Marine carbon and nitrogen in southeastern Alaska stream food webs: Evidence from artificial and natural streams

Incorporation of marine-derived nutrients (MDN) into freshwater food webs of southeastern Alaska was studied by measuring the natural abundance of nitrogen and carbon stable isotopes in biota from artificial and natural streams. Biofilm, aquatic macroinvertebrates (detritivores, shredders, and predators), and fish (coho salmon, Oncorhynchus kisutch, and cutthroat trout, Oncorhynchus clarki) were sampled from streams in which Pacific salmon (Oncorhynchus spp.) carcasses had been artificially placed or were present naturally. In the presence of carcasses, all trophic levels incorporated marine-derived nitrogen (range, 22-73% of total N) and carbon (range, 7-52% of total C). In general, chironomid midges assimilated more marine-derived nitrogen and carbon than did other consumers. The assimilation of MDN by aquatic organisms and subsequent isotopic enrichment (5-6‰ for 15 N, 3-4‰ for 13 C) were similar in experimentally and naturally carcass-enriched streams. For specific taxa, however, percent assimilation for marine nitrogen and carbon were often dissimilar, possibly because of fractionation or transfer inefficiencies. These results suggest that pathways of MDN incorporation into stream food webs include both consumption of salmon material by macroinvertebrates and fish and uptake of mineralized MDN by biofilm. Incorporation of MDN into multiple trophic levels demonstrates the ecological significance of annual returns of anadromous fishes for sustaining the productivity of freshwater food webs. Resume : La mesure de l'abondance naturelle des isotopes stables d'azote et de carbone chez les organismes vivants de cours d'eau naturels et artificiels a permis d'etudier l'incorporation des nutriments d'origine marine (MDN) dans les reseaux alimentaires d'eau douce dans le sud-est de l'Alaska. Nous avons preleve des echantillons de biofilm, de macroinvertebres aquatiques (detrivivores, dechiqueteurs et predateurs) et de poissons (saumons coho, Oncorhynchus kisutch, et truites fardees, Oncorhynchus clarki) dans des cours d'eau ou des carcasses de saumons du Pacifique (Oncorhynchus spp.) se retrouvaient naturellement ou avaient ete ajoutees experimentalement. En presence des carcas- ses, les organismes de tous les niveaux trophiques incorporent de l'azote (etendue, 22-73 % de N total) et du carbone (etendue, 7-52 % de C total) d'origine marine. En general, les chironomides assimilent plus d'azote et de carbone d'origine marine que ne le font les autres invertebres. L'assimilation de MDN par les organismes aquatiques et l'enrichissement subsequent en isotopes (5-6 ‰ pour 15 N, 3-4 ‰ pour 13 C) sont semblables dans les cours d'eau enrichis naturellement ou artificiellement avec les carcasses de saumons. Cependant, les pourcentages d'assimilation d'azote et de carbone d'origine marine par des taxons particuliers peuvent souvent varier, probablement a cause de l'inefficacite du fractionnement ou du transfert. Nos resultats laissent croire que les voies d'entree du MDN dans le reseau alimentaire des cours d'eau incluent la consommation de tissus de saumons par les macroinvertebres et les poissons, ainsi que l'absorption du MDN mineralise par le biofilm. L'incorporation de MDN a de multiples niveaux trophiques souligne l'importance ecologique du retour annuel des poissons anadromes pour le maintien de la productivite des reseaux alimentaires d'eau douce. (Traduit par la Redaction) Chaloner et al. 1265