Relationship of otolith strontium-to-calcium ratios and salinity: experimental validation for juvenile salmonids

Analysis of otolith strontium (Sr) or strontium-to-calcium (Sr:Ca) ratios provides a powerful tool to reconstruct the chronology of migration among salinity environments for diadromous salmonids. Although use of this method has been validated by examination of known individuals and translocation experiments, it has never been validated under controlled experimental conditions. In this study, incorporation of otolith Sr was tested across a range of salinities and resulting levels of ambient Sr and Ca concentrations in juvenile chinook salmon (Oncorhynchus tshawytscha), coho salmon (Oncorhynchus kisutch), sockeye salmon (Oncorhynchus nerka), rainbow trout (Onco- rhynchus mykiss), and Arctic char (Salvelinus alpinus). Experimental water was mixed, using stream water and seawa- ter as end members, to create experimental salinities of 0.1, 6.3, 12.7, 18.6, 25.5, and 33.0 psu. Otolith Sr and Sr:Ca ratios were significantly related to salinity for all species (r 2 range: 0.80-0.91) but provide only enough predictive reso- lution to discriminate among fresh water, brackish water, and saltwater residency. These results validate the use of otolith Sr:Ca ratios to broadly discriminate salinity histories encountered by salmonids but highlight the need for fur- ther research concerning the influence of osmoregulation and physiological changes associated with smolting on otolith microchemistry. Resume : L'analyse des concentrations de strontium (Sr) et des rapports strontium:calcium (Sr:Ca) dans les otolithes est un outil puissant pour la reconstitution de la chronologie de la migration dans des environnements de salinite diffe- rente chez les samonides diadromes. Bien que la methode ait ete validee par l'examen d'individus connus et des expe- riences de translocation, elle ne l'a jamais ete dans des conditions experimentales controlees. La presente etude verifie l'incorporation du Sr dans les otolithes sur une gamme de salinites et mesure les concentrations ambiantes de Sr et de Ca qui en resultent chez de jeunes saumons quinnat (Oncorhynchus tshawytscha), saumons coho (Oncorhynchus ki- sutch), saumons rouges (Oncorhynchus nerka), truites arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss) et ombles chevaliers (Salveli- nus alpinus). L'eau utilisee dans les experience est un melange d'eau de ruisseau et d'eau de mer de maniere a obtenir des salinites de 0,1, 6,3, 12,7, 18,6, 25,5 et 33,0 ups. Chez toutes les especes, il y a une relation significative entre la concentration de strontium et le rapport Sr:Ca des otolithes d'une part et la salinite d'autre part (etendue de r 2 : 0,80- 0,91); cependant, la relation n'est suffisamment predictive que pour permettre de discriminer entre les sejours en eau douce, en eau saumâtre et en eau salee. Ces resultats permettent de valider l'utilisation des rapports Sr:Ca pour distin- guer grossierement les sejours passes des saumons dans des milieux de differentes salinites; ils demontrent cependant l'importance de recherches futures sur l'influence de l'osmoregulation et des changements physiologiques associes a la transformation en saumoneau sur la microchimie des otolithes. (Traduit par la Redaction) Zimmerman 97