Research Paper

Effects of common carp (Cyprinus carpio) on water quality in aquatic ecosystems dominated by submerged plants: a mesocosm study

Effets de la carpe commune (Cyprinus carpio) sur la qualité de l'eau dans les écosystèmes aquatiques dominés par les plantes submergées : une étude en mésocosme

¹ Department of Ecology and Institute of Hydrobiology, Jinan University, Guangzhou, 510632, Pr China
² College of Resources and Environment, Anhui Agricultural University, Hefei, 230036, Pr China
³ State Scientific and Production Amalgamation Scientific-practical center of the National Academy of Sciences of Belarus for biological resources, Minsk, Belarus
⁴ Cornell Biological Field Station, Department of Natural Resources, Cornell University, New York, USA
⁵ State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing, 210008, Pr China
⁶ State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research, East China Normal University, Shanghai, 200062, Pr China

^* Corresponding author: wetlandxfz@163.com

Received: 18 January 2019
Accepted: 28 April 2019

Abstract

Common carp (Cyprinus carpio) have been introduced into aquatic systems across the world, where their benthivorous feeding behavior has resulted in serious water quality problems. A 12-week mesocosm experiment was set up to test the hypotheses that common carp increase water column nutrient levels and decrease water clarity in aquatic ecosystems dominated by submerged plants. Further, we tested whether the effect of common carp on macrophytes depended on the species of plants. Relative to the controls, the presence of carp decreased water clarity by increasing total suspended solids (TSS) and light attenuation. However, levels of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) in the water column were reduced. No significant change in phytoplankton biomass (measured as chlorophyll a) and the biomass of Hydrilla verticillata was observed between common carp treatment mesocosms and controls, but the common carp did reduce the biomass of the submerged macrophyte Vallisneria denseserrulata. We conclude that removal of common carp is likely to improve water clarity in aquatic ecosystems dominated by submerged plants primarily by decreasing TSS and that the effect of common carp on macrophytes is stronger for the meadow forming Vallisneria than for the canopy forming Hydrilla.

Résumé

La carpe commune (Cyprinus carpio) a été introduite dans les écosystèmes aquatiques du monde entier, où son comportement alimentaire benthivore a entraîné de graves problèmes de qualité de l'eau. Une expérience en mésocosme d'une durée de 12 semaines a été mise sur pied pour vérifier les hypothèses selon lesquelles la carpe commune augmente les niveaux de nutriments dans la colonne d'eau et diminue la clarté de l'eau dans les écosystèmes aquatiques dominés par des plantes submergées. De plus, nous avons vérifié si l'effet de la carpe commune sur les macrophytes dépendait de l'espèce des plantes. Par rapport aux témoins, la présence de carpes a réduit la clarté de l'eau en augmentant la quantité de solides en suspension (TSS) et l'atténuation de la lumière. Cependant, les niveaux d'azote total (TN) et de phosphore total (TP) dans la colonne d'eau ont été réduits. Aucun changement significatif de la biomasse du phytoplancton (mesurée en chlorophylle a) et de la biomasse de Hydrilla verticillata n'a été observé entre les mésocosmes expérimentaux avec carpe commune et les témoins, mais la carpe commune a réduit la biomasse du macrophyte immergé Vallisneria denseserrulata. Nous concluons que l'élimination de la carpe commune est susceptible d'améliorer la clarté de l'eau dans les écosystèmes aquatiques dominés par les plantes submergées, principalement en diminuant les MES, et que l'effet de la carpe commune sur les macrophytes est plus marqué chez Vallisneria qui forme des ≪ prairies » que chez Hydrilla qui forme les couverts.