Levels of Ecological Organizationin Freshwater Systems
Population
Community
Ecosystem
Freshwater Ecosystems andAquatic-Terrestrial Linkages
To describe the ecosystem concept.
To review recent advances in our understanding ofthe ecosystem ecology of freshwater systems,focusing on linkages between freshwater andterrestrial systems.
To expand this discussion of freshwater-terrestriallinkages by examining the community-levelimplications of these linkages.
The Ecosystem Concept
 Ecosystem = natural unit of the landscape with a criticallevel of homogeneity.
 Nutrients and energy cycle within ecosystems and moveamong ecosystems by abiotic process and biotic processes.
> Individuals / populations / communities are differentways of packaging energy and nutrients, and offerdifferent perspectives on how energy and nutrients movewithin and among ecosystems.
 By tracking the input, internal cycling, and output of energyand nutrients, we can understand the fundamental role of anecosystem in the larger landscape.
We have seen the influence ofthe ecosystem concept already:
watershed5aerial
What else can an ecosystem approachtell us about the connection betweenfreshwater and terrestrial systems?
 Are streams just plumbing thelandscape?
 Where does the C that supportslake productivity come from?
 Are streams just plumbing thelandscape?
N
What else can an ecosystem approachtell us about the connection betweenfreshwater and terrestrial systems?
The N problem
Rivers deliverN to coastalecosystems
swan_algae
Streams andrivers are notN-limited
The LINXproject
Spiraling Length
How far does the average N atom traveldownstream before taken up by the biota?
N
 S Low = Retentive
 S High = Leaky
(Peterson et al. 2001)
LINXResults
(Peterson et al. 2001)
LINX Implications
Streams help to prevent terrestrial N fromreaching coastal ecosystems…
…especially headwater streams.
lungs
What else can an ecosystem approachtell us about the connection betweenfreshwater and terrestrial systems?
 Where does the C that supportslake productivity come from?
Where does the C that supports lakecommunities come from?
lake
Autochthonous
Allochthonous
hamburger%202
130957b
Where does the C that supports lakeproductivity come from?
lake
CO2
Respiration > Photosynthesis
Aerial View of Lakes Peter, Paul, & Tuesday
Emma Kritzberg (Lund University, Sweden) and Crystal Fankhauser (University of Wisconsin-Madison) on Peter Lake (photo: Steve Carpenter)
TheExperiment
13C
(Pace et al. 2004)
 Corrected for 13C thatcould have come fromphotosynthesis.
 Allochthonous Caccounted for 40-55%of POC and 22-50% ofzooplankton.
The Results
(Pace et al. 2004)
Conclusions
Lakes themselves dont produce enough C tosupport the animals that live in them.
Input of organic matter from the watershedallows for more secondary productivity than iflakes were isolated microcosms.
Pike
Ulothrix
maple-leaf
(Pace et al. 2004)
birds, bugs, and fishvs.N and C
Population
Community
Ecosystem
How connected are stream andterrestrial communities?
The Experiment
Japan_Divisions
Stream
 Plots in and along a headwater stream onHokkaido Island, Japan
 Forest is deciduous
(Nakano and Murakami 2001)
Predator Communities
Forest
Stream
wb_nuthatch-l
サクラマス,ヤマメ
mayfly_1_med
MothLuna
 Physical conditions in stream and riparian zone:
Temperature
Light input
 Biological conditions in stream and riparian zone:
Availability of aquatic and terrestrial invertebrateprey
Flux of invertebrate prey from stream-to-forestand from forest-to-stream
Proportion of allochthonous prey in fish andbirds (i.e., prey from where the predators arent)
(Nakano and Murakami 2001)
Temperature Results
(Nakano and Murakami 2001)
: Leaves on
: Leaves off
Daily mean temperature (ºC)
Terrestrial Predator Diet Results
(Nakano and Murakami 2001)
: Leaves on
: Leaves off
wb_nuthatch-l
mayfly_1_med
Aquatic Predator Diet Results
(Nakano and Murakami 2001)
: Leaves on
: Leaves off
サクラマス,ヤマメ
MothLuna
PredatorDietResults
(Nakano andMurakami 2001)
wb_nuthatch-l
サクラマス,ヤマメ
Conclusions
 Both stream AND terrestrial predatorsuse prey inputs from the other systems.
Maybe freshwater and terrestrialdistinctions are less useful than wethought…
Pike
Ulothrix
maple-leaf
*The views expressed here are those of theperson doing the talking.
Editorial*
It does appear that on many, many differenthuman attributes-height, weight, propensity forcriminality, overall IQ, mathematical ability,scientific ability - there is relatively clearevidence that whatever the difference inmeans-which can be debated - there is adifference in the standard deviation, andvariability of a male and a female population.
- Lawrence H. Summers     President of Harvard   January 14, 2005
Editorial*
 Mary E. Power, UC Berkeley
 Bobbi L. Peckarsky, Cornell and University of Wisconsin
 Margaret A. Palmer, University of Maryland
 Kate H. Macneale, NOAA
 Margaret A. Palmer, University of Maryland
 Emily S. Bernhardt, Duke University
 Judy L. Meyer, University of Georgia
 Carol L. Folt, Dartmouth College
 Nancy B. Grimm, Arizona State University
 Margaret B. Davis, University of Minnesota
 Jane M. Hughes, Center for Riverine Landscapes, Australia
*The views expressed here are those of theperson doing the talking.
Editorial*
It does appear that on many, many differenthuman attributes-height, weight, propensity forcriminality, overall IQ, mathematical ability,scientific ability-there is relatively clearevidence that whatever the difference inmeans-which can be debated-there is adifference in the standard deviation, andvariability of a male and a female population.
- Lawrence H. Summers Former President of Harvard   January 14, 2005
WRONG