Assessing the reliability of salinity inference models from diatom assemblages: an examination of a 219-lake data set from western North America

Abstract

Surface-sediment samples for diatom analyses, along with water chemistry and other limnological data, were collected from 113 fresh and saline lakes on the southern Interior Plateau and in the southern Rocky Mountain Trench of British Columbia, and combined with an existing calibration data set of 102 lakes from the southern interior of British Columbia and 11 saline lakes from the northern Great Plains. Diatom-based salinity inference models (= transfer functions) were developed using weighted-averaging and weighted-averaging with tolerance downweighting regression and calibration. The effects of species deletions and data-set size on the predictive ability (root mean square error of prediction after bootstrapping (RMSE boot )) of the models were evaluated by developing models using different species deletion criteria and by varying the number of lakes in the data set. The study emphasizes the value of training sets with a large number of lakes and of taxa to develop transfer functions with robust and reliable estimates of species optima and tolerances and to provide more and closer modern analogues for inferring salinity from diatom assemblages downcore. The new salinity transfer function generated from this larger data set (RMSE boot = 0.37, r 2 = 0.87) is an improvement over an earlier model developed from this region.Résumé : Des échantillons de sédiments superficiels, destinés à l'analyse des diatomées ainsi qu'à celle de la chimie de l'eau et à la recherche d'autres données limnologiques, ont été prélevés dans 113 lacs d'eau douce et d'eau salée du Plateau intérieur du sud et du Sillon des Rocheuses du Sud en Colombie-Britannique, et les données ont été combinées à la série existante de données de calibration couvrant 102 lacs de l'intérieur du sud de la Colombie-Britannique et 11 lacs salés des Grandes Plaines boréales. Les modèles d'inférence (= fonctions de transfert) de la salinité à partir des diatomées ont été élaborés à partir d'une régression et d'une calibration faisant appel à la moyenne pondérée et à la moyenne pondérée avec sous-pondération de la tolérance. Nous avons évalué les effets du retrait des espèces et de la taille de la série de données sur la capacité prédictive (RMSE boot ) en élaborant des modèles faisant appel à différents critères de retrait des espèces et en faisant varier le nombre de lacs dans la série de données. L'étude met l'accent sur la valeur des bases d'apprentissage comptant un grand nombre de lacs et des taxons pour la formulation de fonctions de transfert comportant des estimations robustes et fiables des optima des espèces et des tolérances, et pour fournir des analogues modernes plus nombreux et plus proches en vue de déduire la salinité à partir des assemblages de diatomées dans la carotte. La nouvelle fonction de transfert de la salinité générée à partir de cette grande série de données (RMSE boot = 0,37, r 2 = 0,87) constitue une amélioration par rapport à un modèle antérieur élaboré pour cette région. [Traduit par la Rédaction]

Millennial‐scale relationships of diatom species richness and production in two prairie lakes

“…There was no statistical relationship between counting intensity and species richness. Past lakewater salinity was estimated from changes in the relative abundance of fossil diatoms using inference models that relate diatom species composition to modern lake chemistry (Wilson et al 1996). The predictive ability of these diatom-inference models is strong and highly significant, as judged from the relationship between inferred and observed salinity in a suite of modern lakes (bootstrapped r 2 ϭ 0.8-0.9, p Ͻ 0.001; Fritz et al 1999).…”

Modern saltmarsh diatom distributions of the Outer Banks, North Carolina, and the development of a transfer function for high resolution reconstructions of sea level

“…Given this general paucity of information, ecologists have recently adopted a quantitative approach to ecological reconstruction (e.g. Imbrie and Kipp, 1971;Nelson and Kashima, 1993;Hemphill-Haley, 1995a, b, c;Jones and Juggins, 1995;Wilson, et al, 1995;Gasse et al, 1997;Sherrod, 1999;Zong et al, 2001;Sawai, et al, 2004a, b). In coastal studies, the transfer function approach is producing a new generation of high-resolution sea-level reconstructions that is seeking to bridge the gap between shortterm instrumental records and long-term, traditional geological reconstructions or geophysical predictions (e.g.…”

Paleolimnological Evidence of Terrestrial and Lacustrine Environmental Change in Response to European Settlement of the Red River Valley, Manitoba and North Dakota*

“…Samples were freeze-dried and prepared according to standard procedures (Batterbee, 1986;Wilson et al, 1996). All diatoms were identified to the lowest possible taxonomic level and taxonomy following Krammer andLange-Bertalot (1986-1991), Germain (1981) and Schrader and Gersonde (1978).…”