Sustaining a high biomass of consumers and high primary productivity in a fluctuating and infertile environment has been suggested to be driven by consumers. The Lake Tanganyika inshore ecosystem provides a model system to understand how consumers can maintain primary productivity in an environment that has pulses of the limiting nutrient. Models of nutrient-limited food chains for the dominant herbivorous fish that graze on productive benthic algae were built and analyzed with parameters estimated from field data. The effects of pulse regimes, grazing, recycling, and losses on average productivity and its coefficient of variation (a measure of instability) were evaluated in terms of phosphorus, the limiting nutrient.We found that the range of possible consumer loss parameters was much lower than the critical value for the grazers to enhance productivity. If, as hypothesized, primary productivity is donor controlled in the littoral ecosystems of Lake Tanganyika, then grazers are expected to enhance primary productivity. However environmental loss rates could vary by more than two orders of magnitude. If primary productivity is recipient controlled, then the loss rates can exceed the critical value. This could occur when fish biomass was reduced by as little as 10%. Therefore removal or loss of consumer biomass could destabilize the littoral zones when primary productivity is under recipient control.Consumers that enhance primary production also decrease its instability. This effect is large as it reduces variations of primary production by an order of magnitude compared to when consumers are absent. In donor-controlled and Lotka-Volterra models, fluctuation of nutrient input had no effect on mean productivity (compared to constant conditions), regardless of the presence of consumers. However, primary productivity is different on average compared to a constant environment when consumption by either autotrophs or herbivores saturates at high resource abundance. In this case, average primary production is reduced by environmental fluctuations in the absence of consumers because of saturation of uptake by the autotrophs. In the presence of grazers with saturating consumption, fluctuations can either have a positive or negative impact on primary production. In any case, consumers still enhance productivity in a fluctuating environment under the same conditions that they do in a stable environment.Long-lived consumers with a high degree of recycling minimize the adverse effects on primary productivity from a fluctuating environment. Excessive, long-term, storage of nutrients by consumers, however, can sometimes lead to decreases in productivity and more sensitivity to environmental fluctuations. On the other extreme, short-lived organisms that recycle less can have a strongly negative effect on stability and average productivity. The consumers of Lake Tanganyika appear to occupy a range of intermediate turnover rates, and their estimated rates of recycling should lead to enhanced and stable levels of productivity. Thus the Lake Tanganyika littoral ecosystem provides a compelling case that, as long as consumers adequately recycle and store a limiting nutrient, consumers sustain ecosystem functioning in the face of environmental variability. / Il a été proposé que les consommateurs puissent favoriser le maintien d'une biomasse de consommateurs et d'une productivité primaire élevées dans un environnement fluctuant et infertile. L'écosystème côtier du lac Tanganyika fournit un modèle pour comprendre comment les consommateurs peuvent maintenir la productivité primaire dans un tel environnement. Des modèles de chaînes alimentaires limitées par les nutriments ont été élaborés et analysés afin de clarifier le rôle des consommateurs dans l'amélioration de la productivité primaire quand les entrées des éléments nutritifs fluctuent. Les effets des régimes de fluctuations, de l'herbivorie, du recyclage et des pertes de nutriments sur la production primaire et sa variabilité ont été évalués lorsque le phosphore est l'élément limitant.La gamme possible des paramètres de perte des consommateurs s'est avérée beaucoup plus faible que la valeur seuil sous laquelle les herbivores augmentent la productivité. Si, comme cela semble vraisemblable, la productivité primaire est contrôlée par les autotrophes dans les écosystèmes littoraux du lac Tanganyika, on s'attend à ce que les herbivores augmentent la productivité primaire. Cependant, les taux de pertes environnementales peuvent varier de plus de deux ordres de grandeur et si la productivité primaire est contrôlée par les herbivores, les pertes pourraient dépasser la valeur seuil. Cela pourrait se produire lorsque la biomasse des poissons est réduite de 10% à peine. Le retrait ou la perte de biomasse des consommateurs pourrait dès lors déstabiliser les zones littorales lorsque la productivité primaire est contrôlée par les herbivores.Les consommateurs qui augmentent la production primaire en diminuent également l'instabilité. Cet effet est important car il réduit les variations de production primaire d'un ordre de grandeur par rapport à la situation où les consommateurs sont absents. La productivité primaire moyenne ne diffère par rapport à un environnement constant que lorsque la consommation des autotrophes ou des herbivores sature à haute abondance de ressources. Dans ce cas, la production primaire moyenne est réduite par les fluctuations de l'environnement en l'absence des consommateurs à cause d'une saturation de la consommation des autotrophes. En présence d'herbivores et avec saturation de leur consommation, les fluctuations peuvent avoir un impact soit positif ou négatif sur la production primaire. Dans les modèles contrôlés par le donneur ou de type Lotka-Volterra, les fluctuations des entrées de nutriments n'ont pas d'effet sur la productivité moyenne, que les consommateurs soient présents ou non. Les consommateurs à longue durée de vie et un degré élevé de recyclage minimisent les effets néfastes d'un environnement fluctuant sur la productivité primaire. Mais le stockage excessif et pour une longue période de nutriments par les consommateurs peut parfois conduire à une diminution de la productivité et une plus grande sensibilité de celle-ci aux fluctuations environnementales. À l'autre extrême, des organismes de courte longévité et qui recyclent moins peuvent avoir un effet fortement négatif sur la stabilité et la productivité moyenne. Les consommateurs du lac Tanganyika semblent occuper une gamme de longévités intermédiaires, et leurs taux de recyclage estimés devraient conduire à des niveaux de productivité accrus et stables. Ainsi, les écosystèmes littoraux du lac Tanganyika offrent une bonne illustration du fait que, tant que les consommateurs recyclent et stockent un élément nutritif limitant adéquatement, ces consommateurs maintiennent le fonctionnement des écosystèmes face à des variations de l'environnement.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.110682 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Bein, Alexander |
| Contributors | Claire Seizilles de Mazancourt (Internal/Supervisor), Michel Loreau (Internal/Cosupervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Biology) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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