Trade-offs between herbivore resistance and competitiveness in periphyton of acidified lakes

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Abstract

It was hypothesized that herbivores regulate periphyton succession in acidified lakes by suppressing loosely attached filamentous algae that otherwise persist and outcompete other growth forms for resources, such as dissolved inorganic carbon (DIC). This hypothesis was tested by conducting grazer-exclosure experiments over an ice-free season in acidified and circumneutral lakes that differed in DIC concentrations. In each lake, the two-factor experimental design had two herbivore (presence-absence) and five succession (early-late) treatments. Total periphyton biomass was greater and significantly suppressed by herbivores in the circumneutral lake. Here, acid-sensitive green frog (Rana clamitans) tadpoles suppressed loosely attached (i.e., zygnematacean taxa) while stimulating firmly attached (i.e., Coleochaete scutata) algae, causing succession towards a herbivore-resistant physiognomy. Conversely, a loosely attached and tall physiognomy persisted in the absence of significant grazing and greater resource limitation in the acid lake. Our findings suggest that trade-offs between competitiveness and herbivore resistance help predict changes in periphyton in recovering acidified lakes. During recovery, concomitant increases in herbivory and resources should favour a firmly attached and short periphyton physiognomy that is resistant to removal by herbivores, but that lacks the competitiveness of loosely attached and tall forms in DIC-limited acid lakes.

On a émis l'hypothèse que les herbivores régulent la succession du périphyton (pris ici au sens de la microflore épibionte) dans les lacs acidifiés en supprimant les algues filamenteuses faiblement fixées qui autrement persisteraient et domineraient les autres formes de vie dans la compétition pour les ressources, notamment pour le carbone inorganique dissous (CID). On a testé cette hypothèse en effectuant des expériences d'exclusion des brouteurs durant toute une saison d'eau libre de glace dans des lacs acidifiés et presque neutres ayant des concentrations de CID différentes. Dans chaque lac, le protocole expérimental à deux facteurs comportait deux traitements pour ce qui est des herbivores (présence-absence) et cinq traitements pour ce qui est de la succession (jeune-avancée). La biomasse totale de périphyton était supérieure et supprimée de façon significative par les herbivores dans le lac presque neutre. Dans ce lac, les têtards de grenouille verte (Rana clamitans) sensibles à l'acidité ont supprimé les algues faiblement fixées (c.-à.-d., zygnématacées) et ont stimulé le développement des algues fermement fixées (c.-à.-d., Coleochaete scutata), faisant ainsi évoluer la succession vers une physionomie caractérisée par des végétaux résistants aux herbivores. Réciproquement, une physionomie caractérisée par des algues faiblement fixées et de grande taille a persisté en l'absence d'un broutage significatif et avec une plus grande limitation des ressources dans le lac acide. Nos résultats laissent penser que la relation entre la compétitivité et la résistance aux herbivores aide à prévoir les changements dans le périphyton dans les lacs acidifiés en voie de rétablissement. Durant le rétablissement, des accroissements concomitants des populations d'herbivores et des ressources devraient favoriser le développement d'une physionomie caractérisée par la présence d'un peuplement végétal fermement fixé et court, résistant à l'attaque des herbivores, mais qui n'est pas aussi compétitif que les formes allongées faiblement fixées dans les lacs acides renfermant de faibles concentrations de CID.

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