Benthic algal communities : recovery from experimental acidification 1

Chemical recovery is hypothesized to promote rapid recovery of benthic algal communities in formerly acidified lakes; this expectation needs modification. We evaluated the hypothesis in a small lake (L302S) in the boreal forest of northwestern Ontario, Canada, during a decade of pH recovery following a prior decade of experimental acidification from pH 6.7 to 4.5. To account for regional changes during the study, we also studied a nearby reference lake (L239). Taxonomic changes in the epilithon (biofilm on rock surfaces) included persistently lower cyanobacterial biomass following its acidification-related decline and increases in both diatoms and greens. Epilithic metabolic recovery was incomplete because the acidification-induced increase in respiration continued, although the prior decline in photosynthesis was reversed. Unexpectedly, blooms of metaphytic filamentous green algae occurred at higher pH during recovery than during acidification. Although several community attributes recovered fully, recovery of many aggregate functional and taxonomic properties lagged improvements in pH. Divergence was greater at the taxonomic than at the functional level. Despite pH recovery, potential causes of incomplete algal recovery include incomplete chemical recovery and the persistent absence of functionally important biota. Our findings counter the assumption that ecological recovery mirrors the pathway of damage caused by a human stressor. Résumé : Une hypothèse veut que le rétablissement chimique favorise le rétablissement rapide des communautés d’algues dans les lacs antérieurement acidifiés; cette prévision doit être modifiée. Nous avons évalué l’hypothèse dans un petit lac (L302S) de la forêt boréale du nord-ouest de l’Ontario, Canada, durant une décennie de rétablissement du pH suivant une décennie antérieure d’acidification expérimentale de pH 6,7 à 4,5. Afin de tenir compte des changements régionaux au cours de l’étude, nous avons aussi observé un lac témoin (L239) à proximité. Les changements taxonomiques dans l’épilithon (biofilm à la surface des roches) comprenaient une biomasse constamment réduite de cyanobactéries à la suite de leur déclin relié à l’acidification et un accroissement à la fois des diatomées et des algues vertes. Le rétablissement métabolique de l’épilithon était incomplet parce que l’accroissement de la respiration causé par l’acidification s’est maintenu, bien que le déclin antérieur de la photosynthèse ait été renversé. De manière inattendue, les foisonnements d’algues vertes filamenteuses métaphytes se sont produits à un pH plus élevé durant le rétablissement que durant l’acidification. Bien que plusieurs caractéristiques de la communauté se soient rétablies entièrement, le rétablissement de certaines propriétés fonctionnelles et taxonomiques globales a accusé un retard par rapport à l’amélioration du pH. La divergence était plus importante à l’échelle taxonomique qu’à l’échelle fonctionnelle. Malgré le rétablissement du pH, les causes potentielles du rétablissement incomplet des algues incluent un rétablissement chimique incomplet et l’absence prolongée d’organismes fonctionnellement importants. Nos observations contredisent la présupposition qui veut que le rétablissement écologique reflète la voie des dommages causés par le facteur anthropique de stress. [Traduit par la Rédaction] Received 28 February 2008. Accepted 30 September 2008. Published on the NRC Research Press Web site at cjfas.nrc. ca on 21 October 2009. J20446 Paper handled by Associate Editor Yves Prairie. M.A. Turner,2 D.L. Findlay, and S.E. M. Kasian. Fisheries and Oceans Canada, Experimental Lakes Area, 501 University Crescent, Winnipeg, MB R3T 2N6, Canada. H.M. Baulch. Fisheries and Oceans Canada, Experimental Lakes Area, 501 University Crescent, Winnipeg, MB R3T 2N6, Canada; Trent University, 1600 West Bank Drive, Peterborough, ON K9J 7B8, Canada. L.M. Armstrong. Institute for Wetland and Waterfowl Research, Ducks Unlimited Canada, P.O. Box 1160, Stonewall, MB R0C 2Z0, Canada. D.K. McNicol. Environment Canada, Canadian Wildlife Service, 335 River Road, Ottawa, ON K1A 0H3, Canada. R.D. Vinebrooke. Department of Biology, University of Alberta, Edmonton, AB T6G 2E9, Canada. 1This paper is part of the series ‘‘Forty Years of Aquatic Research at the Experimental Lakes Area’’. 2Corresponding author (e-mail: FreshwaterEcology@gmail.com). 1875 Can. J. Fish. Aquat. Sci. 66: 1875–1891 (2009) doi:10.1139/F09-126 Published by NRC Research Press