Gross primary production and respiration differences among littoral and pelagic habitats in northern Wisconsin lakes

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Abstract

Net ecosystem production (NEP) trends among lakes have been ascribed to differences in nutrient and allochthonous carbon inputs, but little is known on how different habitats within lakes contribute to these trends. We sampled pelagic and littoral surface waters using sonde (i.e., free-water) and bottle methods concurrently in lakes spanning a range of trophic conditions. We considered whether the typically higher metabolism estimates found with sonde methods are due to contributions from littoral habitats not reflected by bottle estimates. We sought the source of littoral contributions by selecting sites with maximum differences in macrophyte abundance. Sonde estimates for pelagic primary production and respiration were two–three times greater than bottle estimates. Sonde/bottle ratios were higher in productive lakes and lakes with more littoral area. Bottle estimates were similar among all sites, and sonde estimates in macrophyte-poor sites were similar to pelagic sondes. However, sonde estimates in macrophyte-rich areas were four–nine times greater than bottle estimates. Results suggest littoral zones increase whole-lake NEP in eutrophic systems, whereas the Sphagnum mat surrounding dystrophic lakes decreases NEP. Non-planktonic organisms associated with macrophytes provide important littoral contributions to whole-lake metabolism and to understanding NEP trends among lakes.

On explique les variations de la production nette de l'écosystème (NEP) des lacs par des différences dans les apports de nutriments et de carbone allochtone, mais on connaît mal de quelle façon les différents habitats des lacs contribuent à ces tendances. Nous avons échantillonné les eaux de surface pélagiques et littorales simultanément dans des lacs représentant une gamme de conditions trophiques au moyen des méthodes de la sonde (c.-à-d., en eau libre) et de la bouteille à prélèvement. Nous avons examiné si les estimations plus élevées généralement obtenues par la méthode de la sonde sont dues à des contributions des habitats littoraux non représentées dans les estimations faites à partir de la méthode de la bouteille. Nous avons recherché la source des contributions littorales en choisissant des sites qui présentent des différences maximales d'abondance de macrophytes. Les estimations à la sonde de la production primaire et de la respiration pélagiques sont deux–trois fois plus élevées que les estimations à la bouteille. Les rapports sonde:bouteille sont plus forts dans les lacs productifs et dans les lacs ayant une plus grande zone littorale. Les estimations à la bouteille sont semblables dans tous les sites et les estimations à la sonde dans les sites pauvres en macrophytes ressemblent aux estimations à la sonde dans la zone pélagique. Cependant, les estimations faites à la sonde dans les zones riches en macrophytes sont quatre–neuf fois plus élevées que celles à la bouteille. Nos résultats indiquent que les zones littorales augmentent la NEP dans l'ensemble du lac dans les systèmes eutrophes, alors que les tapis de sphaignes qui entourent les lacs dystrophes réduisent la NEP. Les organismes non planctoniques associés aux macrophytes fournissent des contributions littorales importantes au métabolisme de l'ensemble du lac; ils permettent de comprendre les tendances de la NEP parmi les lacs.

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