Inferring sockeye salmon (Oncorhynchus nerka) population dynamics and water quality changes in a stained nursery lake over the past ∼500 years

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Abstract

Historical and paleolimnological studies have demonstrated that environmental changes in the North Pacific can strongly affect sockeye salmon (Oncorhynchus nerka) abundances. Whether these marine shifts would be influential on sockeye salmon from all lake types, however, has not yet been studied. This study represents the first paleolimnological analysis of past sockeye salmon population dynamics in a stained nursery lake (Packers Lake, Alaska). We adopted a multiproxy approach to determine whether salmon-derived nutrients (inferred from δ15N) would be available for algal uptake (inferred from the diatom species responses) in this stained lake, as high concentrations of humics and iron are known to sequester phosphorus. The strong degree of coherency between δ15N and diatoms, however, suggests that salmon-derived nutrients were bioavailable and enhanced productivity. Overall, our indicators responded to changes in sockeye salmon abundances and volcanic ashfalls over the past ∼500 years. In a section of the core unaffected by tephras (AD ∼1770–1882), our record suggests that the number of sockeye salmon spawners fluctuated widely. Comparison of temporal shifts in inferred sockeye salmon abundances from Packers Lake with other clearwater nursery lakes reveals a broadly consistent pattern, likely influenced by past climatic changes.

Des études historiques et paléolimnologiques ont démontré que les changements environnementaux dans le Pacifique nord peuvent affecter l'abondance des saumons rouges (Oncorhynchus nerka). On n'a pas, toutefois, encore déterminé si ces changements marins affectent les saumons rouges provenant de tous les types de lacs. Notre étude est la première analyse paléolimnologique de la dynamique des populations de saumons rouges du passé dans un lac d'engraissement du saumon à eau fortement colorée, le lac Packers en Alaska. Une méthodologie impliquant de nombreux indicateurs substituts nous permet de déterminer si les nutriments provenant des saumons (estimés d'après δ15N) sont disponibles pour l'absorption par les algues (estimée d'après les réactions des espèces de diatomées) dans ce lac à eau colorée, parce qu'on sait que les concentrations élevées de substances humiques et de fer emprisonnent le phosphore. Le fort degré de cohérence entre δ15N et les diatomées, cependant, laisse croire que les nutriments provenant des saumons sont biodisponibles et qu'ils stimulent la productivité. Dans leur ensemble, nos indicateurs ont réagi aux changements d'abondance des saumons rouges et des pluies de cendres volcaniques au cours d'environ les derniers 500 ans. Dans une section de carotte non affectée par les téphras (AD ∼1770–1882), nos données indiquent que le nombre de saumons rouges reproducteurs a fluctué considérablement. La comparaison des changements temporels dans les abondances estimées de saumons rouges du lac Packers et d'autres lacs d'engraissement à eau claire montre des patterns en grande partie comparables, qui sont vraisemblablement causés par des changements climatiques au cours du passé.

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