Direct and indirect effects of fish on pelagic nitrogen and phosphorus availability in oligotrophic Arctic Alaskan lakes

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Abstract:

The importance of fish nutrient recycling for lake primary production increases with lake productivity. However, fish in low-productivity lakes may have substantial indirect effects on nutrient recycling from lower trophic levels. We measured nutrient excretion rates from fish and zooplankton in oligotrophic Arctic lakes and investigated direct and indirect fish effects on consumer nutrient recycling. Fish nutrient excretion rates were small relative to phytoplankton nutrient demand. Zooplankton excretion, however, supplied 19%–130% and 37%–200% of phytoplankton nitrogen and phosphorus demand, respectively. Fish had a significant effect on zooplankton biomass; in lakes with fish, this was approximately 80% lower than in lakes without fish. The difference in zooplankton biomass was due primarily to a decrease in zooplankton density; no significant difference in average zooplankton size was observed between fish and fishless lakes. Fish also impacted zooplankton community composition; communities in lakes with fish were dominated by copepods compared with cladoceran dominance in lakes without fish. Because of lower zooplankton biomass, lakes with fish showed lower rates of zooplankton nitrogen and phosphorus excretion relative to lakes without fish. Thus, our results support the hypothesis that fish have major indirect effects on lake nutrient cycles, even when direct excretion from fish is minimal.

L'importance du recyclage des nutriments provenant des poissons pour la productivité primaire lacustre augmente en fonction de la productivité du lac. Cependant, les poissons dans les lacs de faible productivité peuvent avoir des effets significatifs indirects sur le recyclage des nutriments à partir des niveaux trophiques inférieurs. Nous avons mesuré les taux d'excrétion de nutriments des poissons et du zooplancton dans des lacs arctiques oligotrophes et étudié les effets directs et indirects des poissons sur le recyclage des nutriments des consommateurs. Les taux d'excrétion des nutriments par les poissons sont faibles par rapport aux besoins en nutriments du phytoplancton. L'excrétion du zooplancton, cependant, fournit respectivement 19–130% et 37–200% de la demande du phytoplancton en azote et en phosphore. Les poissons ont un effet significatif sur la biomasse du zooplancton qui est environ 80% plus basse dans les lacs avec poissons que dans les lacs sans poissons. La différence de biomasse du zooplancton est due principalement à une diminution de la densité du zooplancton, car on n'observe aucune différence significative de la taille moyenne du zooplancton entre les lacs avec et sans poissons. Les poissons affectent la composition de la communauté de zooplancton : les communautés des lacs avec poissons sont dominées par les copépodes, alors que les cladocères prédominent dans les lacs sans poissons. À cause de leur biomasse réduite de zooplancton, les lacs avec poissons ont des taux plus bas d'excrétion d'azote et de phosphore par le zooplancton que les lacs sans poissons. Nos résultats appuient ainsi l'hypothèse selon laquelle les poissons ont des effets indirects significatifs sur le recyclage des nutriments dans les lacs, même lorsque l'excrétion directe des poissons est très faible.

Document Type: Research Article

Publication date: October 1, 2010

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