = a/(1+exp{b ‐c * length}) 

where a defines the asymptote and b/c is the length at a/2. 

It  should  be  possible  to  fit  this,  accounting  for  the  Binomial  nature  of  the observations, by using maximum likelihood estimation. 

0 20 40 60

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

10% skip spawning

spaw

ning

pro

porti

on

0 20 40 60

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

20%

Length cm

0 20 40 60

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

30%

 

Figure  9. Deteriorating  fit  of  a  logistic  curve  to maturity  data with  a  percentage  of  skipped spawners, i.e. with an asymptote less than one. 

Table 4. Mean and maximum absolute bias from fitting a  logistic glm  to data generated with a three‐parameter  logistic  curve,  y=a/(1+exp{b  ‐c  *  length}),    asymptote  (a)    defined  by  %skip spawning, b=0.6, c=0.22. 

% SKIP SPAWNING BIAS

  mean  max 

5  .045  .117 

10  .070  .170 

15  .086  .198 

20  .094  .210 

25  .098  .203 

30  .100  .203 

5.5 What is the Effect of Maturity Estimates on Assessments?

Even where  assessments  that  do  not  use  regularly  updated maturity  estimates,  it remains  relevant  to  understand  the  potential  links  in  the  assessment  system  and relate  the  properties  of  the maturity  data  to  the  outputs  it  could  affect.  It  is  also important  to  realize  that  many  other  studies  and  models  of  fish  stocks  use  the maturity and SSB estimates reported, e.g. Andrews et al. (2006). 

In ICES stock assessment models, maturity ogives have no effect on the estimates of stock  numbers;  they  enter  the  assessment  process  through  the  calculation  of spawning‐stock biomass (SSB) for each year: 

 

Page 37: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 33

SSB = sum over ages  [weight‐at‐age  * stock numbers at age  * proportion mature at age] 

(stock numbers may also be adjusted  for mortality within  the year up  to spawning period). 

The variance of SSB will involve a weighted average of the maturity‐at‐age variances and the effect of bias in the proportion mature at age a will depend on the weight and numbers at age  a. A  few examples  investigating  changes  in maturity  estimates are available in the literature, e.g. for North Sea cod, Cook et al. (1999) showed that using a more realistic set of maturity estimates altered the scale of SSB values but did not substantially change the trajectory over time. Here we show how the effects on SSB can easily be investigated, and then we consider the use of SSB. 

5.5.1 Effect on SSB - Examples using FLR code

The  R  package  FLR  (Kell  et  al.  2007,  http://flr‐project.org)  provides  a  convenient framework to investigate the effects of variation and bias in maturity estimates as it contains suitable data  structures with example  stock data,  relevant  functions and a flexible  development  environment.  Annex  6  provides  code,  developed  at  this workshop, which simulates bias and variances  in a set of maturity‐at‐age estimates then  calculates  SSB  for  the new data. Bias  is defined  either  in  relative  or  absolute terms, i.e. new proportion mature = p + relative bias*p or new proportion mature = p +  absolute  bias.  Variance  is  incorporated  simply  by  simulating  from  a  Normal distribution with specified standard deviation and no correlation between ages. Any simulated proportions less than 0 are set to 0 and any greater than 1 set to 1.  

Figure 10 shows the effect of bias on the Plaice IV stock data provided as part of the FLCore package. This has 45 years of data (1957‐2001) with a time‐invariant maturity ogive of proportion mature  0  at  age  1,  0.5  at  ages  2  and  3  and  1  at  ages  4‐15. We assumed that proportions of 0 and 1 will always be estimated reliably and varied the estimates at ages 2 and 3 between 0 and 1. The  effect on SSB  for a particular year depends  on  the  distribution  of  stock weight  by  age  in  that  year. On  average  SSB changed by 5.4%  for each 0.1 change  in proportion mature  for ages 2 and 3, with a smallest change of 2.4% for 1967 and the maximum effect, in 1999, was a considerable 11.9% change in SSB for each 0.1 change in proportion mature. 

To  investigate  the effect of variation  in proportion mature,  the  interpretation of EU DCR precision  levels  in  Section  6 was  applied  to both  the Plaice  IV  and  Southern Hake stocks. Three levels of variation relating to DCR precision levels 3 (the best) to 1, were applied to maturity estimates for ages 2 and 3 for Plaice IV and ages 2 to 5 for Southern Hake.    1000  simulations were  run,  SSB  calculated  for  each  and  the  CV (standard deviation from  iterations  / mean) of the SSB reported (Table 5). Figure 10 illustrates  the process, showing boxplots of  the 1000 simulated SSB values  for each year, when  the  standard  deviation  for maturity  estimates was  based  on  precision level  2.  This  indicates  that  the  overall  trends  in  SSB  in  this  example  can  still  be observed and Table 5 suggests that if the target of DCR level 3 can be achieved then the  effect  of  variation  in  maturity  estimates  on  SSB  will  be  tightly  controlled. (Although finding will always be stock specific and depends on the assumptions of the simulation.) 

 

Page 38: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

34 | ICES WKMOG REPORT 2008

Table 5. Effect of variation in maturity estimates on SSB. 

CV OF SSB

Stock Maturity Estimate Precision level

Min (best year) Mean Max (worst year)

Plaice IV (1957‐2001) 

3 (sd set to 0.05/1.96)  0.4  1.0  2.4 

  2 (sd set to 0.1/1.96)  0.9  2.0  4.9 

  1 (sd set to 0.25/1.96)  2.1  5.1  11.9 

         

S. Hake (1982‐2007) 

3  0.9  1.8  3.5 

  2  1.8  3.5  7.3 

  1  4.0  8.2  15.6 

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-60

-40

-20

0

20

40

60

Effect of bias in maturity estimates on SSB, Plaice Sub-Area IV

New proportion mature at ages 2&3

% c

hang

e in

SS

B

 

Figure 10. Effect on SSB of changing proportion mature at ages 2 and 3 from 0.5, for Plaice in Sub‐Area IV. Boxplots show range of results from 45 years (1957‐2001). 

 

Page 39: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 35

Effect of variation in maturity on SSB, Plaice Sub-Area IV

Year

SS

B

2e+05

3e+05

4e+05

5e+05

1957

1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

200020

01

 

Figure 11: Effect on SSB of random variation in proportion mature at ages 2 and 3, for Plaice in Sub‐Area  IV. Variation defined  as Normal mean  0,  sd  0.1/1.96  from  an  interpretation  of DCR precision level 2. Boxplots show range of results from 1000 simulated values. 

5.5.2 Effect on Assessment Outputs

Once  SSB  has  been  calculated,  assessments  use  it  to make  forecasts,  set  biological reference  points  through  the  stock‐recruitment  relationship  and  judge  where  the stock is in relation to these reference points. To  judge the overall effects of maturity estimates and  their effect  relative  to other components of  the assessment process  it will be appropriate  to  test a designed set of hypotheses with management strategy evaluation  simulations  (De Oliveira  et  al.  2008).  This  fell  outside  the  scope  of  the workshop  and  the  time  available.  However,  a  number  of  projects  are  using management  strategy  evaluation  and  if  there  is  the opportunity  to  investigate  this further following the workshop any relevant findings will be reported to PGCCDBS in 2009. 

6 Summarizing and reporting maturity estimates

Term of Reference c) was to “propose best practices for summarizing and reporting the  results”.  For  the  countries  present,  the  main  requirement  to  summarize  and report maturity estimates comes  from  the EC Data Collection Regulation. This was discussed by the workshop and a consistent interpretation reached. 

 

Page 40: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

36 | ICES WKMOG REPORT 2008

Number of samples

Reporting the sample size  is a basic requirement of any analysis and this is true for the DCR Technical Report where  the number of maturity  samples  (individual  fish) achieved  is reported  in Table 11.3. This number  is the total amount of fish maturity staged and  is appropriate for the DCR report as it shows the data available and the annual  sampling  effort. However, maturity  estimates may  not use  all  the  samples reported, e.g. may only use one survey, so when considering a specific set of maturity estimates the number samples used to produce those estimates should be reported. 

Precision

Draft Commission Regulation (EC) No 199/2008 states: 

Chapter III, B2 

4.3. For maturity, fecundity and sex ratios, a choice may be made between reference to age or length,  provided  that Members  States which  have  to  conduct  the  corresponding  biological sampling have agreed the following: 

(a) For maturity and  fecundity, precision of  level 3 must be achieved within  the age and/or length range, the limits of which correspond to a 20 % and 90% of mature fish; 

where precision level 3 is defined as: 

Chapter II, 4(c) Level 3:  level making  it possible to estimate a parameter with a precision of plus or minus 5% for a 95% confidence level. 

Currently (June 2008) Level 2 is defined as +/‐ 10% for a 95% confidence level and Level 1 as +/‐ 25%, but this is likely to change to Level 2 +/‐ 25% and Level 1 as +/‐ 40%. 

To be general this definition uses  the term parameter but we understand that 4.3(a) refers  to  the  estimates  of  proportion mature  here.  Because maturity  estimates  are already  proportions  there  are  two  possibilities  for  ‘plus  or  minus  5%’,  either  a percentage e.g. 0.5* +/‐5% = 0.475 to 0.525 or as five percentage points e.g. 0.45 to 0.55. The second choice was agreed as it produces similar requirements for high and low proportions and is a more realistic requirement for low values of proportion mature.  

For  estimates  of  proportions  the  confidence  interval  will  not  necessarily  be symmetric,  so  +/‐5%  can  be  interpreted  as  a  confidence  interval  width  of  10 percentage  points  or,  equivalently,  a  proportion  of  0.1. This  requirement does  not directly convert a CV, unlike the requirement for catch‐at‐age estimates (WKSCFMD, ICES 2004). 

Using maturity  estimates  also  raises  the  issue  of  how  to  summarize  a  vector  of precision  estimates  by  length  or  age,  as  the  phrase  “within  the  age  and/or  length range”  can  be  interpreted  in  more  than  one  way.  The  options  considered  by WKSDFD  (ICES 2005) were reviewed and  it was agreed  that using  the mean of  the confidence  interval  widths  was  sensible  for  maturity  estimates.  Requiring  all estimates within the specified age or length range to have the required precision was considered too demanding and asking for only the best estimate within the range to meet  the  requirement was potentially misleading. Reporting  the  range of precision levels  achieved was  also discussed  and  considered  to  be  a useful  option  to  report alongside the mean level. 

Using  the  range  containing 20%  to 90% of mature  fish was  considered  sensible, as precision  for  proportions  close  to  0  and  1  is  generally  very  good. However,  the workshop participants were unaware of the reason for the exact choice of limits. 

 

Page 41: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 37

The mean  confidence  interval  can  calculated  as  a weighted mean  using  the  catch numbers. Where  this  has  been  used,  in  general  the weighted mean  gave  slightly better  precision  than  the  mean  as  ages  with  greater  catch  numbers  had  greater sample numbers. 

A reason for using the weighed mean is that the main use of maturity ogives for stock assessment is to calculate SSB and the variance in SSB will be a similar to a weighted average  of  the  variance  in  proportion mature,  if  variance  in  the  other  terms  and covariances are ignored. As stock numbers are not generally available, catch numbers are  a  proxy  for  them. Overall  it was  decided  that  using  the weighted mean was acceptable but not an essential requirement. 

When maturity estimates are calculated by length class, the width of the length class affects  the number of observations  and  therefore  the precision  level  achieved.  It  is widely recognized that very good precision could be achieved at the expense of poor accuracy. Therefore, the supporting information must report the width of the length classes used. 

6.1 Guidelines for reporting

In  summary,  to  report precision  for  estimates  of proportion mature  the workshop considered good practice to be: 

• Report the number of maturity staged fish used to calculate the estimates. • When length classes are used in the calculation, report the width of length 

classes used. • Calculate mean confidence interval width for the age and/or length range 

which correspond to a 20 % and 90% of mature fish, • For  DCR  purposes  half  the  mean  confidence  interval  width  directly 

converts a precision level, • if  half  confidence  interval width  is  less  than  0.05  then  the  precision 

level is 3 • if  half  confidence  interval width  is  less  than  0.25  then  the  precision 

level is 2 • if half confidence interval width is less than 0.4 then the precision level 

is 1 

*This is based on likely new definitions: Level 3 making it possible to estimate a parameter with a precision of plus or minus 5% for a 95% confidence level, Level 2  as +/‐ 25% and Level 3 as +/‐ 40%. 

• Optionally: Report  the  range  of  precision  levels  achieved  as well  as  the mean level. 

7 Conclusions and Recommendations

7.1 Data and Methods

The FishFrame / COST data format is a suitable exchange format for maturity data, as it  can  accept  survey  or  market  sampling  records,  is  open  source  and  actively maintained. We recommend that the developers consider: extending the code lists for Area and otolith side, modifying the SL table to include sex and an optional field for histological maturity. 

 

Page 42: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

38 | ICES WKMOG REPORT 2008

Logistic models fitted by Generalized Linear Modelling (GLM) are the most popular approach to model maturity data. 

If  the models  provide  a  good  fit,  they  can  be used  to  evaluate  if differences  exist between age classes, sexes, areas or years. 

If  the model  fit  is poor, other  approaches  such  as GAM, multinomial models  (e.g. Gerritsen  et  al.,  2006)  or  any  other  curve  fitted  using  maximum  likelihood  that acknowledges the binomial nature of the data (e.g. Gerritsen et al., 2003) can be used. 

Logistic  curves  can  give  substantially  biased  estimates  if  skipped  spawning  is  a significant  issue  (>10%  for  illustrative data  considered). A  three‐parameter  logistic curve is likely to be suitable in this case. 

There  is  scope  to develop and apply models  that  include  the  sampling and  spatial structure  of  the  data  as  GLMs  are  limited  by  the  assumption  that  individual observations are independent. 

The raising procedure used did not affect the parameter or error estimates to a great extent for the stocks examined. 

There is no widely agreed method of estimating errors for maturity‐at‐age. Analytical approaches  need  to  be  developed  and  tested  further.  Bootstrapping  procedures assume that the bootstrapping units are independent. If individual fish are resampled this assumption might be violated as parameters of fish from the same haul are likely to be correlated. Re‐sampling stations is reasonable, although a similar problem will arise if estimates show spatial trends or correlations between stations. 

If  large differences in maturity exist between areas and a combined estimate for the whole stock  is required  then  the maturity ogives by area should be weighted using the best available information, preferably stock numbers or survey catch rates. 

Measures of variability and bias in maturity estimates, for example from the results of a  maturity  staging  workshop,  can  be  converted  to  the  effect  on  spawning‐stock biomass using code provided. For Plaice in Sub‐Area IV, the average SSB change was 5.4% for each 0.1 change  in proportion mature at ages 2and3. For the two examples studied, maturity  estimates with DCR precision  level  3 gave  little variation  in SSB (mean CV< 2%). 

7.2 Guidelines for collecting maturity data and estimating proportion mature

The following guidelines incorporate and extend those from WKMAT (ICES 2007b) 

1 ) For survey data to be used in a maturity index of the spawning stock, the survey must  be  conducted  at  the  right  time  compared  to  the  spawning period and have adequate coverage. If survey data are not available at the right  time  then  histologically  validated maturity  data  obtained  outside spawning  season  can  be  used,  although  this  should  be  confirmed  on  a stock‐by‐stock basis. 

2 ) Where valid (see 3) maturity data are available from market samples they can be used to estimate maturity. This is mainly the case for species with a protracted  spawning  season where  survey  data  do  not  cover  the whole spawning  season  or  stock  area. Also,  if  survey  and market  data  do  not show systematic differences they can be used together. 

3 ) Maturity data from market samples should be collected during the whole prespawning  (for  determinate  species)  or  spawning  (for  indeterminate 

 

Page 43: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 39

species)  season  on  a métier  based  sampling  programme,  and  cover  the whole stock distribution area. 

4 ) As with market samples, on‐board samples should be collected on a métier base  to avoid gear and  fleet selectivity effect and  in  the correct  time and spatial frame compared to spawning. 

5 ) If possible, maturity staging should be done on board the survey vessel. 6 ) A  comprehensive  illustrated  manual  should  be  available  for  all  stocks 

requiring maturity observations. 7 ) Macroscopic maturity scales used should be validated, either histologically 

or by another appropriate way. 8 ) Plot  and map  the  data  collected  to  assess  differences  by  source,  strata, 

location and time. 9 ) Length  stratified  maturity  data  should  be  weighted  by  the  length 

distribution.  If samples are collected on a  random scheme or  the stock  is assessed  on  a  length  basis,  no  weighting  according  to  the  length distribution is required. 

10 ) If  the  fish maturation process  is dependent on age and/or  sex as well as length  then  a  Sex‐Maturity‐Age‐Length‐Key  (SMALK)  should  be  used. Age reading precision is important in this context. 

11 ) If the stock shows a sexual difference in maturity a female maturity ogive should be used, or the effect of combining both sexes considered in detail. 

12 ) If  the  maturity  data  are  modelled,  a  Binomial  GLM  with  logit  link  is current  standard  practice.  Alternative  approaches  should  be  compared against this baseline approach. 

13 ) Check appropriate model diagnostics. 14 ) Report the number of maturity staged fish used to calculate the estimates. 

If length classes are used, report the width of length classes. 15 ) When  maturity  estimates  (as  proportions)  are  reported  to  DCR 

specifications,  calculate  the mean  confidence  interval width  for  the  age and/or  length range which correspond to a 20 % and 90% of mature fish. Convert this to a precision level using: • if  half  confidence  interval width  is  less  than  0.05  then  the  precision 

level is 3 • if  half  confidence  interval width  is  less  than  0.25  then  the  precision 

level is 2 • if half confidence interval width is less than 0.4 then the precision level 

is 1 

*This is based on likely new definitions: Level 3 making it possible to estimate a parameter with a precision of plus or minus 5% for a 95% confidence level, Level 2 as +/‐ 25% and Level 3 as +/‐ 40%. 

Optionally, report the range of precision levels achieved as well as the mean level. 

 

Page 44: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

40 | ICES WKMOG REPORT 2008

8 References

Anon. 2008a Draft Commission Regulation  laying down detailed  rules  for  the application of Council  Regulation  (EC)  No  199/2008  concerning  the  establishment  of  a  Community framework  for  the  collection, management  and  use  of  data  in  the  fisheries  sector  and support for scientific advice regarding the Common Fisheries Policy; Brussels, 14.04.2008 MARE.C.4/IJ/PM D(2008) / 03925. 

Anon. 2008b. FishFrame 5.0 / COST 1.0 Exchange format specifications. 

Anon.  2006. Common Open  Source  Tool  for  raising  and  estimating  properties  of  statistical estimates from the Data Collection Regulation. EU FISH/2006/15 – lot 2.  URL http://wwz.ifremer.fr/cost/cost_project. 

Anon. 1994. Report of the Workshop on Sampling strategies for Age and Maturity. ICES CM 1994/D:1. 

Cochran, W.C. 1977. Sampling Techniques. John Wiley & sons, New York, 428 pp. 

Collett, D. 2003. Modelling Binary Data. Chapman and Hall/CRC, 387 pp. 

DCR Technical Reports from different countries: https://datacollection.jrc.ec.europa.eu/ 

De Oliveira,  J.A.A., Kell, L.T., Punt, A.E., Roel, B.A.  and Butterworth, D.S.  2008. Managing without best predictions: the Management Strategy Evaluation framework. In Advances in Fisheries Science. 50 years on from Beverton and Holt, pp. 104‐134. Blackwell Publishing, Oxford. xxi + 547 pp.  

Dieckmann,  U  and Heino, M.  2007.  Probabilistic maturation  reaction  norms:  their  history, strengths, and limitations. Marine Ecology Progress Series Vol. 335: 253–269. 

Diggle, P. J. Ribeiro, P. J. 2007. Model‐based Geostatistics. New York, Springer. 

Gerritsen H. D, McGrath D., Lordan C. 2006. A simple method for comparing age‐length keys reveals significant regional differences within a single stock of haddock  (Melanogrammus aeglefinus). ICES Journal of marine Science, 63(6): 1096‐1100. 

Gerritsen, H.D., Armstrong, M.J. Allen, M. McCurdy, W.J. and Peel, J.A.D. 2003. Variability in maturity and growth  in a heavily exploited stock: whiting  (Merlangius merlangus L.)  in the Irish Sea. Journal of Sea Research, 49(1): 69‐82. 

Grygiel, W.  and M. Wyszyński.  2002.  Sexual maturation  of  the  southern Baltic  herring  and sprat (1980‐2001). ICES CM 2002/O:21. 

Grygiel, W. and M. Wyszyński. 2003a. Temporal  (1980‐2001) and geographic variation  in  the sexual maturity  at  age  and  length  of  herring  and  sprat  inhabiting  the  southern  Baltic. Bulletin of the Sea Fisheries Institute, Gdynia, No. 2 (159); 3‐33. 

Hirst,  D.  Storvik,  G.  Aldrin, M.  Aanes,  S.  Huseby,  R.  B.  2005.  Estimating  catch‐at‐age  by combining data from different sources. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Science. 62: 1377–1385. 

ICES.  2007a.  Report  of  the  Planning Group  on Commercial Catch, Discards  and  Biological Sampling (PGCCDBS). ICES CM 2007/ACFM:09, 172 pp. 

ICES.  2007b.  Report  of  the Workshop  on  Sexual Maturity  Sampling  (WKMAT).  ICES  CM 2007/ACFM:03. 

ICES.  2007c.  Report  of  the  Workshop  on  Sexual  Maturity  Staging  of  Hake  and  Monk (WKMSHM), 21 24 November 2007, Lisbon, Portugal. ICES CM 2007/ACFM:34. 82 pp. 

ICES. 2007d. Report of  the Workshop on Sexual Maturity Staging of Cod, Whiting, Haddock and Saithe (WKMSCWHS). ICES CM 2007/ACFM:33 

ICES.  2007e.  Report  of  the Workshop  on  Sexual Maturity  Staging  of mackerel  and  Horse mackerel (WKMSMAC).. ICES CM 2007/ACFM:26. 

 

Page 45: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 41

ICES. 2006. Report of the Working on the Assessment of Southern Shelf Stocks of Hake, Monk and Megrim (WGHMM). ICES CM2006/ACFM:02 

ICES. 2005. Report of the Workshop on Sampling Design for Fisheries Data (WKSDFD). ICES CM 2005/ACFM:11. 

ICES.  2004a.  Report  of  the  Study  Group  on  Growth,  Maturity  and  Condition  in  Stock Projections (SGGROMAT). ICES CM 2004/D:02. 

ICES. 2004b. Report of the Workshop on Sampling and Calculation Methodology for Fisheries Data (WKSCMFD). ICES CM 2004. 

ICES. 2003. Report of the Study Group on Growth, Maturity and Condition in Stock Projections (SGGROMAT). ICES CM 2003/D:01, 95pp.

Kell, L. T., Mosqueira, I., Grosjean, P., Fromentin, J-M., Garcia, D., Hillary, R., Jardim, E., Mardle, S., Pastoors, M. A., Poos, J. J., Scott, F., and Scott, R. D. 2007. FLR: an open-source framework for the evaluation and development of management strategies. - ICES Journal of Marine Science, 64: 640-646.

Morgan, M. J. and Hoenig, J. M. 1997. Estimating Maturity –at-Age from Length Stratified Sampling. http://journal.nafo.int/J21/val21.html (Accessed May 2008)

R Development Core Team. 2008. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. ISBN 3‐900051‐07‐0,  URL http://www.R‐project.org. 

Rickey, M. H.  1995. Maturity,  spawning,  and  seasonal movement  of  arrowtooth  flounder, Atheresthes stomias, off Washington. Fish. Bull. 93(11):127‐138. 

Seber,  G.A.  1982.  The  estimation  of  animal  abundance  and  related  parameters.  2nd  ed. Macmillan Publ. Co., Inc., New York; 654 pp. 

Trippel, E.A. and Harvey, H. H. 1991. Comparison of methods used to estimate age and length of  fishes  at  sexual maturity using populations  of white  sucker  (Catostomus  commersoni). Can. J. Fish. Aquat. Sci., 48: 1446‐1459. 

Venables, W.N and Dichmont, C.M. 2004. GLMs, GAMs and GLMMs: an overview of theory for applications in fisheries research. Fisheries Research 70:319‐337.  

Vitale,  F.,  Svedäng,  H.  and  M.  Cardinale.  2006.  Histological  analysis  invalidates macroscopically  determined  maturity  ogives  of  the  Kattegat  cod  (Gadus  morhua)  and suggests  new  proxies  for  estimating maturity  status  of  individual  fish  ICES  Journal  of marine Science, 63(3): 485‐492. 

Wood, S. N. 2006. Generalized Additive Models: An  Introduction with R, CRC/Chapman & Hall. 

 

Page 46: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

42 | ICES WKMOG REPORT 2008

Annex 1: List of participants

NAME ADDRESS PHONE/FAX EMAIL

Tatjana Baranova  Latvian Fish Resources Agency, Daugavgrivas str.8, LV1048, Riga, Lativa 

+371 7610 766  [email protected]

Elena Barcala Bellod  Inst. Español de Oceanografía, Centro Oceanográfico de Murcia, c/ Varadero, nº1, 30740 San Pedro del PinatarMurcia, Spain 

+34 968 180 511  [email protected]

Hans Gerritsen  Marine Institute, Rinville, Oranmore, Co. Galway, Ireland 

+353 91 387297  [email protected]

Barbara Grabowska  Sea Fisheries Institute, ul. Kollataja 1, 81‐332 Gdynia, Poland 

+48 587 356 274  [email protected]

Patricia Gonçalves  IPIMAR, Avenida de Brasilia, PT1449006, Lisbon, Portugal 

+351 21 302 7000  [email protected]

Wlodzimierz Grygiel  Sea Fisheries Institute, ul. Kollataja 1, 81‐332 Gdynia, Poland 

+48 587 356 270  [email protected]

Ernesto Jardim (on June 3 and 5) 

IPIMAR, Avenida de Brasilia, PT1449006, Lisbon, Portugal 

+351 21 302 7000  [email protected]

María Korta  AZTI Tecnalia, Herrera kaia‐Portu aldea, z/g 20110 Pasaia (Gipuzkoa), Spain 

+34 943 004 800  [email protected]

David Maxwell (Chair) 

Cefas, Lowestoft Laboratory, Lowestoft, Suffolk, NR33 0HT, United Kingdom 

+44 1502 524 328  [email protected]

Luis Quintanilla Hervás 

Instituto Español de Oceanografía (IEO), Centro Oceanográfico de Málaga, Puerto Pesquero s/n, 29640 ‐ Fuengirola (Málaga),  Spain 

+34 952 47 19 07  [email protected]

Lisa Readdy  Cefas, Lowestoft Laboratory, Lowestoft, Suffolk, NR33 0HT, United Kingdom 

+44 1502 524 319  [email protected]

Maria Sainza  Inst. Español de Oceanografía, Centro Oceanográfico de Vigo, Cabo Estay Canido, Apdo 1552, E36280, Vigo, Spain 

  [email protected]

 

Page 47: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 43

 

NAME ADDRESS PHONE/FAX EMAIL

Alejandro Sancho Rafel 

Inst. Español de Oceanografía, Centro Oceanográfico de Canarias, Avda. 3 de Mayo, nº 73. Postal Code:38005, Tenerife, Canary Islands, Spain 

+ 34 922 549 400  [email protected]

Barbara Serra Pereira (observer) 

IPIMAR, Avenida de Brasilia, PT1449006, Lisbon, Portugal 

+351 21 302 7000  [email protected]

Luis Silva  Instituto Español de Oceanografía ‐ Unidad de Cádiz. Campus Universitario de Puerto Real Institutos de Investigación – CACYTMAR, C/República  Saharaui, s/n 11510 Puerto Real (Cádiz), Spain 

+34 956 016 290  [email protected]

Page 48: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

 

1 |

ICES W

KM

OG

REPORT 2

00

8

44 |

ICES W

KM

OG

REPORT 2

00

8

The SAC‐GFCM (Scientific Advisory Committee of the General Fisheries Commission for the Mediterranean) divided the Mediterranean and Black Sea Area (FAO Area 37) into the 30 Geographical Sub‐Areas (GSAs) listed below: 

Annex 2: SAC-GFCM Geographical Sub-Areas in the Mediterranean

1. Northern Alboran Sea 2. Alboran Island 3. Southern Alboran Sea 4. Algeria 5. Balearic Islands 6. Northern Spain 7. Gulf of Lions 8. Corsica Island 9. Ligurian and North Tirrenian Seas 10. South Tirrenian Sea 11. Sadinia Island 12. Northern Tunisia 13. Gulf of Hammamet 14. Gulf of Gabes 15. Malta Island 16. South of Sicily 17. Northern and Central Adriatic Sea 18. Southern Adriatic Sea 19. Western Ionian Sea 20. Eastern Ionian Sea  21. Lybia 22. Aegean Sea 23. Crete Island 24. South of Turkey 25. Cyprus Island 26. Egypt 27. Levant 28. Marmara Sea 29. Black Sea 30. Azov Sea 

Page 49: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 45

Annex 3: R-code to plot maturity-at-age and length

Below is some code developed by the MI in Ireland that plots the proportions mature at each age and length class (Figure 4, section 4) 

########################### # Hans Gerritsen 04/06/08 # ########################### # simulate some data (badly) len=sample(0:50,1000,replace=T) age=rbinom(1000,5,len/50) mat=rbinom(1000,1,1/(1+exp(-0.25*len-age+10))) # plot function mat.plot=function(len,age,mat,model.type=0,main='',xlim,...){ # len is a vector containing the lengths of individual fish # age is a vector containing the age classes of individual fish # mat is a vector containing 0 or 1 for immature/mature fish if(model.type==0) model=step(glm(mat~len*as.factor(age),'binomial')) if(model.type==1) model=glm(mat~len*as.factor(age),'binomial') if(model.type==2) model=glm(mat~len+as.factor(age),'binomial') if(model.type==3) model=glm(mat~len,'binomial') if(model.type==4) model=glm(mat~as.factor(age),'binomial') mal=tapply(age,list(len,age,mat),length) mal=ifelse(is.na(mal),0,mal) pmal=mal[,,2]/(mal[,,1]+mal[,,2]) lengths=as.numeric(rownames(pmal)) ages=colnames(pmal) title=paste(main,model$call[2],sep='\n') if(missing(xlim)) xlim=range(lengths) plot(NULL,xlim=xlim,ylim=c(0,1),xlab='length (mm)',ylab='Proportion mature',main=title,...) for(i in ages){ text(lengths,pmal[,i],i,col=i) len.i=as.numeric(names(na.omit(pmal[,i]))) len.pred=min(len.i):max(len.i) pred=predict(model,newdata=data.frame(len=len.pred,age=i),type='response') lines(len.pred,pred,col=i,lwd=2) } } mat.plot(len,age,mat,model.type=0,main='simulated data')

 

 

Page 50: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

46 | ICES WKMOG REPORT 2008

Annex 4: R-code to simulate the effect on SSB of bias and variation in maturity-at-age estimates

################################################################## # # Ernesto Jardim 03/Jun/2008 # Changes David Maxwell 06/Jun/2008 # Methods to generate simulated maturity estimates(WKMOG) # FLCore package required # MCmat now uses sd on original scale, absolute bias included ################################################################## setGeneric("MCmat", function(object, ...) standardGeneric("MCmat")) setMethod("MCmat", signature("FLStock"), function(object, iters, B, stdev, biastype="absolute"){ require(MASS) #------------------------------------------------------------ # formula: # relative bias: B = (That-T)/T <=> That = B*T+T # absolute bias: B = That-T <=> That = B+T #------------------------------------------------------------ mat <- mat(object) dnms <- dimnames(mat) dnms$iter<-1:iters # check error and bias vectors if(! (biastype %in% c("absolute","relative"))) stop('biastype must be "absolute" or "relative"') if(length(B)!= length(dnms[[1]])) stop("Your bias vector does not match the ages on the maturity ogive") if(length(stdev)!=length(dnms[[1]])) stop("Your stdev vector does not match the ages on the maturity ogive") # introduce bias m <- c(mat) if(biastype=="relative") m <- m*B+m if(biastype=="absolute") m <- B+m # simulate variance, currently assumes no covariance m <- mvrnorm(iters, m, diag(rep(stdev, times=length(m)/length(stdev))^2)) # avoid 0<mat>1 m[m<0]<-0.0 m[m>1]<-1.0 # back to FLStock attr(object, "stoch") <- data.frame(B=B, stdev=stdev) attr(object, "mat.orig") <- mat mat(object) <- FLQuant(c(t(m)),dimnames=dnms) object }) # convenience function to tabulate results setGeneric("ssbtab", function(object, ...) standardGeneric("ssbtab")) setMethod("ssbtab", "FLQuants", function(object){ nms <- names(object) lst <- lapply(object, c) df <- as.data.frame(do.call("cbind", lst)) names(df) <- nms row.names(df) <- dimnames(object[[1]])[[2]] df }) # alternative ssb function to deal with iterations, # note does not include in-year mortality setMethod("ssb", "FLStock", function(object){ it <- dim(mat(object))[6]

 

Page 51: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 47

sn <- propagate(stock.n(object), it) sw <- propagate(stock.wt(object), it) quantSums(sn*sw*mat(object)) }) ##### Examples library(FLCore) load("RData.shke") # original maturity ogive and catch weight mat(stk0i) catch.wt(stk0i) # how to create new maturity matrix, # set relative bias vector, stdev and iters it <- 1 rB <- c(0,0,0,0.3,0,0,0,0,0) # 30% relative increase for age 3 aB <- c(0,0,0,0.1,0,0,0,0,0) # 10 percentage point increase for age 3 stdev <- rep(0,9) # new maturity matrices stknew <- MCmat(stk0i, it, rB, stdev=stdev, biastype="relative") mat(stknew) stknew <- MCmat(stk0i, it, aB, stdev=stdev, biastype="absolute") mat(stknew) # run a simulation it = 1000 B <- rep(0,9) # no bias #sd from interpretation of DCR level 3 stdev = c(0,0, rep(0.05/1.96 , 4),0,0,0) stknew <- MCmat(stk0i, it, B, stdev=stdev, biastype="absolute") # some plots bwplot(data~factor(age)|factor(year), data=mat(stknew)) bwplot(data~factor(year), data=ssb(stknew)) # summaries stknew.ssb <- FLQuants( ssb=ssb(stk0i),

ssbmean=apply(ssb(stknew),2,mean), ssbnew=apply(ssb(stknew),2,median), ssblow=apply(ssb(stknew),2,quantile, probs=0.05), ssbhigh=apply(ssb(stknew),2,quantile, probs=0.95), ssbstdev =apply(ssb(stknew),2,sd) ) xyplot(data~year, groups=qname, data=stknew.ssb, type="l", auto.key=T, col=c(2,1,1,1), lty=c(1,2,2,1)) # table output ssb.tab <- ssbtab(stknew.ssb) ssb.tab$cv = 100 * ssb.tab$ssbstdev / ssb.tab$ssbmean ssb.tab summary(ssb.tab3$cv)

 

Page 52: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

48 | ICES WKMOG REPORT 2008

Annex 5: References regarding maturity

Below  is  a  list  of  references  concerning  issues  that  are  raised  in  the  report,  the references  are  grouped  under  the  following  headings:  References  concerning geographic  variation  in  maturity;  temporal  variation  in  maturity;  methods  and models;  validation  of maturity;  variables  influencing maturity  and  other  relevant references. 

References concerning geographic variation in maturity

Abaunza, P., A. Farina and P. Carrera 1995. Geographic variations  in  sexual maturity of  the horse  mackerel,  Trachurus  trachurus,  in  the  Galician  and  Cantabrian  shelf.  Scientia Marina, 59; 211‐222. 

Armstrong, M.J., H.D. Gerritsen, W. McCurdy and J.A.D. Peel 2001. Variability of maturity and growth of cod (Gadus morhua L.) in trawl surveys of the Irish Sea. ICES CM 2001/J:46.  

Armstrong, M.J., Gerritsen, H.D., Allen, M., McCurdy, W.J. and J.A.D., Peel 2004. Variability in maturity and growth in a heavily exploited stock: cod (Gadus morhua L.) in the Irish Sea. ICES J. Mar. Sci., 61(1): 98‐112. 

Berner, M. and B. Vaske 1981. Sex ratio and sexual maturity of cod in the Baltic (Sub‐divisions 22‐25). ICES C.M. 1981/J:16.  

Berg, E. and O. Albert 2003. Cod  in  fjords and coastal waters of North Norway: distribution and variation in length and maturity at age. ICES J. Mar. Sci., 60(4): 787‐797. 

Dominguez‐Petit, R., Korta M., Murua H.,  Saborido‐Rey F., Quincoces  I.,  Sainza M.  and M. Santurtún 2005. Variability  in size at maturity European hake (Merluccius merluccius) at Bay of Biscay and Galician Coast. Poster presented at the ICES ASC, Aberdeen, UK. 

Domínguez‐Petit, R., Korta M.,  Saborido‐Rey  F., Murua H.,  Sainza M.  and C.  Piñeiro  2008. Changes in size at maturity of European hake Atlantic populations in relation with stock structure and environmental regimes. Journal of Marine Systems, 71(2008); 260‐278. 

Gerritsen, H.D., Armstrong, M.J., Allen, M., McCurdy, W.J. and J.A.D. Peel 2003. Variability in maturity and growth  in a heavily exploited stock: whiting  (Merlangius merlangus L.)  in the Irish Sea. J. Sea Res., 49(1): 69‐82. 

Grygiel, W. and M. Wyszyński 2003a. Temporal  (1980‐2001) and geographic variation  in  the sexual maturity  at  age  and  length  of  herring  and  sprat  inhabiting  the  southern  Baltic. Bulletin of the Sea Fisheries Institute, Gdynia, No. 2 (159); 3‐33.  

Horn, P.I., Tracey, D.M. and M.R. Clark 1998. Between‐area differences  in age and  length at first maturity of the orange roughy Hoplostethus atlanticus. Mar. Biol., 132: 187‐197. 

Ponomarenko, V.P. 1996. Distribution of mature cod, Gadus morhua morhua of the Barents Sea in relation to seasonal variation in the maturity of gonads. J. Ichtyol., 36(5): 385‐390. 

Rochet, M.J.  2000.  Spatial  and  temporal patterns  in  age  and  size  at maturity  and  spawning stock biomass of the North Sea gadoids. ICES CM, 2000/N:26: 13 pp. 

Silva, A., Santos, M. B., Caneco, B., Pestana, G., Porteiro, C., Carrera, P. and Y. Stratoudakis 2006.  Temporal  and  geographic  variability  of  sardine maturity  at  length  in  the  north‐eastern Atlantic and the western Mediterranean. ICES Journal of Marine Science, 63: 663 ‐ 676. 

Grygiel, W. and M. Wyszyński 2002. Sexual maturation of the southern Baltic herring and sprat (1980‐2001). ICES CM 2002/O:21.   

Grygiel, W. and M. Wyszyński 2003b. Sex ratio of herring and sprat from the southern Baltic basins in 1980‐2000. Bulletin of the Sea Fisheries Institute, Gdynia, 3 (160); 17‐31.   

 

Page 53: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 49

Kaljuste, O. and T. Raid 2002. Recent observations of the sex ratio and maturity ogive of Baltic sprat in the north‐eastern Baltic Sea. Bull. Sea Fish. Inst., Gdynia, 3 (157); 47‐54.    

References concerning temporal variation in maturity

Alphen, v., J. and H.J.L., Heessen 1984. Variation in length at age of North Sea cod. ICES CM 1984/G:36. 

Armstrong, M.J., H.D. Gerritsen, W. McCurdy and J.A.D. Peel 2001. Variability of maturity and growth of cod (Gadus morhua L.) in trawl surveys of the Irish Sea. ICES CM 2001/J:46.  

Armstrong, M.J.,  Bromley,  P.J.  and  P.J.  Schön  2004a.  Changes  in  growth  and maturity  in expanding and declining stocks: evidence from haddock, cod and whiting populations in the Irish and Celtic Seas. ICES CM 2004/K:09. 

Armstrong, M.J., Gerritsen, H.D., Allen, M., McCurdy, W.J. and J.A.D., Peel 2004. Variability in maturity and growth in a heavily exploited stock: cod (Gadus morhua L.) in the Irish Sea. ICES J. Mar. Sci., 61(1): 98‐112. 

Beacham,  T.D.  1982. Variability  in median  size  and  age  at  sexual maturity  of Atlantic  cod Gadus morhua, on the Scotian Shelf in the Nothwest Atlantic Ocean. Fish. Bull., 81(2): 303‐321. 

Cardinale, M. and  J. Modin 1999. Changes  in  size‐at‐maturity of Baltic  cod  (Gadus morhua) during a period of large variations in stock size and environmental conditions. Fish. Res., 41: 285‐295. 

Gerritsen, H.D., Armstrong, M.J., Allen, M., McCurdy, W.J. and J.A.D. Peel 2003. Variability in maturity and growth  in a heavily exploited stock: whiting  (Merlangius merlangus L.)  in the Irish Sea. J. Sea Res., 49(1): 69‐82. 

Grygiel, W. and M. Wyszyński 2003a. Temporal  (1980‐2001) and geographic variation  in  the sexual maturity  at  age  and  length  of  herring  and  sprat  inhabiting  the  southern  Baltic. Bulletin of the Sea Fisheries Institute, Gdynia, No. 2 (159); 3‐33.  

Hubold, G. 1978. Varaitions in growth rate and maturity of herring in the northern North Sea in the years 1955‐1973. Rapp. P.‐v. Réun. Cons. int. Explor. Mer., 172: 154‐163. 

Lucio, P., Santurtún, M., Quincoces,  I. and H. Murua 2002. Evolution of  the  sexual maturity parameters of northern hake between 1987 and 2001. ICES C.M. 2002/L: 36 (Poster). 

Lucio, P., Korta M., Quincoces  I., Murua H. and M. Santurtún 2004. Northern hake maturity ogive based on histological analysis for the period 1996‐2001. Poster presented at the ICES ASC in Vigo.  

Olsen, E.M., Lilly, G.R., Heino, M., Morgan, M.J., Brattey, J. and U. Dieckmann 2005. Assessing changes  in age and  size at maturation  in  collapsing populations of Atlantic  cod  (Gadus morhua). Can. J. Fish. Aquat. Sci., 62: 811‐823. 

Ponomarenko,  I.Y.  and  N.A.  Yaragina  1995. Maturation  rates  of  Lofoten‐Barents  Sea  cod, Gadus morhua, in 1940‐1980. J. Ichtyol., 36(6): 45‐60. 

Rijnsdorp, A.D., Daan, N., Van Beek, F.A. and H.J.L. Heessen 1991. Reproductive variability in the North Sea plaice, sole and cod. J. Cons. int. Explor. Mer., 47: 352‐375. 

Rochet, M.J.  2000.  Spatial  and  temporal patterns  in  age  and  size  at maturity  and  spawning stock biomass of the North Sea gadoids. ICES CM, 2000/N:26: 13 pp. 

Silva, A., Santos, M. B., Caneco, B., Pestana, G., Porteiro, C., Carrera, P. and Y. Stratoudakis 2006.  Temporal  and  geographic  variability  of  sardine maturity  at  length  in  the  north‐eastern Atlantic and the western Mediterranean. ICES Journal of Marine Science, 63: 663 ‐ 676. 

Trippel, E.A., Morgan, M.J., Fréchet, A., Rollet, C., Sinclair, A., Annand, C., Beanlands, D. and L. Brown 1997. Changes  in age and  length at sexual maturity of Northwest Atlantic cod, haddock and pollock stocks, 1972‐1995. Can. Tech. Rep. Fish. Aquat. Sci., 2157. 

 

Page 54: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

50 | ICES WKMOG REPORT 2008

Wagner, G. and M. Dethloff 1985. Die Verbreitung, das Wachstum und die Reifeentwicklung bei Kabeljau, Schellfish und Wittling der Nordsee während der Jahre 1982 bis 1984. Arch. Fisch Wiss, 36(1/2): 47‐72. 

Grygiel, W. and M. Wyszyński 2002. Sexual maturation of the southern Baltic herring and sprat (1980‐2001). ICES CM 2002/O:21.   

Grygiel, W. and M. Wyszyński 2003b. Sex ratio of herring and sprat from the southern Baltic basins in 1980‐2000. Bulletin of the Sea Fisheries Institute, Gdynia, 3 (160); 17‐31.   

Kaljuste, O. and T. Raid 2002. Recent observations of the sex ratio and maturity ogive of Baltic sprat in the north‐eastern Baltic Sea. Bull. Sea Fish. Inst., Gdynia, 3 (157); 47‐54.    

Koshelev, B. 1971. Some growth characteristics and the time of fish first spawning. [in:] Growth characteristics and fish maturation. Edited by ʺNaukaʺ, Moscow: 186‐218 [in Russian]. 

Lucio, P., Murua, H. and M. Santurtún 1998a. Growth and reproduction of hake  (Merluccius merluccius) in the Bay of Biscay during the period 1996‐1997. Crecimiento y reproducción de la merluza (Merluccius merluccius) del Golfo de Vizcaya en el período 1996‐1997. Sexto Coloquio Internacional sobre Oceanografía del Golfo de Vizcaya. Donostia‐San Sebastián, Abril 1998.  

Lucio, P., Murua, H. and M. Santurtún 2000. Growth and  reproduction of hake  (Merluccius merluccius) in the Bay of Biscay during the period 1996‐1997. Ozeanografika Acta, 3; 321‐349.  

Piñeiro, C. and M. Sainza 2003. Age estimation, growth and maturity of  the European hake (Merluccius merluccius  Linnaeus,  1758)  from  Iberian  Atlantic waters.  ICES  Journal  of Marine Science, 60: 1086–1102.  

Ramos,  F.,  Sobrino,  I.  and  L.  Silva  2000.  The  life  history  of  Sepia  offcinalis  Cephalopoda: Sepiidae)  in  the  Gulf  of  Cadiz  (SW  Spain).  [in:]  Proceedings  of  the  Millennium Cephalopod Conference: CIAC 2000. Cephalopod Biomass and Production. University of Aberdeen, Scotland, 3‐7 July 2000 (ed. University of Aberdeen), 99 pp.  

Silva,  L.,  I.  Sobrino,  and  F.  Ramos  2002.  Reproductive  Biology  of  the  Common  Octopus, Octopus  vulgaris  Cuvier  1797  (Cephalopoda:  Octopodidae)  in  the  Gulf  of  Cadiz  (SW Spain). Bull. Mar. Sci. 71(2): 837‐850.  

Silva,  L.,  Ramos  F.  and  I.  Sobrino  2004.  Reproductive  biology  of  Eledone  moschata (Cephalopoda: Octopodidae)  in  the Gulf  of Cadiz  (south‐western  Spain,  ICES Division IXa); J. Mar. Biol. Ass., U.K. (2004), 84; 1221‐1226. 

References concerning methods and models

Chen, Y.  and  J.E.  Paloheimo  1994.  Estimating  fish  length  and  age  at  50% maturity  using  a logistic type model. Aquat. Sci., 56(3): 206‐219. 

Cochran, W.C. 1977. Sampling Techniques. John Wiley & sons, New York, 428 pp.  

Collett, D. 2003. Modelling binary data. Chapman & Hall/CRC, 387 pp.  

Grygiel, W. 2008. Methods and some results of  investigations of  the sexual maturity and sex ratio of the Baltic sprat, herring, cod and flounder. Working paper on the ICES Workshop on Maturity Ogive Estimation  for Stock Assessment  [WKMOG]  in Lisbon, Portugal, 3–6 June 2008; 14 pp.  

Heino, M., Dieckmann, U. and O.R. Godø 2002. Measuring probabilistic reaction norms for age and size at maturation. Evolution, 56(4): 669‐678. 

Morgan, M. and J. Hoenig 1997. Estimating Maturity‐at‐Age from Length Stratified Sampling. J. Northw. Atl. Fish. Sci., vol. 21: 51‐63. 

Rickey,  M.H.  1995.  Maturity,  spawning,  and  seasonal  movement  of  arrowtooth  flounder, Atheresthes stomias, off Washington. Fish. Bull. 93(1); 127‐138.  

 

Page 55: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 51

Trippel, E.A. and H.H. Harvey 1991. Comparison of methods used to estimate age and length of fishes at sexual maturity using populations of white sucker (Catostomus commersoni). Can. J. Fish. Aquat. Sci., 48: 1446‐1459. 

Venables, W.N. and C.M. Dichmont 2004. GLMs, GAMs and GLMMs: an overview of theory for applications in fisheries research. Fish. Res, 70: 319‐337. 

Welch,  D.W.  and  R.P.  Foucher  1988.  A  maximum  likelihood  methodology  for  estimating length‐at‐maturity with an application  to Pacific cod  (Gadus macrocephalus) population dynamics. Can. J. Fish. Aquat. Sci., 45: 333‐343. 

Anon. 1994. Report of  the Workshop on  sampling  strategies  for age and maturity.  ICES CM 1994/D:1.  

Anon.  1998.  Report  of  the  Baltic  Fisheries  Assessment  Working  Group.  ICES  CM 1998/ACFM:16.  

Anon. 1999. Report of the Baltic International Fish Survey Working Group. ICES CM 1999/H:1.    

Anon.  2000a.  Report  of  the  Baltic  International  Fish  Survey  Working  Group.  ICES  CM 2000/H:2.    

Anon.  2000b.  Report  of  the  Study  Group  on  Growth,  Maturity  and  Condition  in  Stock Projections. ICES CM 2000/C:01, Lowestoft, UK. 

Anon.  2001a.  Report  of  the  Study Group  on  Baltic Herring  and  Sprat Maturity.  ICES  CM 2001/ACFM: 24.  

Anon.  2001b.  Report  of  the  Study  Group  on  Growth,  Maturity  and  Condition  in  Stock Projections. ICES CM 2001/C:02, Lowestoft, UK. 

Anon.  2003.  Report  of  the  Study  Group  on  Growth,  Maturity  and  Condition  in  Stock Projections. ICES CM 2003/D:01. 

Cardador,  F.; Morgado, C.; Lucio, P.; Piñeiro, C.;  Sainza, M.  and M.  Santurtun  2000a. New maturity  ogive  for  the  southern  stock  of  hake  (ICES  Divisions  VIIc+IXa).  ICES  CM 2000/ACFM:4, WD 5 presented  to  the  ICES Working Group on Assessment of Southern Shelf Demersal Stocks; Copenhagen, 31 August‐10 September 1999, 9 pp.  

Cardador,  F., Morgado,  C.,  Trujillo,  V., Azevedo, M.,  Jardim,  E.  and  P.  Lucio  2000b. New assessment  of  the  southern  stock  of  hake  (ICES  Divisions  VIIc+IXa)  based  on  new biological  data  and  including  Spanish  landings  from  the  Gulf  of  Cadiz.  ICES  CM 2000/ACFM:4, WD 4, 12 pp.  

Grygiel, W., K. Radtke and T. Nermer 2006. The  southern Baltic  cod,  clupeids and  flounder sexual maturation; the status of BITS/DATRAS database in Poland. Working paper on the ICES Workshop on  an  evaluation  and  improvement of  the BITS/DATRAS data quality. Gdynia, 31.01 ‐ 03.02.2006; 4 pp., mimeo.  

Morgado, C., E. Jardim, M. Sainza and P. Lucio 2005. New maturity ogive for southern hake. Working document presented at WGHMM 2005. Lisbon, 9‐20 May 2005. 

Seber,  G.A.  1982.  The  estimation  of  animal  abundance  and  related  parameters.  2nd  ed. Macmillan Publ. Co., Inc., New York; 654 pp.  

Wyszyński, M. 1997. The biotechnological  characteristics of  the  southern Baltic herring.  [in:] The possibility of intensifying Polish herring and sprat catches and their utilization in light of Polish and international regulations. Stud. Mater. Mor. Inst. Ryb., Gdynia, ser. B/69: 94‐123, [in Polish]. 

References concerning validation of maturity

Bromley,  P.  2000.  Growth,  sexual  maturation  and  spawning  in  central  North  Sea  plaice (Pleuronectes platessa L.), and  the generation of maturity ogives  from commercial catch data. Journal of Sea Research, 44 (2000); 27‐43.  

 

Page 56: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

52 | ICES WKMOG REPORT 2008

Feldman, V., T. Vasilieva and E. Alekseeva 2000. Maturity ogives, sex ratios and histological validation  of  ovaries maturation  of  Baltic  sprat  in  SD  26  in  1996‐1999.  ICES WGBFAS meeting 2000 ‐ STORE ‐ Project, working paper.   

Gerritsen, H.D. and D. McGrath 2006. Variability in the assignment of maturity stages of plaice (Pleuronectes  platessa  L.)  and  whiting  (Merlangius  merlangus  L.)  using  macroscopic criteria. Fish. Res, 77(1): 72‐77. 

Gonçalves,  P.  and  C. Morgado  2007. Maturity  stage  key  of  hake  (Merluccius merluccius). Working  Document  for  the  ICES Workshop  on  Sexual Maturity  Staging  of Hake  and Monk (21 ‐ 24, November 2007); Lisbon, Portugal.  

Lucio, P., Santurtun, M., Quincoces, I. and H. Murua 1998b. Histological studies of the gonadal development of hake, Merluccius merluccius (L. 1758). ICES C.M. 1998/OPEN: 19 (Poster).  

Morgado, C. and P. Gonçalves 2007a. Hake (Merluccius merluccius Linnaeus, 1758) maturity: a calibration  exercise  and  the  propose  of  a  new maturity  stage  key.  Scientific  Technical Reports ‐ IPIMAR, Digital series no 39. 

Quincoces, I., Santurtun, M. and P. Lucio 1998. Histological study of the gonadal development of white anglerfish, Lophius piscatorius (L. 1758). ICES C.M. 1998/OPEN: 78 (Poster).  

Sancho,  A.,  M.T.G.  Santamaría,  P.  Pascual‐Alayón,  V.  Duque  and  E.  Hernández  2008. Preliminary Visual Guidelines. Sexual Maturity Stages of Sardine, Round Sardinella, Flat Sardinella and Chub Mackerel off Mauritanian Waters (NW Africa). Eighth Meeting of the FAO Working Group on the Assessment of Small Pelagic Fish off Northwest Africa. Saly, Senegal, 6‐15 May 2008. 

Tomkiewicz, J., M. Eriksson, T. Baranova, V. Feldman and H. Müller 1997. Maturity ogives and sex ratios for Baltic cod: establishment of a database and time series. ICES CM 1997/CC:20.  

Tomkiewicz, J., Tybherg, L. and Jespersen, Å. 2003. Micro‐ and macroscopic characteristics to stage gonadal maturation of female Baltic cod. J. Fish. Biol., 62: 253‐275. 

Vitale,  F.,  Svedäng,  H.  and  M.  Cardinale  2006.  Histological  analysis  invalidates macroscopically  determined maturity  ogives  of  the  Kattegat  cod  (Gadus morhua)  and suggests new proxies  for estimating maturity status of  individual  fish.  ICES  J. Mar. Sci., 63(3): 485‐492. 

West, G.  1990. Methods of  assessing ovarian development  in  fishes:  a  review. Aust.  J. Mar. Freshwater Res., 41: 199‐222.  

Anon.  2007.  Report  of  the  Workshop  on  Sexual  Maturity  Staging  of  Hake  and  Monk (WKMSHM). Lisbon, Portugal, 21 ‐ 24 November 2007. ICES CM 2007/ACFM:34; 82 pp.  

Domínguez‐Petit, R.  2006.  Study  of Reproductive  Potential  of Merluccius merluccius  in  the Galician Shelf. Ph.D. Thesis. University of Vigo,  Instituto de  Investigacións Mariñas; 288 pp.  

Pascual‐Alayón, P(*), Sancho, A., Hernández, E., Santamaría, M.T.G., Duque, V., Balguerías, E.,  Bravo de Laguna, L., López, C. and C. Presas 2008. Reproductive aspects of sardine, round sardinella,  flat sardinella and mackerel off Mauritanian waters  (NW Africa). Science and the challenge of managing  small pelagic  fisheries on  shared  stocks  in Northwest Africa. Casablanca, Morroco; 11‐14 March 2008. 

Quincoces,  I.  2002. Crecimiento y  reproducción de  las  especies Lophius budegassa    Spinola 1807, y Lophius piscatorius Linneo 1758, del Golfo de Vizcaya. Tesis Doctoral in Zoologia y Biologia Celular Animal Depart., Universidad del País vasco, Leioa; 276 pp.  

Quincoces,  I.,  Santurtun,  M.  and  P.  Lucio.  2002.  Reproductive  maturity  studies  on  black anglerfish (L. budegassa) from the Bay of Biscay. ICES C.M. 2002/L: 34 (Poster). 

 

Page 57: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

ICES WKMOG REPORT 2008 | 53

References concerning variables influencing maturity

DʹAngelo, D.  J.  and  S. H. Bowen  1985. Density dependent maturation  rates  of  lake  herring (Coregonus  artedii  LeSueur)  in  Lake  Superior.  Programs  and  Abstracts  of  the  28th Conference on Great Lakes Research. Univ. Wisconsin‐Milwaukee, June 3‐5, 1985. 

Draganik, B. and J. Kuczyński 1997. The influence of gonad maturation on the condition factor and gonadosomatic index of flounder. Reports of the Sea Fish. Inst. 1996, Gdynia; 112‐124.   

Lapin,  J.  and  J.  Jurovitskij  1959.  Innerspecies  conditions  of  fish maturation  and  fecundity dynamics. Zhyrn. Obshchej Biol., vol. 20, No 6 [in Russian]. 

Morgado,  C.  and  P.  Gonçalves  2007b.  Condition  factor,  gonadosomatic  index  and hepatosomatic index of hake in the Portuguese continental waters. Working Document for the  ICES Workshop on Sexual Maturity Staging of Hake and Monk  (21  ‐ 24, November 2007); Lisbon, Portugal.  

Morgan, M.J. 2004. The relationship between fish condition and the probability of being mature in American plaice (Hippoglosoides platessoides). ICES J. Mar. Sci., 61: 64‐70. 

Murua, H. and F. Saborido‐Rey 2003. Female reproduction strategies of marine fish species of the North Atlantic. Northwest Atlantic Fisheries Science, 33: 23‐31. 

Murua,  H.  2006.  Reproductive  fundamentals  for  the  estimation  of  egg  production  of  the European hake, Merluccius merluccius, in the Bay of Biscay. Ph.D. Dissertation in Zoology and Animal Cell Biology Department, University of the Basque Country, Leioa; 158 pp. 

Ramsay, K. 1993. Factors  influencing  first  time maturity  in  female sole  (Solea solea L.).  ICES CM 1993/G:25. 

Rannak, L.  1960. Correlation between growth  and maturation  in  the Baltic  spring‐spawning herring (salaka). ICES CM 1960, No. 123.  

Rideout, R.M., Rose, G.A. and M.P.M. Burton 2005. Skipped spawning  in  female  iteroparous fishes. Fish and Fisheries, 6(1): 50‐72. 

Shirokov, S.V. 1990. Maturation dynamics of Baltic sprat. ICES CM 1990/J:6, BFC.  

Trippel, E. A. 1995. Age at maturity as a stress indicator in fisheries. Bioscience 45: 759 – 771. 

Boehling, P. and H. Lehtonen 1991. Size, age and sex composition of perch (Perca fluviatilis L.) catches in different types of trapnets. Finn. Fish. Res., Helsinki, 12: 35‐43. 

Cheprakova,  J. 1971. Aggregation of  spawning  stocks of  the  few vertebrae herring  from  the White Sea  in  the Kandalash Lagoon.  [in:] The properties of  fish growth and maturation. Edited by ʺNaukaʺ, Moscow: 32‐49, [in Russian]. 

Kosior, M. and  J. Skólski 1992. Effect of variability  in  the  sex  ratio of cod on  the population reproductive potential estimates. ICES C.M. 1992/J:18.  

Kosior, M., W.  Grygiel  and  J.  Kuczyński  1996a.  Changes  in  the  absolute  fecundity  of  the southern Baltic flounder, Platichthys flesus (L.). Bull. Sea Fish. Inst., Gdynia 2; 15‐27. 

Morgado, C.; Godinho, M. L. and M. H. Afonso 1999. Portuguese ALKs for hake from IPIMAR ground  fish  research  surveys. Working Document presented  to  the DEMASSESS  (Study Contract no. 97/015) Final Meeting, Lisbon 22‐24 May, 5 pp. 

Morgado, C.; Piñeiro, C. Lucio, P., Alfonso, M.H. and F. Cardador 2003. Iberian ALK for hake southern stock from commercial landings 2002. WD 1, ICES CM 2004/ACFM:02; Working document presented at WGHMM, Copenhagen, ICES, 14‐23 May 2003. 

Morgado, C. and C. Chaves 2004. Growth and Maturity of the Southern Stock of Hake (ICES Divisions VIIIc+IXa) ‐ the state of the art. Working document presented at WGHMM 2004, Gijon, 12‐21 May 2004. 

Morgado, C., Chaves, C.,  Jardim, E., Cardador, F., Piñeiro, C. and P. Gonçalves 2007. Size at Maturity  of  Southern  Hake  Stock  (ICES  Div  VIIIc  and  Ixa).  NAFO/PICES/ICES 

 

Page 58: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

54 | ICES WKMOG REPORT 2008

Symposium on Reproductive and Recruitment Processes of Exploited Marine Fish Stocks. Lisbon, Portugal; 1‐3 October 2007.  

Polivajko, A.G. 1982. Maturation and spawning of Baltic sprat.  [in:] Fishery  investigations  in the Baltic Sea, BaltNIIRH Riga, Edition 17: 29‐45 [in Russian]. 

Stankus, S. 2002. Growth, sex structure and commercial significance of  turbot  (Scophthalmus maximus L.) in the Lithuanian EEZ. Bull. Sea Fish. Inst., Gdynia, 1 (155); 53‐60.  

Szypuła,  J.  1992.  Seasonal  changes  of  feeding,  condition  and  gonad maturity  of  herring  in Dziwnow Region. Scientific scripts of Agriculture Academy in Szczecin, Sea Fisheries and Fish Food Technology XIX, No. 150: 45‐57 [in Polish]. 

Torstensen,  E.  1998. Growth  and maturity  of  sprat  in Norwegian  coastal waters.  ICES CM 1998/CC:19 

Other references

Anon.  2008.  Report  of  the  Planning Group  on  Commercial  Catch, Discards  and  Biological Sampling (PGCCDBS); 3–7 March 2008 Nicosia, Cyprus. ICES CM 2008/ACOM:29; 91 pp. 

BIOSDEF,  1998.  Biological  Studies  of  Demersal  Fish.  Final  Report  to  the  Commission  of European Communities, Parts I and III.  

Castro Hernández, J.J. and A.T. Santana Ortega 2000. Synopsis of biological data on the chub mackerel (Scomber japonicus Houttuyn, 1782). FAO Fisheries Synopsis, 157; 77 pp. 

DEMASSESS  2000. New  assessment  and biology of  the main  commercial  fish  species: Hake and Anglerfish of the Southern Shelf Demersal Stocks in the South Western Europe. Final Report DEMASSESS, Study contract 97/015. 

 

Page 59: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

1

Annex 6: Working paper

The ICES Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock Assessment [WKMOG] in Lisbon, Portugal, 3–6 June 2008

METHODS AND SOME RESULTS OF INVESTIGATIONS OF THE SEXUAL MATURITY AND SEX RATIO OF THE BALTIC SPRAT,

HERRING, COD AND FLOUNDER by

Włodzimierz Grygiel

Sea Fisheries Institute, Gdynia (Poland); e-mail: [email protected]

INTRODUCTION As a consequence of changes in the seawater temperature, salinity and food resources,

the percentage of maturing herring and sprat from different year classes can change in separate

populations, but also in relation to sex in the same population (Koshelev 1971, Polivajko 1982,

Szypuła 1992). The results obtained by Grygiel and Wyszyński (2002, 2003a) indicate that in

the 1980-2001 period the differentiation in sexual maturation of the southern Baltic herring and

sprat in relation to the age and length structure of the exploited stocks, sex, year groups and

regions is mostly due to variation in ecological conditions, to selected biotic and abiotic

parameters and the specificity of species inhabiting the western and eastern parts of the

southern Baltic Sea. The results of regression analysis indicate that the percentage of mature

young sprat was statistically significantly dependent on seawater and air temperatures (in the

first quarter) and on sprat stock abundance in age group 1. The same was also found between

the percentage of young herring from the spring spawning population, which were spawning for

the first time and the mean length, and weight of fish (in the first quarter).

Mild winters may have modified the maturation of fish - spawning started earlier and

more fish spawned earlier than normal, for example as in 1990 with herring in the northern

Baltic (Rajasilta et al. 1996). The influence of the season in which the first spawning in the life

cycle of a given population of fishes take place is usually retained in their "memories" in the

following years of life, e.g. in Baltic herring for 3-4 years (Anokhina 1969). In herring from

northern seas, e.g. those from the White Sea, a loss of separateness of spawning seasons

often takes place (Cheprakova 1971).

According to some authors, the process of fish sexual maturation is connected with the

following:

• growth rate of fish length and weight, but not their age (Lapin and Jurovitskij 1959);

• minimum weight and age and geographical location of spawning grounds, e.g. in reference to

plaice from the North Sea - this process is susceptible to annual changes (Bromley 2000);

• age, rather than length, e.g. in reference to cod from the Irish Sea (Armstrong et al. 2001).

The simple relationship between fish maturity and age group is characteristic for a population

and not for specimens of a given species (Lapin and Jurovitskij 1959).

In publications from the past fifty years, prevailed the opinion that the numerical share of

males and females in samples of commercially exploited fish stocks, including Baltic herring,

were temporally and geographically differentiated (Woźniak 1956, StrzyŜewska 1969,

Parmanne 1990, Feldman et al. 2000, Kaljuste and Raid 2002). D’Angelo and Bowen (1985)

ICES WKMOG REPORT 2008 55

Page 60: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

2

expressed analogous conclusions in the case of lake herring (Coregonus artedii Le Sueur) from

the Lake Superior, and Lozys (1999) in the case of perch from the Curonian Lagoon and

Stankus (2002) for turbot from the Lithuanian coastal zone.

There are a few examples of publications from the last 25 years, which report results of

investigations on Baltic herring and sprat sexual maturation and sex ratio versus age and length

(Shirokov 1990, Wyszyński 1997, Feldman et al. 2000, Reglero and Mosegaard 2001, Grygiel

and Wyszyński 2002, 2003a, 2003b, Kaljuste and Raid 2002). Data on the sex ratio and sexual

maturity of the stock of a given species has a decided impact on establishing the optimum level

of the fishing mortality coefficient and the age at first capture and, when supplemented with data

on female fecundity, they become a measure of the potential reproductive capability of a given

fish stock (Berner and Vaske 1981).

In 1999, the ICES Study Group on Baltic Herring and Sprat Maturity (SGBHSM) and the

ICES Working Group on Baltic Fisheries Assessment (WGBFAS) initiated the international

investigations of maturity ogives as well as the sex ratio (separately by sex and the ICES Sub-

divisions) with regard to the age and length structure of the Baltic herring and sprat (Anon.

1998, 1999, 2001a, 2001b). In 2000-2001, the Sea Fisheries Institute (SFI) in Gdynia with close

cooperation of the aforementioned ICES WGs realised an own study project concerns the

sexual maturity and sex ratio of the Baltic clupeids, based on historical and contemporary

materials (Grygiel and Wyszyński 2002, 2003a, 2003b). Reason for the realisation of above-

mentioned international investigations was the fact that over the 1974-1999 period the ICES

working groups estimated e.g. the Baltic herring (with the exception of the ICES Sub-divisions

30 and 31) and sprat stocks size using constant, fixed and combined sex maturity data at age

groups and the ICES Sub-divisions. This parameter was not verified until 2000 (Anon. 2001a,

Grygiel and Wyszyński 2002, 2003a, 2003b, Grygiel et al. 2006).

Similar to clupeids, the international investigations of the Baltic cod were initiated on the

beginning of 1990s (Anon. 1994, 1999, Tomkiewicz et al. 1997) however, the SFI in Gdynia

jointed this work at the end of 1990s. On the beginning of 1990s the separate study of cod

maturation and sex ratio, based on the materials collected in the Gdansk Deep within the period

1965-1990 was also realised in Poland by Kosior and Skólski (1992), Kosior (1994) and Kosior

et al. (2001).

In the first half of 1990s the SFI in Gdynia carry out also investigations of the southern

Baltic flounder fecundity and gonads maturity changes (Kosior et al. 1996a, 1996b, Draganik

and Kuczyński 1997).

MATERIALS AND METHODS

Maturity ogives, that separates juvenile (immature) and adult (mature) specimens and

representing the proportion of mature fish in each age group (length class) are applied in

traditional assessments of the spawning (parents) stocks biomass (SSB), and to back-calculate

stock size from spawning stocks biomass estimates derived from eggs production studies

(Horwood 1993a, 1993b). Recently it is recommended by the ICES WGs (Anon. 2008) that the

‘spawning proportion’ replace the ‘maturity ogive’ in the assessment of the spawning stock size.

The spawning proportion is estimated as the proportion of fish sampled in stages 2-4/1-6 (acc.

to the new ICES 6-stages scale of fish gonads development; Anon. 2008).

ICES WKMOG REPORT 2008 56

Page 61: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

3

After a review of the relevant literature, and based on author (Grygiel 1987, Grygiel and

Wyszyński 2002, 2003a, 2003b) own investigations, the periods from January to April and from

February to May were designated as representative of the pre-spawning and spawning seasons

for herring and sprat in the southern Baltic, respectively. The Baltic clupeids, cod and flounder

with gonads in maturity stages III and IV on the Maier’s scale were classified as the sexually

mature fraction, which were potentially ready for spawning in a given season.

The southern Baltic herring and sprat sexual maturity and sex ratio investigations

conducted by the SFI in 1980-2001 were based on samples collected mostly during research

surveys type BITS (Baltic International Trawl Surveys) and, to a lesser degree, on materials

from the catches and landings of the commercial fishing fleet. Bromley (2000), Armstrong et al.

(2001), Kraus and Köster (2001), Reglero and Mosegaard (2001), Kaljuste and Raid (2002)

have applied the same system of fish sampling for investigations of the maturity ogives. It

should be added that for separate investigations of the Baltic sprat maturity, realised under the

UNCOVER study project, the Polish materials were collected in the period 2002-2004 and

elaborated with the same methods (Grygiel 2008a).

In the case of the southern Baltic cod, the materials collected by the SFI during the BITS

surveys in February/March 1990-2002, were the keystone of maturity ogives and the sex ratio

investigations (K. Radtke [2008] – the SFI in Gdynia, personal communication).

The Baltic flounder sampling by Kosior et al. (1996a, 1996b) and, Draganik and

Kuczyński (1997) took place within the Polish parts of the ICES Sub-divisions 25 and 26, in the

pre-spawning season of 1993 and 1995, i.e., January – February, when gonads of the majority

of the females reach maturity stage IV (acc. the 8-stages Maier’s scale). A totally of 339 pairs of

ovaries were collected and grouped by 1-cm length-classes, somatic weight and age groups

were also determined. Length of the examined flounder specimens ranged from 22 to 45 cm in

the ICES Sub-division 25, and from 20 to 45 cm in the ICES Sub-division 26. Somatic weight

ranged from 100 to 1300 g. The examined females belonged to age groups 3÷10.

The P20/25 herring bottom trawl with a 6-mm mesh bar length in the codend was

applied in the Polish research catches. A lack of data for clupeids from some years was

compensated with material from Polish commercial catches, which were not sorted according to

fish size groups. For example, most of the data from April and May originated from the Baltic

commercial small mesh size trawl catches. Treschov and Shevtsov (1978) and Shevtsov

(1982), who conducted investigations of the selectivity of commercial sprat trawls applied in the

Baltic fishery, concluded that trawls with the popular 20-mm mesh size in the codend are

characterized by relatively low selectivity (76.8% of young specimens were retained, on

average).

At least two random samples of herring and sprat per month in the pre-spawning and at

the beginning of spawning season and the ICES Sub-division, with no preference to fishing

location, were examined. The geographical distribution of herring and sprat sampling over the

1980-2001 periods is presented in Figure 1 (Grygiel and Wyszyński 2003a, 2003b). In some

years, the number of fish (especially sprat) collected for biological analysis was not numerous

and, equally importantly, the share of young specimens was low. Thus, for example, the sprat

data from the Bornholm Basin in 1994 are incomplete due to the lack of fish from age group 1,

samples from 1984-1985 are not numerous, and in 1987 and 1999 the fraction of young fish

(<9.5 cm length) was relatively small. The samples of herring from the Bornholm Basin collected

ICES WKMOG REPORT 2008 57

Page 62: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

4

between 1985-1989 originated mostly from commercial catches, which explains why the share

of young specimens (<16 cm length) was insignificant in comparison with the samples from the

Gdansk Basin.

Samples of clupeids were taken from separate geographical strata (the ICES Sub-

divisions) and were stratified by the length classes, i.e. of 0.5-cm in the case of clupeids and

1.0-cm in the case of cod and flounder. The analysed fish were weighed to within 0.1 gram

(clupeids) or 1.0 gram (cod and flounder), and their age was determined by examining the

otoliths morphological macrostructure. During the standard ichthyological analyses, fishes were

also sexed and the eight-degree Maier’s scale (Maier 1906) was used to describe the maturity

stages of the Baltic herring, sprat, cod and flounder specimens. The Baltic main commercial fish

gonads developmental stages were determined by visual, macroscopic identification without

histological validation.

In the final stages of constructing the southern Baltic clupeids and cod databases, the

Polish data on fish’s gonad maturity were converted to the five-degree ICES scale previously

recommended by ICES BIFSWG and SGBHSM (Anon. 1999, 2000). The scheme of this

transformation is given below:

ICES (BIFSWG) scale I II III IV V immature (I+V) mature (II+III+IV)

Maier’s scale I III-V VI-VII VIII II

In the framework of fish biological analyses, made by the SFI in the recent two years and

very occasionally also in the past, the morphological abnormally developed fish gonads (e.g.

due to disease – atresia or intersexes, resulted among others from the ecological stress or

pesticide) were also recorded (Photo 1-3; see also separate guidebooks). At present time

modified the 9-stages Maier’s scale is applied by the SFI in Gdynia for the Baltic fish biological

analyses, and abnormally developed gonads are recorded as the stage 9, which can be

converted to adequate stage 6 - according to the new ICES gonads development scale. During

the last working session of the ICES PGCCDBS in Nicosia (Anon. 2008) was underlined the

need of additional biological investigations of fish with ‘abnormal’ gonads. Stages 5 (resting/skip

of spawning) and 6 (abnormal) will be applicable as ecosystem state indicators. Stages 5 and 6

do not contribute to the spawning stock and viable egg production.

Length (longitudo totalis) measurements of 104,072 herring and 61,176 sprat and the

ichthyological analyses of 13,915 herring and 12,067 sprat specimens from the southern Baltic

and the period of 1980-2001, formed the Polish database (prepared in the Excel spreadsheet

format) for the calculations of the Baltic clupeids maturity ogives and sex ratio (Grygiel and

Wyszyński 2003a, 2003b). The range of recognized clupeids age groups was as follow:

• males of herring: 1–10 and of sprat: 1–9;

• females of herring: 1–12 and of sprat: 1–11.

In the next step of Baltic clupeids maturation study the length distribution and age

structure were determined separately for males and females of the southern coast spring

spawning herring population (usually dominated in the Polish commercial catches) and sprat,

caught in the pre-spawning and at the beginning of spawning seasons (1980-2001) within the

Polish EEZ. The age composition of clupeids was based on the “length-age keys", which were

prepared for particular years and each basin of the southern Baltic. It should be emphasized

that the “length-age keys" were used to split out herring and sprat length distributions by sex in

order to obtain sex specified maturity ogives. Moreover, the numerical share of sexually mature

ICES WKMOG REPORT 2008 58

Page 63: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

5

males and females at age groups resulted from raising procedure applied between the level of

fish biological analyses (number of fish at a given age and length classes) and length

measurements (frequency of given length classes).

The collection of herring and sprat materials designed to the further analyses was

grouped according to the geographical locations of two main the southern Baltic basins, i.e. the

Bornholm Basin (ICES Sub-divisions 24+25) and the Gdansk Basin (the ICES Sub-division 26;

Fig. 1). Moreover, materials were aggregated by years, according to the results of optical

analysis of the mean weight at age fluctuation, and herring and sprat stocks size (biomass and

abundance) changes. The long-term (1980-2001) changes in the proportion of mature clupeids

at age groups in the Bornholm Basin were also analysed (Grygiel and Wyszyński 2003a,

2003b).

The initial stage in the preparation of the Baltic clupeids maturity logistic curves was the

regression analysis (linear model) and analysis of variance of the logarithm of the percentage of

mature herring and sprat specimens versus length classes. Calculations were performed

separately according to sex, groups of years (1980-2000) and the southern Baltic basins. The

regression analysis parameters show statistically significant relationships between clupeids

length growth and the percentage of mature specimens. One of these parameters, the

correlation coefficient (r) ranged from 0.78 to 0.88 for herring and from 0.64 to 0.91 for sprat.

Moreover, the probability level (for constant coefficients a and b) was considerably below the

critical level p = 0.05.

A simple statistical model of herring and sprat maturity ogives versus length classes was

formulated during the final stage of the work (Grygiel and Wyszyński 2003a). A modified logistic

curve (non-linear regression; Rickey 1995) was applied for plotting the fish maturity ogive, well-

fitted according to the following formula:

100bX)(ae1

1Y ⋅

++= (1)

where: Y – percentage of the number of mature specimens, X – length class, e – base of the

natural logarithm, and a and b – constant coefficients of the equation initially calculated from

linear regression (y = a + bx). Two examples of logistic curves of clupeids sexual maturation in

the 1980-2000 period in relation to length classes are presented in Figures 2-3. For the Baltic

flounder, a similar maturity ogive example is presented in Figure 4.

In the regression analysis used, the value of the natural logarithm from the reverses of

the dependent variable was provided instead of variable Y according to the following formula:

−=

1Y

1lnY' (2)

The length at which 50% of the fish population achieved first sexual maturity was

calculated according to following formula (Seber 1982):

b

aL

−=0%5

(3)

where: L – length (cm), a and b – the coefficients of regression analysis cited above.

The indicatory mean length at first sexual maturity (L50%) is a component of the

protection length of a given species. These data refer to the critical level of a 50% numerical

ICES WKMOG REPORT 2008 59

Page 64: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

6

share of mature fish in samples, which accede to first spawning in a life cycle of the very same

length.

Linear regression analysis was also applied by Grygiel and Wyszyński (2003a) to the

variables - percentage of mature herring from age group 2 and sprat from age groups 1 and 2,

caught in the Bornholm Basin (1980-2001) versus their mean mass, length, body condition

coefficient (K), stock size (abundance) as well as mean air and seawater temperatures.

SOME RESULTS OF THE STUDY OF MATURITY AND SEX RATIO

The results presented in Grygiel and Wyszyński (2002, 2003a) papers indicate that there

is a greater proportion (numerical percentage) of sexually mature the southern Baltic herring

(excluding age group 1) and sprat in younger age groups than was assumed by the ICES

working groups up to 2000. For example, with herring from age groups 2 and 3 the differences

were 5-22% and 8-10%, respectively, and with sprat from age groups 1 and 2 the differences

were 15-38% and 21-30%, respectively (see table below).

Age groups > 1 2 3 4

the authors’ data

0 75-80, Bornholm Basin 82-92, Gdansk Basin

98-100 100 Herring

ICES data 0 70 90 100

the authors’ data

26-38, Bornholm Basin 15-18, Gdansk Basin

91-100 100 100 Sprat

ICES data 0 70 100 100

The investigations conducted by Grygiel and Wyszyński (2002, 2003a) indicate that in

comparison to the 1980s, the mean percentage of sprat males and females (combined) from

age group 1 acceding to the first spawning increased in the 1990s from 25.8 to 38.4 in the

Bornholm Basin, while a lower range (from 14.5 to 18.2%) was noted in the Gdansk Basin. As

the herring growth rate in weight decreased in 1980-1999, the mean percentage of mature

males and females (combined) from age group 2 acceding to first spawning decreased from

79.5 to 74.8 in the Bornholm Basin and from 91.8 to 82.2 in the Gdansk Basin. The mean value

of this variable decreased from 88.1 to 80.3% in all the investigated areas. The proportion of

mature males and females of herring from age group 2 was about 7-19% higher, on average, in

the Gdansk Basin (in the examined groups of years) in comparison to the Bornholm Basin.

These results differed from the data used by ICES working groups in 1974-2000.

The decline of the southern Baltic herring mean weight at age in the 1980-1999 periods

was accompanied by a decrease in the length of first sexual maturation in both males and

females. In comparison to the 1980-1984 period, the indicatory length (L50% - 50% of specimens

are mature) of herring decreased by an average of 2.55 cm from 1993-1999, i.e. from 19.7 to

16.7 cm in the Bornholm Basin and from 18.4 to 16.3 cm in the Gdansk Basin. In comparison to

the 1980s, the decline in sprat indicatory length in the 1990s was an average of 0.25 cm, i.e.

from 9.84 to 9.66 cm in the Bornholm Basin and from 9.74 to 9.45 cm in the Gdansk Basin.

More detailed analysis of the yearly data (1980-2001) for herring from age group 2 and

sprat from age group 1, caught in the Bornholm Basin, indicates that the change in the fraction

of mature fish was not linear, but was approximately sinusoidal in shape with a marked growth

tendency, e.g. in sprat from 1982-1984, 1991-1992 and especially after 1996. A considerable

ICES WKMOG REPORT 2008 60

Page 65: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

7

decline (below 5%, on average) of the fraction of young, mature sprat in the Bornholm Basin

was recorded in 1985-1988 and 1993-1995.

The percentage of mature southern Baltic herring and sprat specimens is length

dependent, and this percentage increases successively in length classes. The results obtained

by Grygiel and Wyszyński (2002, 2003a) indicate that there are statistically significant

relationships between these variables (best fitted according to the linear model in regression

analysis applied). Similar analyses of results for Baltic herring and sprat were not found in the

literature, although results obtained by Torstensen (1998) demonstrate that the maturation of

sprat from Norwegian fjords is also length dependent. The length at 50% maturity was 9.3 cm.

Sprat from this region normally mature as 1-year-olds at a minimum length of 8.0-9.0 cm. They

spawn during the same season as older fish, but a little later.

The results of Grygiel and Wyszyński (2003b) studies indicate that the sex ratio of

herring and sprat from the southern Baltic in the 1980-2000 period underwent short- and long-

term changes with regard to both the region of occurrence and the age and length of the fish.

The range of age groups and length classes of herring and sprat females in relation to those of

the males was higher in the 1980-2000 period. Females dominated numerically in the older age

groups and the largest length classes. Males of the species studied mature for spawning more

quickly than do the females in a given season, and their average length and age at fist sexual

maturity is lower than it is for females (Grygiel and Wyszyński 2003a). This is why in the

spawning grounds clupeids males are potentially available for fisheries exploitation earlier, and

their life cycle is shorter than that of females.

The mean numerical share of herring females during almost whole study period was

quite similar in the Bornholm and Gdansk basins at 52.7 and 50.7%, respectively, with 51.3%

noted for the entire study area of the southern Baltic (Grygiel and Wyszyński 2003b).

Differences in the sex ratio of sprat between the eastern and western regions of the Baltic and

the groups of years (1980-2000) were clearer than for herring. The highest percentage of sprat

females was noted in the Bornholm Basin in 1991-1992 at 62.2%, while the lowest percentage

of them was noted in the Gdansk Basin at 43.4%. The average percentages of sprat females

throughout the 21 years of the study in the two basins were nearly the same - 51.7 and 51.6%,

respectively. In turn, the average numerical share of females in samples from the Bornholm

Basin ranged from 28.4 to 68.4%.

It should be emphasized that the average share of sprat females somewhat increased in

the 1990s in comparison to the 1980s from 48.4 to 54.4% in the Bornholm Basin and from 50.3

to 52.6% in the Gdansk Basin. The biomass and abundance of the Baltic sprat spawning stock

was lower in the 1980s and higher in the 1990s than the long-term average. The comparison of

the data above indicates that in the 1980-2000 period the sex ratio of herring from the southern

Baltic was more stable than that of sprat (Grygiel and Wyszyński 2003b).

The results of the study of changes in the sex ratio of sprat, obtained by Grygiel and

Wyszyński (2003b), indicate that females had a numerical prevalence in practically all age

groups in both of the studied Baltic basins. The increase in the percentage of sprat females

from age 1 to 9 in the Bornholm Basin was much clearer than for herring. There was an

increase in the relative share of females in the larger length classes – in spring-spawning

herring above 21.5 cm, and in sprat above 12.0 cm, sampled in the period 1980-2000. All of the

females of both species from these length classes spawned. The numerical prevalence of

ICES WKMOG REPORT 2008 61

Page 66: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

8

males over females was noted primarily in the smallest length classes – 6.5-12.0 cm for herring

and 5.5-7.0 cm for sprat. Nearly 100% of the herring males larger than 19.0 cm and females

larger than 20.0 cm and sprat males ≥ 10.0 cm and females ≥ 11.0 cm were mature (Grygiel and

Wyszyński 2002, 2003a).

Polish investigations of the Gdansk Deep cod maturation and sex ratio in the period

1965-1990 conducted by Kosior and Skólski (1992), Kosior (1994) and Kosior et al. (2001)

pointed out that the proportion between the sexes at age groups and years studied was

diversified. Assuming an equal proportion of males and females in the stock, irrespective of its

age composition, has found no confirmation in practice. That is why, when estimating the

reproductive potential of the stock for a longer period, age and sex structures in each calendar

year studied as well as a fecundity corresponding for females of each age-group for a given

year have to be taken into account. Estimated by the above-mentioned author’s curves of cod

maturity versus length show that in the second half of 1980s in the comparison with year 1965

the length at which 50% of cod females attained sexual maturity increased from 36.1 to 41.0

cm.

Draganik and Kuczyński (1997) studied the influence of the southern Baltic flounder

gonad maturation in the pre-spawning season of 1993 and 1995 on the condition factor and

gonadostomic index. Kosior et al. (1996a, 1996b) investigated reproduction of the southern

Baltic flounder in relation to some somatic factors. The aims of research were analyses of the

maturation cycle of flounder and determination of the “first maturity” age. The smallest fish

found at maturity stage IV were:

• in 1993, in the ICES Sub-division 26: 19 cm female, 17 cm male;

• in 1995, in the ICES Sub-division 25: 23 cm female, 20 cm male;

• in 1995, in the ICES Sub-division 26: 20 cm female, 15 cm male.

According to Kosior et al. (1996a, 1996b), development of flounder gonads is like follows -

in January, most of fish were at maturity stage IV (Maier’s scale), in March, males and females

at the spawning stage VI were observed. From May to July occurred flounder with recovering

stage of gonads (Maier’s 8th stage). The next, new cycle of flounder reproduction began in

August (the Gulf of Gdansk) and September (the Bornholm Basin). The length at first maturity,

at which 50% of fish is being to spawn for the first time, was 22.5 cm for males and 18.5 cm for

females (Fig. 4).

REFERENCES

Anokhina, L. 1969. Regularities of fecundity in fishes after the example of Baltic herring from spring and autumn populations. Edited by "Nauka", Moscow, 291 pp., [in Russian].

Anon. 1994. Report of the Workshop on sampling strategies for age and maturity. ICES CM 1994/D:1. Anon. 1998. Report of the Baltic Fisheries Assessment Working Group. ICES CM 1998/ACFM:16. Anon. 1999. Report of the Baltic International Fish Survey Working Group. ICES CM 1999/H:1. Anon. 2000. Report of the Baltic International Fish Survey Working Group. ICES CM 2000/H:2. Anon. 2001a. Report of the Baltic Fisheries Assessment Working Group. ICES CM 2001/ACFM:18. Anon. 2001b. Report of the Study Group on Baltic Herring and Sprat Maturity. ICES CM 2001/ACFM: 24. Anon. 2008. Report of the Planning Group on Commercial Catch, Discards and Biological Sampling

(PGCCDBS); 3–7 March 2008 Nicosia, Cyprus. ICES CM 2008/ACOM:29; 91 pp. Armstrong, M.J., H.D. Gerritsen, W. McCurdy and J.A.D. Peel 2001. Variability of maturity and growth of

cod (Gadus morhua L.) in trawl surveys of the Irish Sea. ICES CM 2001/J:46. Berner, M. and B. Vaske 1981. Sex ratio and sexual maturity of cod in the Baltic (Sub-divisions 22-25).

ICES C.M. 1981/J:16. Bromley, P. 2000. Growth, sexual maturation and spawning in central North Sea plaice (Pleuronectes platessa

L.), and the generation of maturity ogives from commercial catch data. Journal of Sea Research, 44 (2000); 27-43.

ICES WKMOG REPORT 2008 62

Page 67: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

9

Cheprakova, J. 1971. Aggregation of spawning stocks of the few vertebrae herring from the White Sea in the Kandalash Lagoon. [in:] The properties of fish growth and maturation. Edited by "Nauka", Moscow: 32-49, [in Russian].

D'Angelo, D. J. and S. H. Bowen 1985. Density dependent maturation rates of lake herring (Coregonus artedii LeSueur) in Lake Superior. Programs and Abstracts of the 28th Conference on Great Lakes Research. Univ. Wisconsin-Milwaukee, June 3-5, 1985.

Draganik, B. and J. Kuczyński 1997. The influence of gonad maturation on the condition factor and gonadosomatic index of flounder. Reports of the Sea Fish. Inst. 1996, Gdynia; 112-124.

Feldman, V., T. Vasilieva and E. Alekseeva 2000. Maturity ogives, sex ratios and histological validation of ovaries maturation of Baltic sprat in SD 26 in 1996-1999. ICES WGBFAS meeting 2000 - STORE - Project, working paper.

Grygiel, W. 1987. Some remarks on biological data of sprat caught in the southern Baltic. ICES C.M. 1987/J:2, B.F.C.

Grygiel, W. and M. Wyszyński 2002. Sexual maturation of the southern Baltic herring and sprat (1980-2001). ICES CM 2002/O:21.

Grygiel, W., M. Wyszyński 2003a. Temporal (1980-2001) and geographic variation in the sexual maturity at age and length of herring and sprat inhabiting the southern Baltic. Bulletin of the Sea Fisheries Institute, Gdynia, No. 2 (159); 3-33.

Grygiel, W., M. Wyszyński 2003b. Sex ratio of herring and sprat from the southern Baltic basins in 1980-2000. Bulletin of the Sea Fisheries Institute, Gdynia, 3 (160); 17-31.

Grygiel, W., K. Radtke and T. Nermer 2006. The southern Baltic cod, clupeids and flounder sexual maturation; the status of BITS/DATRAS database in Poland. Working paper on the ICES Workshop on an evaluation and improvement of the BITS/DATRAS data quality. Gdynia, 31.01 - 03.02.2006; 4 pp., mimeo.

Grygiel, W. 2008a. Interim (01.03.2006 – 29.02.2008) the UNCOVER project progress report of the Sea Fisheries Institute in Gdynia – POLAND, Participant No. 12. Planned activities and realisation within the UNCOVER project, in the CASE STUDY 3 – cod and sprat in the Baltic Sea; (mimeo), 3 pp.

Grygiel, W. 2008b. Guidebook for the Baltic sprat (Sprattus sprattus balticus Schneider, 1904) gonad’s maturity determination according to modified Maier’s 8-stages scale. Working paper on the ICES Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock Assessment [WKMOG] in Lisbon, Portugal, 3–6 June 2008; 16 pp.

Horwood, J. W. 1993a. The Bristol Channel sole (Solea solea L.): a fisheries case study. Adv. Marine Biology 29; 215-367.

Horwood, J. W. 1993b. Fecundity and biomass of plaice (Pleuronectes platessa L.) in the northern Celtic Sea. ICES J. Marine Science 50; 315 – 323.

Kaljuste, O. and T. Raid 2002. Recent observations of the sex ratio and maturity ogive of Baltic sprat in the north-eastern Baltic Sea. Bull. Sea Fish. Inst., Gdynia, 3 (157); 47-54.

Koshelev, B. 1971. Some growth characteristics and the time of fish first spawning. [in:] Growth characteristics and fish maturation. Edited by "Nauka", Moscow: 186-218 [in Russian].

Kosior, M. and J. Skólski 1992. Effect of variability in the sex ratio of cod on the population reproductive potential estimates. ICES C.M. 1992/J:18.

Kosior, M. 1994. Estimation of the reproductive potential of the Baltic cod in view of the success of recruitment to the exploited stock. Bull. Sea Fish. Inst., Gdynia 1(131); 21-30.

Kosior, M., W. Grygiel and J. Kuczyński 1996a. Changes in the absolute fecundity of the southern Baltic flounder, Platichthys flesus (L.). Bull. Sea Fish. Inst., Gdynia 2; 15-27.

Kosior, M., W. Grygiel and J. Kuczyński 1996b. Reproduction of Baltic flounder (Platichthys flesus L.) in relation to some somatic factors. ICES Reports 1996/J:29.

Kosior, M., K. Trella and A. Jaworski 2001. Fecundity of cod (Gadus morhua callarias L.) in the southern Baltic in the late 1990s. Acta Ichthyol. Piscat., Szczecin, 31 (2); 55-75.

Kraus, G. and F. Köster 2001. Duration, frequency and timing of sprat spawning in the Central Baltic: An analysis based on gonad maturity. ICES CM 2001/J:25.

Lapin, J. and J. Jurovitskij 1959. Innerspecies conditions of fish maturation and fecundity dynamics. Zhyrn. Obshchej Biol., vol. 20, No 6 [in Russian].

Lozys, L. 1999. Growth of the perch (Perca fluviatilis L.) in the Curonian Lagoon (Lithuania). Proceedings of Symposium on Freshwater Fish and the Herring (Clupea harengus) Populations in the Coastal Lagoons – Environment and Fisheries. April 1999; 148-152.

Maier, H. 1906. Beiträge zur Alterbestimmung der Fische. Wissenschaftliche Meeresuntersuchungen. Neue Folge. Bd. 8, Abt. Helgoland.

Parmanne, R. 1990. Growth, morphological variation and migrations of herring (Clupea harengus L.) in the northern Baltic Sea. Finn. Fish. Res., 10.

Polivajko, A.G. 1982. Maturation and spawning of Baltic sprat. [in:] Fishery investigations in the Baltic Sea, BaltNIIRH Riga, Edition 17: 29-45 [in Russian].

Radtke, K. 2008. Guidebook (draft version) for the Baltic cod (Gadus morhua callarias Linnaeus, 1758) gonad’s maturity determination according to modified Maier’s 8-stages scale. Working paper on the

ICES WKMOG REPORT 2008 63

Page 68: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

10

ICES Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock Assessment [WKMOG] in Lisbon, Portugal, 3–6 June 2008; 6 pp.

Rajasilta, M., J. Kääriä, P. Laine, I. Pajunen and M. Soikkeli 1996. Is the spawning of the herring in the northern Baltic influenced by mild winters? Proceedings of the 13th Symposium of the Baltic Marine Biologists: 185-191.

Reglero, P. and H. Mosegaard 2001. Differences in spawning behaviour of sprat born during the same spawning season: considerations for modelling the life cycle of sprat. Working paper on the ICES BFASWG meeting.

Rickey, M.H. 1995. Maturity, spawning, and seasonal movement of arrowtooth flounder, Atheresthes stomias, off Washington. Fish. Bull. 93(1); 127-138.

Seber, G.A. 1982. The estimation of animal abundance and related parameters. 2nd ed. Macmillan Publ. Co., Inc., New York; 654 pp.

Shevtsov, S. 1982. Selectivity properties of the trawl cod-ends in Baltic sprat commercial catches. Edited by Riga "Avots" 17: 132-142 [in Russian].

Shirokov, S.V. 1990. Maturation dynamics of Baltic sprat. ICES CM 1990/J:6, BFC. Stankus, S. 2002. Growth, sex structure and commercial significance of turbot (Scophthalmus maximus

L.) in the Lithuanian EEZ. Bull. Sea Fish. Inst., Gdynia, 1 (155); 53-60. StrzyŜewska, K. 1969. Studium porównawcze populacji śledzi trących się u polskich wybrzeŜy Bałtyku [A

comparative study on herring populations spawning off the Polish Baltic coasts]. Rep. Sea Fish. Inst., Gdynia, 15/A: 211-277.

Szypuła, J. 1992. Seasonal changes of feeding, condition and gonad maturity of herring in Dziwnow Region. Scientific scripts of Agriculture Academy in Szczecin, Sea Fisheries and Fish Food Technology XIX, No. 150: 45-57 [in Polish].

Tomkiewicz, J., M. Eriksson, T. Baranova, V. Feldman and H. Müller 1997. Maturity ogives and sex ratios for Baltic cod: establishment of a database and time series. ICES CM 1997/CC:20.

Torstensen, E. 1998. Growth and maturity of sprat in Norwegian coastal waters. ICES CM 1998/CC:19. Treschov, A. and S. Shevtsov 1978. Selectiveness of trawls' cod-ends for Baltic sprat harvesting. ICES

CM 1978/B:10. Woźniak, S. P. 1956. Southern Baltic sprat. Ph.D. dissertation, A.I. Mikojan Technical Institute of Industry

and Management of Fisheries, Moscow [in Russian]. Wyszyński, M. 1997. The biotechnological characteristics of the southern Baltic herring. [in:] The possibility of

intensifying Polish herring and sprat catches and their utilization in light of Polish and international regulations. Stud. Mater. Mor. Inst. Ryb., Gdynia, ser. B/69: 94-123, [in Polish].

Wyszyński, M. 2008. Guidebook for the Baltic herring (Clupea harengus membras (L., 1761)) gonad’s maturity determination according to modified Maier’s 8-stages scale. Working paper on the ICES Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock Assessment [WKMOG] in Lisbon, Portugal, 3–6 June 2008; 14 pp.

Figure 1. Location of herring and sprat sampling as well as the hydrological and meteorological stations in the southern Baltic (within the Polish EEZ) in 1980-2001.

ICES WKMOG REPORT 2008 64

Page 69: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

11

A) the 1980s

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Length classes [cm]

Per

cent

age

of m

atur

eA) the 1990s

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Length classes [cm]

Per

cent

age

of m

atur

e

females

combined

50% share (of numbers) of mature specimens withtotal length, acc. to sex:males = 9.33 cm,females = 10.29 cm,combined = 9.66 cm.

B) the 1980s

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Length classes [cm]

Per

cent

age

of m

atur

e

50% share (of numbers) of mature specimens withtotal length, acc. to sex:males = 9.57 cm,females = 10.09 cm,combined = 9.74 cm.

B) the 1990s

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Length classes [cm]

Per

cent

age

of m

atur

e

50% share (of numbers) of mature specimens withtotal length, acc. to sex:males = 9.11 cm,females = 9.78 cm,combined = 9.45 cm.

males

50% share (of numbers) of mature specimens withtotal length, acc. to sex:males = 9.73 cm,females = 9.98 cm,combined = 9.84 cm.

Figure 2. Maturity ogives of the sprat males and females caught in the Bornholm Basin (A) and the Gdansk Basin (B) in the 1980s and 1990s vs. length classes (Grygiel and Wyszyński 2003a).

ICES WKMOG REPORT 2008 65

Page 70: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

12

THE GDANSK BASIN

THE BORNHOLM BASIN

females

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32Length classes [cm]

Per

cent

age

of m

atur

e

50% share (of numbers) of mature specimens withtotal length, acc. to sex:1980-84= 19.9 cm,1985-89 = 18.0 cm,1993-99 = 16.5 cm.

combined

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32Length classes [cm]

Per

cent

age

of m

atur

e

50% share (of numbers) of mature specimens withtotal length, acc. to sex:1980-84= 19.7 cm,1985-89 = 18.4 cm,1993-99 = 16.7 cm.

males

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32Length classes [cm]

Per

cent

age

of m

atur

e

1980-841985-891993-99

50% share (of numbers) of mature specimens withtotal length, acc. to sex:1980-84= 18.2 cm,1985-89 = 17.0 cm,1993-99 = 16.1 cm.

females

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32Length classes [cm]

Per

cent

age

of m

atur

e

50% share (of numbers) of mature specimens withtotal length, acc. to sex:1980-84= 18.5 cm,1985-89 = 17.0 cm,1993-99 = 16.4 cm.

combined

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32Length classes [cm]

Per

cent

age

of m

atur

e

50% share (of numbers) of mature specimens withtotal length, acc. to sex:1980-84= 18.4 cm,1985-89 = 17.0 cm,1993-99 = 16.3 cm.

males

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32Length classes [cm]

Per

cent

age

of m

atur

e

1980-841985-891993-99

50% share (of numbers) of mature specimens withtotal length, acc. to sex:1980-84= 19.0 cm,1985-89 = 18.6 cm,1993-99 = 16.8 cm.

Figure 3. Maturity ogives of herring, caught in the Bornholm Basin and the Gdansk Basin in selected groups of years vs. length classes of males and females (Grygiel and Wyszyński 2003a).

ICES WKMOG REPORT 2008 66

Page 71: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

13

Figure 4. Maturity ogive of the southern Baltic flounder (Kosior at al. 1996).

Photo 1. The Baltic sprat abnormal development of gonads – an example of maturity stage 9. Male with length 12.0 cm, catch date: 15.05.2008, the r.v. “Baltica”, the ICES rectangle 41G8. Coexistence of gonads in stage V with a fully standard size (A) and stunted gonad in stage III-IV (B; Grygiel 2008b).

A

B

ICES WKMOG REPORT 2008 67

Page 72: Report of the Workshop on Maturity Ogive Estimation for Stock

14

Photo 2. The Baltic herring abnormal development of gonads – an example of maturity stage 9. Female – fish with length 25 cm and weight 110 g; gonads: weight 18 g (Wyszyński 2008). Coexistence of gonads in stage VII (A) and fully developed, however lumpy (clotty; B) and not attended the spawning in given season or even at all (Wyszyński 2008).

B

A

B

Photo 3. The Baltic cod abnormal development of gonads – an example of maturity stage 9. Female – fish with length 58 cm, catch date: May 2008; commercial vessel; ICES rectangle 38G9. Coexistence of gonads in stage III (A) and under resorption (B; Radtke 2008).

A

B

ICES WKMOG REPORT 2008 68