Depth-integrated, continuous estimates of metabolism in a clear-water lake

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Abstract:

High-frequency dissolved oxygen (DO) measurements have been used for estimating gross primary production (GPP) and respiration (R) in lake ecosystems. Most researchers have determined GPP and R only in surface waters, a practice that may underestimate R in general and GPP in clear-water lakes in particular. We deployed oxygen sondes at multiple sites and depths in a clear-water lake. Rates of GPP or R were similar horizontally over the surface waters of the lake. Diel DO signals weakened with depth; however, removing noise from the data, by either wavelet transforms or moving averages, enhanced our ability to resolve diel metabolic signals. While GPP declined sharply with depth, R was unrelated to depth. The majority of GPP and R occurred in the upper mixed layer, but deeper water accounted for 14%–28% of GPP and 20%–43% of R, depending on the statistical filtering technique used. GPP and R were nearly in balance in the surface waters, but for the entire lake R exceeded GPP, and net ecosystem production was negative. Deployment of oxygen sondes in various habitats and at multiple depths allows for a more complete estimate of whole-lake metabolism and a better understanding of the spatial and temporal complexity of lakes.

Des mesures d’oxygène dissous (DO) répétées à haute fréquence servent couramment à estimer la production primaire brute (GPP) et la respiration (R) dans les écosystèmes lacustres. La plupart des chercheurs mesurent GPP et R seulement dans les eaux superficielles, ce qui peut sous-estimer R de façon générale et GPP particulièrement dans les lacs à eau claire. Nous avons installé des sondes à oxygène dans plusieurs sites et à diverses profondeurs dans un lac à eau claire. Les taux de GPP et de R sont semblables à une même profondeur sur toute l’étendue du lac. Les signaux journaliers de DO s’affaiblissent en profondeur; cependant, le retrait du bruit des données, soit par des transformations en ondelettes ou des moyennes glissantes, nous permet d’interpréter les signaux métaboliques journaliers. Alors que GPP diminue fortement en profondeur, R est indépendante de la profondeur. La plus grande partie de GPP et de R se produit dans la couche de mélange supérieure, mais les eaux profondes sont responsables de 14–28 % de GPP et de 20–43 % de R selon la technique de filtrage statistique retenue. GPP et R sont presque en équilibre dans les eaux superficielles, mais dans l’ensemble du lac, R est plus importante que GPP et la production nette de l’écosystème est négative. L’installation de sondes d’oxygène dans divers habitats et à plusieurs profondeurs permet ainsi une estimation plus complète du métabolisme du lac entier et une meilleure compréhension de la complexité spatiale et temporelle des lacs.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2008

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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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