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Influence of the vertical structure of macrophyte stands on epiphyte community metabolism

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Abstract:

The physical structure of submerged aquatic plant communities differentially influences the availability of light and substratum in the water column and, thus, the functional role of epiphytes growing on macrophytes. We examined the depth distribution of photosynthesis and respiration of epiphyte communities within macrophyte stands of contrasting growth forms over a 2-year period in Lake Saint-Pierre (St. Lawrence River). To do so, we used a modelling approach, combining laboratory measurements of photosynthesis and respiration with field data of macrophyte and epiphyte biomass and vertical light attenuation. In stands dominated by canopy-forming macrophytes, shading resulted in strong vertical gradients in epiphyte metabolism, with a positive net oxygen balance in the canopy and a negative net oxygen balance in the bottom portion of the stand. In low-growing macrophyte stands, the net oxygen balance of epiphytes was either positive or negative, depending on water transparency and depth. Epiphyte communities had a daily negative net oxygen balance under light conditions below ~10% of surface light intensity. Areal production simulations demonstrated that neglecting variations in the vertical distribution of epiphytes, macrophytes, and light within macrophyte stands can result in errors in areal production estimates of >100%.

La structure physique des communautés de plantes aquatiques submergées affecte de façon différentielle la disponibilité de la lumière et des substrats dans la colonne d'eau et ainsi le rôle fonctionnel des épiphytes qui croissent sur les macrophytes. Nous avons mesuré la répartition de la photosynthèse et de la respiration des communautés d'épiphytes en fonction de la profondeur dans des peuplements de macrophytes présentant des formes de croissance différentes sur une période de deux ans au lac Saint-Pierre (fleuve Saint-Laurent). Pour ce faire, nous avons une approche de modélisation qui combine des mesures de photosynthèse et de respiration en laboratoire à des données de terrain sur la biomasse des macrophytes et des épiphytes et sur l'atténuation verticale de la lumière. Dans les peuplements dominés par des macrophytes qui forment une canopée, l'ombrage cause de forts gradients verticaux de métabolisme des macrophytes, avec un bilan net d'oxygène positif dans la canopée et un bilan net d'oxygène négatif dans la partie inférieure du peuplement. Dans les peuplements de macrophytes à formes de croissance basses, le bilan net d'oxygène est positif ou négatif selon la transparence et la profondeur de l'eau. Les communautés d'épiphytes ont un bilan journalier net d'oxygène négatif lorsque les conditions lumineuses sont grosso modo inférieures à 10 % de l'intensité de la lumière en surface. Des simulations de production en fonction des sites montrent que d'ignorer les variations de répartition verticale des épiphytes, des macrophytes et de la lumière au sein des peuplements de plantes aquatiques peut causer des erreurs d'estimation de la production de plus de 100 % dans les différents sites.

[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: May 1, 2006

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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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