Paleoecology of a groundwater outflow using siliceous microfossils

AbstractPaleoecological investigations of sediments deposited downstream of freshwater springs have the potential to reconstruct the environmental history of source aquifers and their catchments, thereby allowing for the study of long-term changes in these important hydrological systems. In an exploratory investigation, a 76-cm sediment column was obtained from a spring bed in Scarborough, southern Ontario, Canada. The column represents about 160 years of accumulated sediment. Siliceous microfossils, including diatoms, chrysophyte cysts, phytoliths and plates of testate amoebae (Rhizopoda), were identified and enumerated. Over the ~160-year period, siliceous remains track a gradual transition from a slow river environment in the early 1800s to a spring-fed pond environment by the late-1800s, hurricane-induced flooding, and the eventual slowing and drying of the spring in the latter half of the twentieth century. Basal, pre-settlement sediments contain a cosmopolitan assemblage of diatom taxa and testacean plates of the genus Lesquereusia. Between ~1880 and ~1954, fossils of aquatic species occur only in trace amounts, indicating increased deposition of clastic material and poor conditions for survival, but unbroken microfossils indicate that preservation of opaline remains was not a problem. Despite low concentrations of microfossils in this interval, chrysophyte and testacean survival was favoured over diatoms. In 1954, a thick layer of sediment was deposited by hurricane-induced flooding, confirmed by high phytolith concentrations from terrestrial sources. Since ~1960, epiphytic diatoms, reflecting dense macrophyte growth and higher productivity, dominate the diatom assemblage. Some of the recent diatom taxa are also salinity-tolerant, reflecting possible groundwater salinification. Chrysophyte cysts are relatively abundant at the top of the sediment column, but recent concentrations are lower than pre-settlement levels, likely reflecting an increased nutrient load. Recent increases in vegetation in and around the spring are also inferred by high concentrations of testacean plates and phytoliths. These paleoecological data match historical records and data from previous investigations of fossil aquatic insect larvae. These approaches show promise for relating changes in siliceous microfossils to human impacts and natural changes in spring habitats, their catchments and the quality of groundwater.RésuméL’analyse paléoécologique de sédiments déposés en aval d’une source d’eau douce permet de reconstituer l’historique des environnements des aquifères de recharge et de leur bassin-versant, permettant ainsi l’étude des changements à long terme de ces systèmes hydrologiques. Lors d’une analyse exploratoire, une colonne de sédiments de 76 cm a été extraite du lit d’une source de Scarborough (Sud de l’Ontario, Canada). La colonne représente une accumulation de sédiment d’environ 160 ans. Les microfossiles siliceux comprenant les diatomées, les kystes de chrysophycées, les phytolithes et les plaques de tests d’amibes (Rhizopoda) ont été identifiés et énumérés. Pendant une période de ~160 ans, les restes siliceux ont enregistré une transition graduelle d’un environnement de rivière à courant lent au début des années 1800 vers un étang alimenté par une source à la fin des années 1800, une inondation causée par un ouragan et un éventuel assèchement de la source durant la dernière moitié du 20e siècle. Les sédiments basaux, datant de la période pré-coloniale, contiennent des assemblages cosmopolites de taxa de diatomées et de tests d’amibes du genre Lesquereusia. Entre ~1880 et ~1954, les espèces aquatiques fossiles se trouvent seulement en infime quantité, indiquant une augmentation des dépôts de matériel clastique. En dépit des faibles concentrations en microfossiles entre 1880 et 1954, la survie des chrysophycées et des tests a été meilleure que celle des diatomées. En 1954, une épaisse couche de sédiments a été déposée lors d’une inondation causée par un ouragan, d’après les fortes concentrations de phytolithes de source terrestre. Depuis ~1960, les diatomées épiphytiques dominent, reflétant la grande abondance de macrophytes et une productivité plus forte. Certaines diatomées récentes sont aussi tolérantes à la salinité, reflétant une possible augmentation de la salinité des eaux souterraines. Les kystes de chrysophycées sont relativement abondants à la surface des sédiments, mais les concentrations récentes sont inférieures à celles du niveau de la période pré-coloniale, probablement dues à l’augmentation de la charge en nutriments. Des changements récents de la végétation de la source sont aussi inférés par une concentration élevée de tests d’amibes et de phytolithes. Nos données paléoécologiques concordent avec les données historiques et celles d’analyse de larves d’insectes aquatiques.Key Words: SpringGroundwaterPaleoecologyDiatomsSiliceous microfossilsMots-clés: Analyse macrofossileécologie de la restaurationFeuPaléoécologieQuébecTourbière

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