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The influence of land use on stream biofilm nutrient limitation across eight North American ecoregions

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Abstract:

Nutrient diffusing substrata were used to determine the influence of inorganic nitrogen (N) and phosphorus (P) availability on community respiration (CR), gross primary production (GPP), and chlorophyll a (chl a) on inorganic and organic substrata. We incubated substrata in nine streams each in a total of eight ecoregions (n = 72 streams) located in a range of native vegetation, agriculture, and urban land-use types. On organic substrata, CR was nutrient-limited in 94% of reference streams but showed significant nutrient limitation in only 60% and 65% of agricultural and urban streams, respectively. The relative magnitude of nutrient limitation for CR on organic substrata decreased with increasing percent modified land use in the basin (agriculture+ urban). On inorganic and organic substrata, GPP and chl a were rarely nutrient-limited across all ecoregions and land-use types, although the magnitude of nutrient limitation increased with increasing light availability. The effect of human land use on nutrient limitation of biofilm CR, GPP, and chl a was influenced by ecoregion, yet heterotrophic biofilms were consistently most sensitive to nutrient enrichment across ecoregions. Both heterotrophic and autotrophic biofilm constituents should be considered to fully understand stream ecosystem responses to nutrient enrichment.

Nous avons utilisé des substrats diffuseurs de nutriments pour déterminer l’influence de la disponibilité de l’azote (N) et du phosphore (P) inorganiques sur la respiration de la communauté (CR), la production primaire brute (GPP) et la chlorophylle a (chl a) sur des substrats inorganiques et organiques. Nous avons incubé des substrats dans neufs cours d’eau dans chacune d’un ensemble de huit écorégions (n = 72 cours d’eau) situés dans une gamme de végétations indigènes, de types d’agriculture et d’utilisatiosn urbaines des terres. Sur les substrats organiques, CR est limitée par les nutriments dans 94 % des cours d’eau témoins, mais elle ne montre de limitation significative par les nutriments que dans respectivement 60 % et 65 % des cours d’eau agricoles et urbains. L’importance relative de la limitation de CR par les nutriments sur les substrats organiques diminue en fonction de l’augmentation du pourcentage d’utilisation de terres modifiées (agriculture + urbanisation) dans le bassin versant. Sur les substrats inorganiques et organiques, GPP et chl a sont rarement limitées par les nutriments sur l’ensemble des écorégions et dans les différents types d’utilisation des terres, bien que l’importance de la limitation par les nutriments augmente en fonction de la disponibilité de la lumière. L’effet de l’utilisation des terres par les humains sur la limitation par les nutriments de CR, GPP et chl a de biofilms varie selon l’écorégion; néanmoins, les biofilms hétérotrophes sont régulièrement plus sensibles à un enrichissement en nutriments dans toutes les écorégions. Il faut tenir des constituants hétérotrophes et autotrophes des biofilms si l’on veut comprendre entièrement la réaction des écosystèmes d’eau courante à l’enrichissement en nutriments.

Document Type: Research Article

Publication date: 2009-07-01

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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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