Restoration of Chinook Salmon in the San Joaquin River: Challenges in Times of Drought

Steve BlumenshineProf. of BiologyCSU‐Fresno

Funding:  US Bureau of Reclamation, US Fish & Wildlife Service, Fresno Regional Foundation,      CSU‐Fresno rGrants, CSU‐WRPI/USDA

usatoday.com nytimes.com

• San Joaquin River Restoration Program

• Is it worth it?

• How can it work?  (what do salmon need?)

• Early life history stagesoFloodplains: Eat & growoAvoid being eatenoAnalytical approachesBioenergeticsStable isotope ratios (C,N,O)

Seminar Outline

The San Joaquin River Restoration Program (SJRRP) is a comprehensive long‐term effort to restore flows to the San Joaquin River from Friant Dam to the confluence of Merced River and restore a self‐sustaining Chinook salmon fishery in the river while reducing or avoiding adverse water supply impacts from restoration flows.

restoresjr.net

friendsoftheriver.net

switchboard.nrdc.org

The San Joaquin River Restoration Program (SJRRP) is a comprehensive long‐term effort to restore flows to the San Joaquin River from Friant Dam to the confluence of Merced River and restore a self‐sustaining Chinook salmon fishery in the river while reducing or avoiding adverse water supply impacts from restoration flows.

fishbio.org

news.ucsc.edu

• San Joaquin River Restoration Program

• Is it worth it?   (news coverage)

• How can it work?  (what do salmon need?)

• Early life history stagesoFloodplains: Eat & growoAvoid being eatenoAnalytical approachesBioenergeticsStable isotope ratios (C,N,O)

Seminar Outline

A prominent article published in the journal Nature in 1997: "The value of the World's ecosystem services and natural capital"

"Biosphere I (the Earth) is a very efficient, least‐cost provider of human life‐support systems“   (Costanza et al. 1997). 

Estimated the annual value of nature at $33 trillion

Comparatively, the global gross national product (human‐created value) was only around $18 trillion annually. 

A recent update to the article takes into account the multitude of studies on the function of ecosystems that have taken place since 1997, as well as the loss and destruction of ecosystems that has occurred, and estimates the value of nature is actually closer to $143 trillion in today's dollars vs $75 trillion in GDP. (Costanza et al. 2014).

www.nhstateparks.org

helplerphoto.com

The Value of Nature & Ecosystem Services?

http://fishbio.com/field‐notes/the‐fish‐report/whats‐salmon‐worth

Data sources:  Pacific Fishery Management Council (PFMC), the National Marine Fisheries Service (NMFS),California Department of Fish and Wildlife (CDFW);   metrics provided by a state economist with the U.S. Department of Agriculture’s Natural Resource Conservation Service. 

Jobs, sales, gross regional product, fees/licenses, boat maintenance, fuel, bait/tackle, food/beverage, travel costs, lodging, and any other associated goods and services used by recreational anglers.

A new set of satellite images released by NASA shows the dramatic loss of water storage in the Central Valley due to California's long term drought. According to research by NASA's Gravity Recovery and Climate Experiment Team, the Sacramento and San Joaquin River basins together lost 12 million acre feet a year between 2011 and 2014, largely due to agricultural groundwater pumping. The findings were published in a recent edition of Science

Credit NASA GRACE

www.seymoursalmon.com

Chinook Salmon Restoration:San Joaquin River, CA

• San Joaquin River Restoration Program

• Is it worth it?

• How can it work?  (what do salmon need?)

• Early life history stagesoEat & growoAvoid being eatenoAnalytical approachesBioenergeticsStable isotope ratios (C,N,O)

Seminar Outline

galleryhip.com

What do salmon need?

Juvenile Salmonids:What are the problems?

• Hatchery Raised Fish:  Not sustainable

• Predation:  It’s dangerous out there…

• Floodplain use:  Need somewhere safe to grow quickly…

• San Joaquin River Restoration Program

• Is it worth it?

• How can it work?  (what do salmon need?)

• Early life history stagesoFloodplains:  Eat & growoAvoid being eatenoAnalytical approachesBioenergeticsStable isotope ratios (C,N,O)

Seminar Outline

Scout Island , May 2014

River Floodplain Habitats:  A little goes a long way….

Juvenile salmon using restored habitat at the Lower Tolt Floodplain Reconnection Project (King Co. WA; Apr 30 2014)  (Vimeo)

Floodplain Benefits:• ↓ Preda on Risk(?)• Hiding places• Too shallow for preds• ↓ Mortality

watershedco.com

thesalmonguy.com

Still shot of high‐definition video taken behind a high‐density structure treatment. Circles demonstrate three juveniles using the structure as a velocity break

Floodplain Benefits:• ↓ Velocity

• Shallow water• Vertical structure• ↓ Energy demand 

J. Merz – Cramer Fish Sciences & UC‐Santa Cruz

Jeffres et al. 2008

Floodplain Benefits:• ↑ Water temperature

• Slower moving• ↑ Light penetration• ↑Metabolic efficiency

Floodplain

River 

Bellmore et al. 2013

Flooplain Benefits:• ↑ Prey produc on

• Import from terrestrial• ↑ Primary production• ↑ Energy resources

Ricefield Floodplain

RiverMainstem

Rice Fields as Surrogates to Natural Floodplain Habitat for Juvenile Salmon: Preliminary Results from the Yolo Bypass 2013 

LiDAR ImagingExample SJR Floodplain Habitat

2012

2013

2014

Dec 30 Apr 14

Mar 16Water Release from

 Fria

nt Dam

 (CFS)

Critical Low Flow Conditions:  April 5, 2014Friant Dam: 140 CFS    This location:  4 CFS

Google Earth

SJRRP Projects:  “Justify your existence…”Existing paradigm:  Juvenile Chinook require 

floodplain habitat  Alternative Hypothesis:  How would JCS do in the absence of floodplain habitat?

Bioenergetics of feeding 

strategies of juvenile Chinook 

salmon in a drought

Do juvenile Chinook salmon use compensatory feeding strategies to grow more efficiently during drought conditions?

Question

www.latimes.com

2014 Drought Implications:  How to adult fish spawn in the restoration area?

San Joaquin River Restoration Program Release of Fall Run Chinook Salmon

‘Trap’

‘Haul’

Release

367 Adults(DNA sequenced& radio tagged)

73 ‘redds’

Redd Distribution – Nov 12, 2013‐Jan 3, 2014

Redd Site Selection by Female ChinookSelected vs. Non‐Selected

Variables:‐Depth of Redd‐Depth of Nearest Pool‐Distance to Undercut bank‐Distance to Overhanging Vegetation‐Distance from Redd to Pool‐Riffle Crest

Why do female Chinook salmon choose to spawn in specific locations?

Redd Distribution – Nov 12, 2013‐Jan 3, 2014

=Juvenile Collection Sites

Don Portz, U.S. Bureau of Reclamation fish biologist, checks on a fish containment box set up at the end of a weir to capture young chinook salmon, in the San Joaquin River, at Scout Island in Fresno, April 2, 2014. JOHN WALKER —Fresno Bee Staff Photo |

2393 juveniles captured

Juvenile Capture & Transport Traps checked daily

Growth Rate?‐Mass,Length,….Age?

We obtained 273 for analysis

Titus et al 2004

Otolith:  Fish ear bone

Age (d)

SCOUT_IS

LEDGER_IS

50 60 70 80 90 100 110Day of Year (2014)

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Mea

n Le

ngthWarmer & Slower

Colder & Faster

San Joaquin River:  2014 Mainstem Juveniles

Don Portz, U.S. Bureau of Reclamation fish biologist, checks on a fish containment box set up at the end of a weir to capture young chinook salmon, in the San Joaquin River, at Scout Island in Fresno, April 2, 2014. JOHN WALKER —Fresno Bee Staff Photo |

2393 juveniles captured

Juvenile Capture & Transport Traps checked daily

Growth Rate?‐Mass,Length,….Age?

We obtained 273 for analysis

Food Sources?‐Diet samples; 13C:12C, 15N:14N‐Muscle vs. Liver tissue

Parentage & Birth Site?  (Sequencing by C. Garza, NMFS)‐Were some females more ‘fit’ than others?‐Did fitness vary among redd sites?  (redd ‘clumps’)

What about the predators?

Experimental Release of Radio‐Tagged Juvenile Chinook Salmon(USFWS)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100Co

unt o

f Prey Type

s in Diets

2014 Diets:  (F,M,A) All Spp

2

Crayfish + Juvenile Chinook Salmon in Diet Sample

Largemouth Bass320mm/510g

Undergraduate rGrant Awardees:

Is the production of invertebrate prey limited by riverbed substrate?

Karen Boortz

Julio Perez

0 100 200 3000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Cou

nt

River Bed Particle Size (mm)

UPRIVER ‐ Lost Lake ParkDOWNRIVER ‐ Skaggs Bridge

Undergraduate rGrant Awardees:

Is the production of invertebrate prey limited by riverbed substrate?

Karen Boortz

Julio Perez

Cheyenne Hefley

Jensen Verhalen

Spatial & temporal variation in SJR water δ18O and fish movement

Kendall, C., and T. Coplen.  2001

SJR Water Release

SJR Water Temperature

Soto, D. X., L. I. Wassenaar, and K. A. Hobson. 2013. Stable hydrogen and oxygen isotopes in aquatic food webs are tracers of diet and provenance. Functional Ecology 27: 535‐543

Can δ18O be used as a tracer in this system?

Acknowledgements:

U.S. Fish & Wildlife ServiceMichelle Workman, Jerrad Goodell, Zachary Jackson

CSU‐Fresno Aquatic Ecology Lab MembersKyle Griffiths, James Pearson, Taylor Spaulding, Amina LodhiTravis Bybee, Julio Perez, Carl Temple, Steven Jones,Karen Boortz, Cheyenne Hefley, Jensen Verhalen, Matthew CavalettoHS Students: Vinisha Prajapati, Jessica Cha

Don PortzUSBoR

Matt BigelowCA F&W

Rene HeneryTrout Unlim/Univ. Nevada

Joe MerzCramer Fish Sci/UC‐Santa Cruz

U.S. Bureau of ReclamationErin Rice, Magaret Giddings

Questions?

Field & Lab Images:  Taylor Spaulding