Despite growing recognition of the importance of ecosystem services and the economic and ecological harm caused by invasive species, linkages between invasions, changes in ecosystem functioning, and in turn, provisioning of ecosystem services remain poorly documented and poorly understood. We evaluate the economic impacts of an invasion that cascaded through a food web to cause substantial declines in water clarity, a valued ecosystem service. The predatory zooplankton, the spiny water flea (Bythotrephes longimanus), invaded the Laurentian Great Lakes in the 1980s and has subsequently undergone secondary spread to inland lakes, including Lake Mendota (Wisconsin), in 2009. In Lake Mendota, Bythotrephes has reached unparalleled densities compared with in other lakes, decreasing biomass of the grazer Daphnia pulicaria and causing a decline in water clarity of nearly 1 m. Time series modeling revealed that the loss in water clarity, valued at US$140 million (US$640 per household), could be reversed by a 71% reduction in phosphorus loading. A phosphorus reduction of this magnitude is estimated to cost between US$86.5 million and US$163 million (US$430-US$810 per household). Estimates of the economic effects of Great Lakes invasive species may increase considerably if cases of secondary invasions into inland lakes, such as Lake Mendota, are included. Furthermore, such extreme cases of economic damages call for increased investment in the prevention and control of invasive species to better maximize the economic benefits of such programs. Our results highlight the need to more fully incorporate ecosystem services into our analysis of invasive species impacts, management, and public policy.

Species invasions can disrupt aquatic ecosystems by re-wiring food webs. A trophic cascade triggered by the invasion of the predatory zooplankter spiny water flea (Bythotrephes cederströmii) resulted in increased phytoplankton due to decreased zooplankton grazing. Here, we show that increased phytoplankton biomass led to an increase in lake anoxia. The temporal and spatial extent of anoxia experienced a step change increase coincident with the invasion. Anoxia was driven by phytoplankton biomass and stratification changes, and anoxic factor increased by 10 days. In particular, anoxia established more quickly following spring stratification. A shift in spring phytoplankton phenology encompassed both abundance and community composition. Diatoms (Bacillaryophyta) drove the increase in spring phytoplankton biomass, but not all phytoplankton community members increased, shifting the community composition. We infer that increased phytoplankton biomass increased labile organic matter and drove hypolimnetic oxygen consumption. These results demonstrate how a species invasion can shift lake phenology and biogeochemistry. Scientific significance statement Invasive species can affect aquatic ecosystems, often by disrupting food webs. We investigated whether the invasive predatory zooplankton spiny water flea could additionally impact the biogeochemistry of a lake, specifically hypolimnetic anoxia dynamics. Using 24 years of observations spanning a spiny water flea invasion that triggered a food web-mediated increase in phytoplankton, we found that increased spring phytoplankton coincided with an earlier onset of anoxia, thereby drawing a connection between a species invasion and a shift in lake oxygen dynamics. Data availability statement All data is publicly available through the Environmental Data Initiative via identifiers referenced in the methods. Scripts and data to reproduce the results are available on GitHub ( https://github.com/robertladwig/spinyAnoxia ) and in Rohwer et al. (2023). Author contributions RRR and RL co-led the entire manuscript effort and contributed equally. RL and RRR came up with the research question and conducted the statistical and numerical analyses: RL analysed the anoxia dynamics and related water quality variables, RRR analysed the phytoplankton community dynamics. RL, RRR, and HAD created figures and visualizations. PCH, JW and JVZ provided essential feedback to the analyses and the discussion of ecosystem implications. RRR and RL co-wrote the paper.