Long-term variation in isotopic baselines and implications for estimating consumer trophic niches

Authors: Solomon, Christopher T.; Carpenter, Stephen R.; Rusak, James A.; Vander Zanden, M. J.

Source: Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, Volume 65, Number 10, October 2008 , pp. 2191-2200(10)

Publisher: NRC Research Press

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Carbon and nitrogen stable isotope ratios are increasingly used to study long-term food web change. Temporal variation at the base of the food web may impact the accuracy of trophic niche estimates, but data describing interannual baseline variation are limited. We quantified baseline variation over a 23-year period in a north-temperate lake and used a simulation model to examine how this variation might affect consumer trophic niche estimates. Interannual variation in C and N stable isotope ratios was significant for both benthic and pelagic primary consumer baselines. Long-term linear trends and shorter-term autoregressive patterns were apparent in the data. There were no correlations among benthic and pelagic C and N baselines. Simulations demonstrated that error in estimated fish trophic niches, but not bias, increased substantially when sampling of baselines was incomplete. Accurate trophic niche estimates depended more on accurate estimation of baseline time series than on accurate estimation of growth and turnover rates. These results highlight the importance of previous and continued efforts to constrain bias and error in long-term stable isotope food web studies.

Les rapports d’isotopes stables de carbone et d’azote servent de plus en plus à évaluer les changements à long terme dans les réseaux alimentaires. Une variation temporelle à la base du réseau alimentaire peut avoir un impact sur la précision des estimations de niche trophique, mais il existe peu de données pour décrire la variation d’une année à l’autre de la ligne de base. Nous avons calculé la variation de la ligne de base sur une période de 23 ans dans un lac de la zone tempérée nord et nous utilisons un modèle de simulation pour examiner comment cette variation peut affecter les estimations des niches trophiques des consommateurs. La variation interannuelle des rapports d’isotopes stables de carbone et d’azote est significative pour les lignes de base des consommateurs primaires, tant benthiques que pélagiques. Il existe des tendances linéaires à long terme et des patrons d’autorégression à court terme dans les données. Il n’y a pas de corrélation entre les lignes de base de carbone et d’azote benthiques et pélagiques. Les simulations montrent que l’erreur, mais non la distorsion, dans les niches trophiques estimées des poissons augmente de façon substantielle lorsque l’échantillonnage des lignes de base est incomplet. Les estimations précises des niches trophiques dépendent plus d’une estimation précise de la série chronologique des lignes de base que de l’estimation précise des taux de croissance et de renouvellement de la biomasse. Ces résultats illustrent l'importance des efforts passés et actuels pour réduire l’erreur et la distorsion dans les études à long terme des réseaux alimentaires basées sur les isotopes stables.

Document Type: Research Article

Publication date: October 1, 2008

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