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Herbivory in variable environments: an experimental test of the effects of vertical mixing and Daphnia on phytoplankton community structure

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Abstract:

Phytoplankton communities in lakes are exposed to different within-season frequencies of heterogeneity in resource supply because of wind-induced vertical mixing. Effects of such heterogeneity, in conjunction with herbivory, on phytoplankton community structure have rarely been simultaneously examined, despite the fact that each factor can have large effects on phytoplankton composition and diversity. This study uses replicated oligotrophic mesocosms to examine the effects of herbivory and different scales of temporal heterogeneity in deepwater mixing. The pattern of vertical mixing alone had minor effects on phytoplankton community diversity and composition. The herbivore Daphnia caused a shift in phytoplankton composition to less edible types, based mainly on morphological features (spiny shapes and trichomes on cell walls) rather than size structure alone. Phytoplankton richness depended jointly on mixing frequency and large Daphnia biomasses. When systems were well mixed, with high encounter rates between predator and prey populations, phytoplankton community richness was lowest. By contrast, the systems that were least often mixed had highest richness. These results are related to limited encounter rates with infrequent mixing and to the availability of refuges from predation. Responses to different scales of temporal heterogeneity in these oligotrophic phytoplankton communities depend more on Daphnia feeding than on resource pulsing.

Au cours de la saison, le brassage vertical causé par le vent expose les communautés phytoplanctoniques des lacs à des fréquences variables d'hétérogénéité dans l'apport des ressources. Les effets de cette hétérogénéité sur les communautés phytoplanctoniques ont rarement été étudiés en conjonction avec ceux de l'herbivorie, bien que chacun de ces facteurs puisse avoir des effets considérables sur la composition et la diversité du phytoplancton. Nous utilisons dans cette étude des séries appariées de mésocosmes oligotrophes pour examiner les effets de l'herbivorie et de différentes échelles d'hétérogénéité temporelle dans le brassage des eaux profondes. Le régime de brassage vertical seul n'a que peu d'effets sur la diversité et la composition de la communauté phytoplanctonique. L'herbivore Daphnia entraîne une prédominance dans la composition du phytoplancton de formes moins facilement comestibles, à cause surtout des caractéristiques morphologiques des cellules (formes épineuses et parois cellulaires ornées de trichomes) plutôt que de leur seule taille. La richesse du phytoplancton varie à la fois avec la fréquence des brassages et la présence de fortes biomasses de Daphnia. Lorsque le système est bien brassé et que les taux de rencontre entre les populations de prédateurs et de proies sont élevés, la richesse de la communauté de phytoplancton est à son plus bas. En revanche, les systèmes soumis à un minimum de brassages ont une richesse maximale; cela est dû à un taux de rencontre limité et à l'existence de refuges contre la prédation lorsque les brassages sont rares. Les réactions de ces communautés oligotrophes de phytoplancton à différentes échelles d'hétérogénéité temporelle sont reliées plus à l'alimentation des Daphnia qu'à la variation des ressources.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2001

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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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