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Evaluation of isotopic fractionation error on calculations of marine-derived nitrogen in terrestrial ecosystems

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Abstract:

Pacific salmon (Oncorhynchus spp.) transport nitrogen (N) from oceans to inland ecosystems. Salmon 15N is higher than 15N expected in terrestrial plants, so linear two-source mixing models have commonly been used to quantify contributions of marine-derived N (MDN) to riparian ecosystems based on riparian plant 15N. However, isotopic fractionation potentially contributes to error in MDN estimates by changing 15N of salmon-derived N appearing in soil and plants. We used a simulation model to examine potential effects of fractionation on MDN estimates. We also measured changes in 15N and 13C as N and carbon (C) moved from bear feces into soil, and compared MDN estimates using three different estimates for the marine endmember of a linear mixing model. Simulation demonstrated that fractionation during soil N losses could lead to large overestimations of MDN when 15N of salmon tissue is used as the marine endmember. 15N of bear feces was significantly enriched (by 1.9‰) relative to salmon tissue, but did not change during movement of feces-derived N into soil. In contrast, 13C decreased by 1.9‰ between salmon and bear feces and declined an additional 4.2‰ during movement into soil. We propose a new method for estimating the 15N of the marine endmember that accounts for isotope fractionation occurring as marine N is cycled in soil. This method uses the proportional difference in soil 15N content between reference and spawning sites to calculate the marine endmember 15N.

Le saumon du Pacifique (Oncorhynchus spp.) transporte de l'azote (N) des océans vers les écosystèmes continentaux. Comme le 15N du saumon est plus élevé que le 15N anticipé pour les plantes terrestres, des modèles linéaires de mélange de deux sources de fluides ont souvent été utilisés pour quantifier les contributions de N dérivé du milieu marin (ADMM) aux écosystèmes riverains en se basant sur le 15N des plantes riveraines. Toutefois, le fractionnement isotopique peut contribuer à fausser les estimations de l'ADMM en changeant le 15N de N du saumon apparaissant dans le sol et les plantes. Les auteurs ont utilisé un modèle de simulation pour examiner les effets potentiels du fractionnement sur les estimations de l'ADMM. Ils ont aussi mesuré les changements dans le 15N et le 13C étant donné que le N et le carbone (C) passent des fèces d'ours au sol, et ils ont comparé les estimations de l'ADMM en utilisant trois estimés différents pour le pôle marin d'un modèle linéaire de mélange de fluides. Les simulations ont démontré que le fractionnement lors des pertes de N du sol peut mener à des surestimations substantielles de l'ADMM quand le 15N des tissus du saumon est utilisé comme pôle marin. Le 15N des fèces d'ours était significativement enrichi (de 1,9 ‰) par rapport aux tissus du saumon, mais ne changeait pas durant le déplacement de N des fèces dans le sol. À l'opposé, le 13C a diminué de 1,9 ‰ en passant du saumon aux fèces d'ours, puis d'un autre 4,2 ‰ durant son déplacement dans le sol. Ils proposent une nouvelle méthode qui tient compte du fractionnement des isotopes lors du recyclage de N marin dans le sol pour l'estimation du 15N du pôle marin. Cette méthode utilise la différence proportionnelle du contenu en 15N du sol entre les sites de référence et de fraie pour calculer le 15N du pôle marin.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2005-07-01

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