Is the introduction of benthic species necessary for open-water chemical reconstruction in diatom-based transfer functions?

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Abstract:

Despite the overwhelming tendency in paleolimnology to use both planktonic and benthic diatoms when inferring open-water chemical conditions, it remains questionable whether all taxa are appropriate and necessary to construct useful inference models. We examined this question using a 75-lake training set from Quebec (Canada) to assess whether model performance is affected by the deletion of benthic species. Because benthic species are known to experience very different chemical conditions than their planktonic counterparts, we hypothesized that they would introduce undesirable noise in the calibration. Surprisingly, such important variables as pH, total phosphorus (TP), total nitrogen (TN), and dissolved organic carbon (DOC) were well predicted from weighted-averaging partial least square (WA-PLS) models based solely on benthic species. Similar results were obtained regardless of the depth of the lakes. Although the effective number of occurrence (N2) and the tolerance of species influenced the stability of the model residual error (jackknife), the number of species was the major factor responsible for the weaker inference models when based on planktonic diatoms alone. Indeed, when controlled for the number of species in WA-PLS models, individual planktonic diatom species showed superior predictive power over individual benthic species in inferring open-water chemical conditions.

Même si la quasi-totalité des modèles en paléolimnologie utilise à la fois les espèces planctoniques et benthiques pour prédire les conditions physico-chimiques en eaux libres, on pourrait se demander si en effet toutes les espèces sont bien utiles. Afin de pousser d'avantage cette réflexion, nous avons travaillé sur un ensemble de calibration constitué de 75 lacs au Québec (Canada). Tout d'abord nous avons évalué si lors de l'omission des taxons benthiques la performance des modèles était affectée. Comme les taxons benthiques sont connus pour nicher sous des conditions chimiques différentes de celles de leur analogues planctoniques, nous avions la présomption que les taxons benthiques pourraient introduire du bruit de fond dans les modèles. A notre grande surprise, les meilleures prédictions pour le pH, le phosphore total (PT), l'azote total (NT) ou encore le carbone organiques dissous ont été obtenues sur des modèles basés uniquement des espèces benthiques. Même en faisant varier la profondeur des lacs nous avons obtenus les mêmes résultats. Si le nombre d'occurrence effective (N2) ou encore la tolérance des espèces influençaient la stabilité de la racine de l'erreur quadratique (en <>), le nombre d'espèces inclues dans le modèle était indéniablement le facteur clé qui était responsable quant à la faiblesse des modèles basés uniquement sur les taxons planctoniques. En effet, pour le même nombre d'espèces inclus dans nos modèles, les espèces planctoniques offrent un potentiel de prédiction supérieur à celui des espèces benthiques.

Document Type: Research Article

Publication date: June 1, 2002

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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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