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Changes in polyphosphate sedimentation: a response to excessive phosphorus enrichment in a hypereutrophic lake

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Abstract:

Historic changes in lake phosphorus (P) loading are often determined in paleolimnological investigations by assessing stratigraphic changes in sediment total P. Polyphosphate (poly-P) in sediments may provide additional information on historic lake trophic status, because phytoplankton store surplus P intracellularly as poly-P when supplies exceed growth requirements. We hypothesize that phytoplankton (i.e., cyanobacteria and diatoms) with stored poly-P can remain intact and viable for many decades after sedimentation and that sedimented poly-P is not geochemically reactive. We tested our hypotheses with sediment cores from Lake Apopka, Fla., U.S.A., where P loading has increased ~7-fold since the 1920s and phytoplankton biomass is nitrogen limited owing to excessive P enrichment. We show that sedimented poly-P is mobilized by sample drying (i.e., becomes water soluble, geochemically reactive, and bioavailable); that anthropogenic P enrichment is expressed in the sediment record as increasing concentrations of poly-P; and that, consequently, sedimentary poly-P is a sensitive indicator of historic excessive P enrichment. Sedimentary poly-P is not geochemically reactive; thus, it represents biological attenuation that may partially ameliorate the effects of excessive P loading.

Les changements stratigraphiques de la quantité totale de phosphore (P) dans les sédiments sert souvent à déterminer les changements historiques de la charge de P dans les lacs lors d'études paléolimnologiques. Les concentrations de polyphosphates (poly-P) dans les sédiments apportent des informations supplémentaires sur le statut trophique du lac au cours des années parce que le phytoplancton accumule dans son milieu intracellulaire l'excédent de P sous forme de poly-P lorsque les quantités disponibles dépassent les besoins requis pour la croissance. Nous posons en hypothèse que le phytoplancton (i.e., les cyanobactéries et les diatomées) contenant des réserves de poly-P peuvent rester intactes et viables pendant plusieurs dizaines d'années après leur sédimentation et que le poly-P sédimenté n'est pas impliqué dans les réactions géochimiques. Nous avons testé notre hypothèse à l'aide de carottes de sédiments provenant du lac Apopka, Fla., U.S.A., où la charge de P a augmenté d'environ 7 fois depuis les années 1920 et où la biomasse du phytoplancton est limitée par pénurie d'azote en présence d'un enrichissement excessif en P. La mobilisation du poly-P sédimentée se fait lors du séchage des échantillons (i.e., il devient hydrosoluble, il réagit aux facteurs géochimiques et il est biodisponible); l'enrichissement en P d'origine humaine se traduit dans les sédiments par des augmentations de poly-P; en conséquence, les concentrations de poly-P dans les sédiments sont un indicateur sensible de l'enrichissement historique excessif en P. Puisque le poly-P des sédiments n'est pas impliqué dans les réactions géochimiques, il s'agit là d'une atténuation biologique qui peut compenser en partie les effets d'une charge excessive de P.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2001-05-01

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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