Sockeye salmon (Oncorhynchus nerka) nursery lake fertilization: Review and summary of results

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We reviewed 24 sockeye salmon (Oncorhynchus nerka) nursery lake experiments that involved whole-lake fertilization with appropriate treatment and control years. We found that: 21 of 21 studies showed that fertilization was associated with increased chlorophyll a concentrations, 16 of 16 showed increased zooplankton biomasses, 16 of 16 demonstrated increased average smolt weights, and 11 of 13 showed increased smolt biomasses. Studies involving assessments of egg-to-smolt survival were rare, but all (4 of 4) showed increased survival rates. Studies involving increased smolt-to-adult survival (i.e., marine survival) were even rarer, but all (3 of 3) showed that lake fertilization and increased smolt size were associated with increased marine survival. Several fertilization studies reported problems, and some offered solutions. For instance, when whole-lake fertilization stimulated the growth of blue-green algae, fertilizer with higher nitrogen to phosphorus ratios was used to control the problem. Conversely, when high nitrogen to phosphorus ratios were associated with blooms of ungrazable diatoms, notably Rhizosolenia eriensis, reduced nitrate concentrations were recommended. To date, solutions designed to constrain the growth of both blue-green algae and Rhizosolenia blooms remain elusive. Some studies showed that when both mysids (large invertebrate planktivores) and juvenile sockeye inhabit the same lake, sockeye suffer from a competitive disadvantage and mysids consume 80–90% of the available zooplanktonic food production. Similarly, a small number of studies demonstrated that competition from sticklebacks (Gasterosteus aculeatus) adversely affected sockeye growth rates, and although the problem remains unresolved, ongoing work in lakes containing kokanee (O. nerka), suggests that stocked cutthroat trout (Salmo clarki) may be capable of controlling stickleback densities through predation. Despite all of these difficulties, in almost all cases, when lakes were fertilized with various mixtures of inorganic nitrogen and phosphorus, pelagic food web bottom-up control was strong enough and predictable enough to ensure that sockeye smolt biomass increased. We conclude that sockeye nursery lake fertilization is a technique that can contribute usefully to both the enhancement and conservation of sockeye salmon populations. Key words: sockeye salmon, lake fertilization, bottom-up, aquatic food web.

Les auteurs ont examiné 24 expériences conduites sur la pisciculture du saumon sockeye en lacs, lesquelles impliquent la fertilisation en vrac avec des traitements appropriés et des années témoins. On constate que : 21 des 21 études montrent que la fertilisation est associée avec une augmentation de la teneur en chlorophylle a, 16 sur 16 montrent une augmentation des biomasses de zooplancton, 16 sur 16 conduisent à une augmentation des poids moyens des saumoneaux, et 11 sur 13 se traduisent par une augmentation des biomasses en saumoneaux. Les études impliquant des évaluations de la survie, allant de l'œuf au saumoneau, sont rares, mais toutes (4 sur 4) montrent une augmentation des taux de survie. Les études qui portent sur la survie, allant du saumoneau à l'adulte (i. e. survie en mer), sont encore plus rares, mais toutes (3 sur 3) montrent que la fertilisation des lacs et l'augmentation des dimensions des saumoneaux sont associées à une augmentation de la survie marine. Plusieurs études sur la fertilisation font mention de problèmes, et quelques unes proposent des solutions. Par exemple, lorsque la fertilisation en vrac des lacs stimule la croissance d'algues bleues vertes, on utilise des fertilisants ayant des rapports azote/phosphore plus élevés, pour maîtriser le problème. Réciproquement, lorsque des rapports élevés en azote/phosphore sont associés avec une prolifération de diatomées non pâturables, nommément le Rhizoselenia eriensis, on recommande de réduire les nitrates. Jusqu'ici, les solutions conçues pour contrôler la croissance des algues bleues vertes aussi bien que la prolifération des Rhizoselenia, demeurent élusives. Quelques études montrent que lorsque les mysis (gros planctivores invertébrés) et les jeunes saumons sockeyes habitent le même lac, les saumons souffrent de la compétition, et les mysis consomment 80–90 % de la production en nourriture zooplanctonique. Dans la même veine, un petit nombre d'études démontrent que la compétition par les épinoches (Gasterosterus aculeatus) nuisent aux taux de croissance des saumons, et bien que le problème demeure sans solution, les travaux en cours dans des lacs contenant du saumon kokanee (O. nerka) suggèrent que la truite fardée introduite (Salmo clarkii) pourrait être capable de limiter la densité des épinoches par prédation. En dépit de ces difficultés, dans presque tous les cas, lorsque les lacs sont fertilisés avec divers mélanges d'azote et de phosphore inorganiques, la maîtrise du réseau de nourriture pélagique est suffisamment grande et prévisible pour assurer que la biomasse des saumons sockeyes augmente. Les auteurs concluent que la pisciculture du saumon sockeye en lacs est une technique qui contribue de façon concrète, à la fois à l'augmentation et à la conservation des populations du saumon sockeye.

Mots clés : saumon sockeye, fertilisation lacustre, de bas en haut, chaine alimentaire aquatique.

[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2004

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  • Published since 1993, this annual electronic-only journal presents authoritative reviews on a wide range of environmental science and associated environmental studies topics, with emphasis on the effects on and response of both natural and manmade ecosystems to anthropogenic stress. The authorship and scope are international, with critical reviews submitted and invited on such topics as climate change, harvesting impacts, acid rain, pesticide use, lake acidification, air and marine pollution, ecology of oil spills, biological control, food chain biomagnification, rehabilitation of polluted aquatic systems, erosion, agroforestry, and bio-indicators of environmental stress.
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