Cyanobacteria-derived nitrogen uptake by benthic invertebrates in Lake Taihu: a mesocosm study using ¹⁵N labeling

L’absorption d’azote provenant de cyanobactéries par les invertébrés benthiques dans le lac Taihu: une étude en mésocosme utilisant un marquage ¹⁵N

⁽¹⁾ State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, P.R. China
⁽²⁾ Department of Ecology and Institute of Hydrobiology, Jinan University, Guangzhou 510630, P.R. China
⁽³⁾ Sino-Danish Center for Education and Research (SDC), Beijing, P.R. China
⁽⁴⁾ Department of Bioscience, Aarhus University, 8600 Silkeborg, Denmark

^⋆ Corresponding author: jlyu@niglas.ac.cn

Received: 22 September 2014
Revised: 19 October 2014
Accepted: 23 October 2014

Abstract

Eutrophication of lakes can lead to dominance by cyanobacteria, which are hardly used by zooplankton due to their low nutrition value. However, sedimented cyanobacterial detritus may be a useful source for benthic invertebrates. We studied the Microcystis-derived nitrogen incorporation in benthic invertebrates in Lake Taihu using stable isotopic nitrogen (¹⁵N) as a tracer. The δ¹⁵N of all organisms increased significantly with time after addition of the labeled Microcystis detritus. δ¹⁵N values of POM and periphyton peaked earlier than for benthic invertebrates, and the maximum levels were also higher than bivalves, snails and worms (Limnodrilus spp.). Among benthic invertebrates, Radix swinhoei peaked later than other invertebrates, but the maximum level and the excess ¹⁵N of the last sampling day were higher. At the end of the experiment, approximately 70% of the added ¹⁵N was retained in the benthic food web, while only a small fraction (less than 1%) of the added detritus ¹⁵N occurred in the pelagic food web. Our results suggest that nitrogen from cyanobacteria can be incorporated more in benthic than pelagic food webs and cyanobacterial blooms may contribute to the development of benthic animals.

Résumé

L’eutrophisation des lacs peut conduire à la dominance des cyanobactéries, qui sont très peu utilisées par le zooplancton en raison de leur faible valeur nutritionnelle. Cependant, les détritus sédimentés de cyanobactéries peuvent être des sources utiles pour les invertébrés benthiques. Nous avons étudié l’incorporation d’azote provenant de Microcystis par les invertébrés benthiques dans le lac Taihu en utilisant de l’azote isotopique stable (¹⁵N) comme traceur. Le δ¹⁵N de tous les organismes a augmenté de manière significative au cours du temps après l’addition du détritus de Microcystis marqué. Les valeurs de δ¹⁵N de POM et du périphyton ont atteint un maximum plus tôt que pour les invertébrés benthiques, et les teneurs maximales étaient également plus élevées que chez les bivalves, les escargots et les vers (Limnodrilus spp.). Chez les invertébrés benthiques, Radix swinhoei a atteint un sommet plus tard que pour d’autres invertébrés, mais le niveau maximum et l’excès en ¹⁵N de la dernière journée d’échantillonnage étaient plus élevés. À la fin de l’expérience, environ 70 % du ¹⁵N ajouté a été retenu dans la chaîne alimentaire benthique, tandis que seule une petite fraction (moins de 1 %) du ¹⁵N ajouté est retenue dans le pélagique. Nos résultats suggèrent que l’azote de cyanobactéries peut être incorporé dans les réseaux trophiques benthiques plus que dans les pélagiques et la prolifération de cyanobactéries peut contribuer au développement des animaux benthiques.