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Abstract
Stoichiometric theory predicts that zooplankton with low body N:P ratio recycle nutrients at higher N:P ratios than zooplankton taxa with low body N:P ratio, an effect that may accentuate P-limitation of phytoplankton growth. However, existing theory assumes that all regenerated nutrients are returned to the dissolved pool and does not account for the counteracting possibility that materials not assimilated by zooplankton might be lost from the water column via sedimentation. To assess the stoichiometry of zooplankton effects on N and P sedimentation, a survey of sedimentation, zooplankton, and suspended particulate matter was conducted in twelve lakes in the vicinity of the Experimental Lakes Area, Canada. Concentrations and ratios of carbon, nitrogen, and phosphorus in suspended particulate matter in the mixed layer of each lake were determined. Zooplankton community composition, biomass, and elemental composition (N:P ratio) for each lake were assessed. Finally, sediment traps were deployed in the hypolimnion of each lake to quantify rates of particulate matter sedimentation as well as C:N, C:P, and N:P ratios of sedimenting material. C:P and N:P ratios of sedimented material were considerably lower than those in seston but C:N ratios were similar. The N:P ratio of sedimented material had no relationship with seston N:P but decreased strongly with zooplankton N:P, consistent with stoichiometric recycling theory. However, the residuals of sedimented N:P versus zooplankton N:P relationship had a negative relationship with seston N:P, suggesting a joint stoichiometric dependence of sedimentation on consumer and seston elemental composition with consumer N:P ratio of primary importance. These patterns suggest that water column processes integrate the stoichiometry of microbial processing of detrital materials with that of consumer-driven nutrient cycling to determine sediment elemental composition.
Selon la théorie de la stoechiométrie, le zooplancton caractérisé par un faible rapport N:P corporel régénère des nutriments avec un rapport N:P plus élevé que le zooplancton caractérisé par un haut rapport N:P corporel. Cet effet peut accentuer la réduction de la croissance du phytoplankton par carence en phosphore. Cependant, la théorie actuelle assume que tous les nutriments régénérés retournent à la phase dissoute et elle ne tient pas compte de la possibilité que le matériel non assimilé par le zooplancton puisse être éliminé de la colonne d’eau via la sédimentation. Pour évaluer les effets de la stoechiométrie du zooplancton sur la sédimentation de l’azote (N) et du phosphore (P), une étude de la sédimentation, du zooplancton et de la matière particulaire en suspension a été conduite dans douze lacs situés aux alentours de la région “Experimental Lakes Area”, Canada. Les concentrations et les proportions (rapports) de carbone, d’azote et de phosphore dans la matière particulaire en suspension ont été déterminées dans la zone de mélange de chaque lac. La composition taxonomique, la biomasse et la composition en éléments (rapport N:P) de la communauté de zooplancton ont été estimées dans chaque lac. Enfin, des trappes à sédiments ont été installées dans l’hypolimnion de chaque lac afin de quantifier les taux de sédimentation des particules ainsi que les rapports élémentaires C:N, C:P et N:P du matériel sédimenté. Les rapports C:P et N:P du matériel sédimenté étaient beaucoup plus bas que ceux du seston mais les rapports C:N étaient similaires. Le rapport N:P du matériel sédimenté n’était pas relié avec le rapport N:P dans le seston, mais il diminuait fortement lorsque le rapport N:P dans le zooplancton augmentait, ce qui est conforme avec la théorie de la stoechiométrie sur le recyclage des éléments. Toutefois, les résidus de la relation entre les rapports N:P du matériel sédimenté et du zooplancton présentaient une relation négative avec le rapport N:P du seston. Ceci suggère que la stoechiométrie de la sédimentation dépend conjointement de la composition élémentaire du seston et du zooplancton (consommateurs) et du rapport N:P des espèces zooplanctoniques dominantes. Ces résultats indiquent qu’il est necéssaire d’intégrer la stoechiométrie des processus microbiens reliés aux détritus avec ceux du recyclage des nutriments par le zooplancton dans la colonne d’eau pour déterminer la composition élémentaire des sédiments.