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Long-term assessments of ecological effects of anthropogenic stressors on aquatic ecosystems from paleoecological analyses: challenges to perspectives of lake management

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Abstract:

Paleolimnological techniques are important for determining background ecological conditions and ecosystem responses to stressors when long-term data sets are absent. Research at the Dorset Environmental Sciences Centre (Ontario, Canada) has included paleolimnological studies to determine the effects of anthropogenic stressors on shield lakes, including eutrophication, acidic deposition, and climate change. Diatom-based total phosphorus (TP) inferences suggest that [TP] has declined in some lakes, despite increased inputs from anthropogenic sources. When coupled with siliceous algae-based pH inferences that suggest landscape-scale long-term acidification, these results indicate that the ecological effects of anthropogenic P inputs are being masked by the cumulative effects of multiple stressors. Detailed stratigraphic analyses of lakes that have experienced severe anthropogenic disturbances indicate that despite measured and inferred recovery in epilimnetic [TP] to predisturbance concentrations, pelagic communities have not recovered to predisturbance community composition; profundal communities and the variables associated with water quality (e.g., hypolimnetic oxygen) have also not recorded recovery. This suggests that (i) typical modeling approaches to quantify the effects of anthropogenic inputs on lake water [TP] should be used with caution and (ii) lake management approaches that follow the paradigm of “water quality recovery = biological recovery” may not be applicable to ecosystems being affected by multiple anthropogenic stressors.

Les techniques paléolimnologiques sont importantes pour déterminer les conditions écologiques de base et les réponses des écosystèmes aux facteurs de stress lorsqu’il n’existe pas de banques de données accumulées sur de longues périodes. Des recherches faites au Dorset Environmental Sciences Centre (Ontario, Canada) comprennent des études paléolimnologiques pour déterminer les effets sur des lacs du Bouclier laurentien de facteurs anthropiques de stress, tels que l’eutrophisation, les précipitations acides et le changement climatique. Des déductions concernant le phosphore total (TP) basées sur les diatomées indiquent que [TP] a diminué dans certains lacs, malgré les apports accrus provenant des sources anthropiques. Couplés à des déductions au sujet du pH basées sur les algues siliceuses qui indiquent une acidification à long terme à l’échelle du paysage, ces résultats montrent que les effets écologiques du P anthropique sont masqués par les effets cumulatifs des facteurs multiples de stress. Des analyses stratigraphiques détaillées de lacs qui ont connu des perturbations anthropiques importantes indiquent que, bien que les mesures et les déductions montrent un rétablissement des [TP] de l’épilimnion à des valeurs d’avant la perturbation, les communautés pélagiques n’ont pas recouvré leur composition communautaire antérieure; de même, ni les communautés de la zone profonde, ni les variables associées à la qualité de l’eau (par ex., l’oxygène de l’hypolimnion) ne montrent de rétablissement. Ces observations laissent croire (i) qu’il faut utiliser avec discernement les approches courantes de modélisation pour mesurer les effets des apports anthropiques sur les [TP] de l’eau des lacs et (ii) que les approches qui utilisent le paradigme selon lequel “le rétablissement de la qualité de l’eau = la restauration biologique” ne s’appliquent pas aux écosystèmes couramment affectés par de multiples facteurs anthropiques de stress.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: May 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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