Calibration of the zooplankton community size spectrum as an indicator of change in Canadian Shield lakes

Developing the crustacean zooplankton community size spectrum into an indicator of change in lakes requires quantification of the natural variability in the size spectrum related to broad-scale seasonal, annual, and spatial factors. Characterizing seasonal patterns of variation in the size spectrum is necessary so that monitoring programs can be designed to minimize the masking effects that seasonal processes can have on detecting longer-term temporal change. We used a random effects model to measure monthly, annual, and interlake variability in the slope (i.e., relative abundance of small and large organisms) and centered height (i.e., total abundance) of the crustacean zooplankton normalized abundance size spectrum from 1981 to 2011 among eight Canadian Shield lakes. Consistent with theoretical predictions, the slope was a relatively stable characteristic of the zooplankton community compared with the height, which varied significantly among lakes. We identified a seasonal signal in height and slope and used a mixed effects model to characterize the linear rate of change from May to October; there was an overall decline in height and an overall increase in slope. Seasonal variance was greater than annual variance for both the height and the slope, suggesting that long-term monitoring of lakes and interlake comparisons using zooplankton size spectra should be based on temporally standardized sampling protocols that minimize the effects of seasonal processes. We recommend sampling the zooplankton community in midsummer because this results in size spectrum estimates close to seasonal mean values. L'utilisation du spectre de tailles de communautes de zooplancton crustace comme indicateur de changement dans les lacs necessite la quantification de la variabilite naturelle dans le spectre de tailles associee a des facteurs saisonniers, annuels et spatiaux a grande echelle. La caracterisation des motifs saisonniers de variation dans le spectre de tailles est necessaire pour concevoir des programmes de surveillance qui minimisent les effets de masquage que peuvent exercer des processus saisonniers sur la detection de changements a long terme. Nous avons utilise un modele d'effets aleatoires pour mesurer la variabilite mensuelle, annuelle et entre lacs de la pente (c.-a-d. l'abondance relative des organismes de petite et grande taille) et la hauteur centree (c.-a-d. l'abondance totale) du spectre d'abondance selon la taille normalise de zooplancton crustace de 1981 a 2011 pour huit lacs du Bouclier canadien. Conformement aux predictions theoriques, la pente s'avere une caracteristique relativement stable de la communaute de zooplancton comparativement a la hauteur, qui varie significativement entre les lacs. Nous relevons un signal saisonnier dans la hauteur et la pente et utilisons un modele a effets mixtes pour caracteriser le taux lineaire de changement de mai a octobre; il en ressort une baisse globale de la hauteur et une hausse globale de la pente. La variance saisonniere est plus grande que la variance annuelle tant pour la hauteur que pour la pente, donnant a penser que la surveillance a long terme de lacs et les comparaisons entre lacs qui font appel aux spectres de tailles du zooplancton devraient reposer sur des protocoles d'echantillonnage a normalisation temporelle qui minimisent les effets de processus saisonniers. Nous recommandons l'echantillonnage des communautes de zooplancton au milieu de l'ete puisque cela produit des estimations du spectre de tailles s'approchant des valeurs moyennes saisonnieres.
Introduction Many indicators have been developed to provide information about the composition, structure, or function of aquatic ecosystems (Great Lakes Water Quality and Science Advisory Boards 2013). However, a key [...]