A methodology for applying Taxonomic Sufficiency and benthic biotic indices in two Mediterranean areas

Biotic indices have been developed to summarise information provided by benthic macroinvertebrates, but their use can require specialized taxonomic expertise as well as a time-consuming operation. Using high taxonomic level in biotic indices reduces sampling processing time but should be considered with caution, since assigning tolerance level to high taxonomic levels may cause uncertainty. A methodology for family level tolerance categorization based on the affinity of each family with disturbed or undisturbed conditions was employed. This family tolerance classification approach was tested in two different areas from Mediterranean Sea affected by sewage discharges. Biotic indices employed at family level responded correctly to sewage presence. However, in areas with different communities among stations and high diversity of species within each family, assigning the same tolerance level to a whole family could imply mistakes. Thus, use of high taxonomic level in biotic indices should be only restricted to areas where homogeneous community is presented and families across sites have similar species composition.

Long-term effects of beach nourishment on the benthic fauna of Panama City Beach, Florida /

The long-term effects of beach nourishment on the benthic infauna and surface sediments of Panama City beaches were investigated. Forty-seven stations located on nine transects between West Pass and Philips Inlet, and two nourishment borrow sites were sampled in November-December 1979 and May 1980. The data collected were compared to prenourishment base-line information collected by Saloman (1976). Abiotic parameters, water temperature, dissolved oxygen and salinity were measured. Sediments were analyzed for particle-size distribution, percent organic carbon and percent carbonate. Benthic macroinvertebrates were represented by 162 taxa of 14 major animal phyla. Species composition and faunal densities varied seasonally. Polychaetes and amphipods were the most abundant animal groups; a small number of species were dominant at nearly all stations. Species diversity was lowest in the swash zone and sandbar stations and highest offshore. Sediment composition was similar to that of Saloman's (1976) study within limits of sampling and processing errors. Faunal composition was found to be different from 1976 but was attributed to normal seasonal and spatial variations. Based on benthic community analyses and sediment parameters, no significant differences were found between nourishment borrow sites and surrounding areas and in the nearshore areas where beach nourishment was conducted. No long-term adverse effects of beach nourishment were detected. (Author).

The application of artificial neural networks to the interpretation and classification of freshwater benthic invertebrate communities

This thesis presents a thorough and principled investigation into the application of artificial neural networks to the biological monitoring of freshwater. It contains original ideas on the classification and interpretation of benthic macroinvertebrates, and aims to demonstrate their superiority over the biotic systems currently used in the UK to report river water quality. The conceptual basis of a new biological classification system is described, and a full review and analysis of a number of river data sets is presented. The biological classification is compared to the common biotic systems using data from the Upper Trent catchment. This data contained 292 expertly classified invertebrate samples identified to mixed taxonomic levels. The neural network experimental work concentrates on the classification of the invertebrate samples into biological class, where only a subset of the sample is used to form the classification. Other experimentation is conducted into the identification of novel input samples, the classification of samples from different biotopes and the use of prior information in the neural network models. The biological classification is shown to provide an intuitive interpretation of a graphical representation, generated without reference to the class labels, of the Upper Trent data. The selection of key indicator taxa is considered using three different approaches; one novel, one from information theory and one from classical statistical methods. Good indicators of quality class based on these analyses are found to be in good agreement with those chosen by a domain expert. The change in information associated with different levels of identification and enumeration of taxa is quantified. The feasibility of using neural network classifiers and predictors to develop numeric criteria for the biological assessment of sediment contamination in the Great Lakes is also investigated.

Does Long-Term Macrophyte Management in Lakes Affect Biotic Richness and Diversity?

We hypothesize that the richness and diversity of the biota in Lake Moraine (42°50’47”N, 75°31’39”W) in New York have been negatively impacted by 60 years of macrophyte and algae management to control Eurasian watermilfoil ( Myriophyllum spicatum L.) and associated noxious plants. To test this hypothesis we compare water quality characteristics, richness and selected indicators of plant diversity, zooplankton, benthic macroinvertebrates and fish in Lake Moraine with those in nearby Hatch Lake (42°50’06”N, 75°40’67”W). The latter is of similar size and would be expected to have similar biota, but has not been subjected to management. Measurements of temperature, pH, oxygen, conductivity, Secchi transparency, calcium, total phosphorus and nitrites + nitrates are comparable. Taxa richness and the diversity indices applied to the aquatic macrophytes are similar in both lakes. (PDF has 8 pages.)

Ecological change in Lough Erne: influence of catchment changes and species invasions

Lough Erne in Northern Ireland has been the subject of much research over the last 30 years by, amongst others, the Department of Agriculture and Rural Development (DARD). In this article, the authors provide a summary of a workshop held on the 16–17th October 2003 in Enniskillen, on the shores of Lough Erne, which gave an opportunity to step back and take a holistic look at the Erne lakes. Ecological change has been driven by many factors, including land use changes and species invasions. The workshop consisted of five sessions which are summarised in this article: Session 1 – Invasive species, nutrients, phytoplankton and macrophytes; Session 2 – Zooplankton, benthic macroinvertebrates and fish; Session 3 – An ecosystem approach – relating the previous sessions; Session 4 – How does Lough Erne fit into lake classifications? Implications of the Water Framework Directive; Session 5 – Using new techniques to examine food webs and species invasions. Identifying a future research programme for Lough Erne.

Aquatic ecology monitoring: water quality, fish, fish catch, sanitation and disease vectors: monitoring no. 10 and reservoir baseline, 23rd – 30th April 2012

The results reported on were from a monitoring survey No. 10 undertaken between 23 rd and 29th April 2012 during construction period of the Bujagali Hydropower Project (BHPP). Two pre-construction, baseline surveys in April 2000 and April 2006 were conducted and so far, during construction phase of the project, nine monitoring surveys have been undertaken i.e. in September 2007, April 2008, April 2009, October 2009, April 2010, September 2010, April 2011, September 2011and the present one, in April 2012. Since 2009 biannual monitoring surveys have been conducted at an upstream and a downstream transect of the BHPP with emphasis on the following aspects: water quality determinants biology and ecology of fishes and food webs fish stock and fish catch including economic aspects of catch and sanitation/vector studies (bilharzias and river blindness) During this survey, baseline assessment of the above mentioned studies was conducted in the reservoir behind the dam, including studies on algae, zooplankton and benthic macroinvertebrates which had been restrained since April 2008. The findings of baseline assessment of the reservoir are also contained in this report and are compared with those obtained from Transect 1(Upstream) and Transect 2 (Downstream).

Structure of macrozoobenthos of the East Dongting nature reserve, with emphasis on relationships with environmental variables

Ecological survey of macrozoobenthos assemblages was carried out at 32 sites in the East Dongting Nature Reserve, located in the northern region of the East Dongting Lake in the middle basin of the Yangtze River, China. All total 51 taxa including 18 oligochaetes, 15 mollusks, 14 insects and four other animals were recorded. Mollusks composed the dominant group and accounted for more than 70% of the total abundance. Assemblages were composed mainly of scrapers (66.7%) and collector-gatherers (nearly 20%), and to a lesser extent collector-filterers (roughly 12%), predators (ca. 7%), and shredders (ca. 6%). Two-way indicator species analysis, detrended correspondence, and canonical correspondence analysis (CCA) were employed to identify the relationships between macrozoobenthos assemblages and environmental variables. Thirty-two sites were separated into four site groups based on composition and relative abundance of benthic macroinvertebrates. CCA detected that water depth, pH, conductivity, SiO2, total nitrogen, total phosphorus, alkalinity, hardness, and Ca2+, were significant environmental factors influencing the pattern of macozoobenthos. In this minimal subset, water depth, pH, alkalinity and hardness were the most influential variables.

Family-level AMBI is valid for use in the north-eastern Atlantic but not for assessing the health of microtidal Australian estuaries

Analysis of benthic macroinvertebrate samples at a higher taxonomic level than species, e.g. family, potentially provides a more cost-effective protocol for environmental impact assessments and monitoring as it requires less time, funds and taxonomic expertise. Using the AMBI database, species ecological group scores are shown to be coherent within families. Faunal data from a wide range of environmental impact scenarios in the north-eastern Atlantic demonstrate that AMBI, calculated from mean values for families, exhibits a strong linear relationship with species-level AMBI, the correlation improving by using square-root transformed rather than untransformed abundances. In many regions of the world, however, the sensitivity of benthic macroinvertebrates to environmental perturbations is unknown, precluding the use of AMBI for environmental assessments. Yet the families are essentially the same as in the AMBI database. The utility of family-level AMBI is tested using data for four south-western Australian estuaries previously subjected to environmental quality assessments, but where only 17 species of the 144 taxa are included in the AMBI database. Although family-level AMBI scores reflect differences in environmental quality spatially and temporally within an estuary, they do not follow variations in environmental quality among estuaries. Indeed, south-western Australia estuaries are numerically dominated by families with high AMBI scores, probably due to the detrimental effects of natural accumulations of organic material in estuaries with long residence times. As taxonomic distinctness follows trends in environmental quality among estuaries, as well as temporally and spatially within a system, it provides an appropriate substitute for assessing the 'heath' of microtidal estuaries.

Predatory interactions between the invasive amphipod Gammarus tigrinus and the native opossum shrimp Mysis relicta

The invasive North American amphipod Gammarus tigrinus is successfully established in Lough Neagh, Northern Ireland. Gammarus tigrinus is increasingly recognized as having significant predatory impacts on macroinverebrates, contrary to the accepted functional feeding group status of Gammarus species. The native opossum shrimp Mysis relicta overlaps in habitat use with G. tigrinus. However, its interaction with benthic macroinvertebrates is rarely appreciated. Mutual predatory interactions between G. tigrinus and M. relicta were assessed in a series of laboratory experiments. Gammarus tigrinus actively preyed on adult and juvenile M. relicta at a range of spatial scales. Females and recently molted M. relicta were particularly vulnerable to predation. Mysis relicta did not prey on adult G. tigrinus, but rapidly eliminated juvenile G. tigrinus in microcosms. Changes in dissolved 02 saturation did not alter the predatory interaction between these species. Microhabitat use by M. relicta was altered in the presence of G. tigrinus, and the presence of G. tigrinus facilitated fish predation on M. relicta. A balance of mutual predatory pressure between these invasive and native species may explain their coexistence. Both species are likely to be strongly interactive with other macroinvertebrates in both native and invasive ranges.

Chlorophyll-a concentrations and macroinvertebrate declines coincide with the collapse of overwintering diving duck populations in a large eutrophic lake

1. Lough Neagh is one of the most important non-estuarine sites in the British Isles for overwinteringwildfowl. A change in the waterbird assemblage following the winter of 2000/2001 was drivenmainly by a rapid decline in the population of overwintering diving ducks. Sudden and discretechanges in resident as well as migratory waterbirds may suggest an intrinsic cause.
2. We compared the density and biomass of benthic macroinvertebrates, the food of overwinteringdiving ducks, in 2010 (following the diving duck population decline) with values from a baselinesurvey conducted in 1997/1998 (before the decline in diving ducks).
3. The mean total density of macroinvertebrates declined significantly by c. 65% from 15 300 m2in1997/1998 to 5136 m2in 2010. There was a concomitant c. 70% decline in mean macroinvertebratebiomass from 15 667 mg m2to 5112 mg m2. In terms of taxonomic composition, the relativecontribution of Tanypodinae, Glyptotendipes spp . and Tanytarsini declined, while the relativecontribution of Chironomus spp. increased.
4. We describe a shift in chlorophyll-a concentration, a proxy of phytoplankton biomass, in thelargest freshwater lake in the British Isles coincident with a significant reduction in macroinverte-brate density and biomass, with potential implications for ecosystem processes and ecologically andeconomically important consumer populations, including waterbirds and fishes

Temporal changes in the diet of Tufted Ducks Aythya fuligula overwintering at Lough Neagh

Numbers of Tufted Ducks Aythya fuligula wintering at Lough Neagh declined dramatically following the winter of 2000/01. The abundance and biomass of benthic macroinvertebrates, their main food source, declined significantly between the winters of 1997/98 and 2010. Therefore, information on recent diet was required to determine if there had been any significant changes before and after the observed declines in numbers of both macroinvertebrates and birds. Here, we used oesophageal content analysis to characterise the contemporary diet of Tufted Ducks at Lough Neagh during 2010-12. Out of 75 shot ducks, only three individuals had prey items in their oesophagi while all four ducks that accidentally drowned in gill nets contained prey items. Oesophageal contents were then compared with data collected during a study conducted in the late 1990s. Contemporary diet of Tufted Ducks was dominated by Asellus aquaticus (48%), but molluscs (14%), grain (13%) and chironomid larvae (11%) were also consumed. Between 1998-99 and 2010-12, the contribution of Asellus aquaticus to the diet significantly decreased while the proportions of chironomid larvae, grain, Gammarus spp. and Mysis spp. increased. Alternative methods of dietary analysis, for example stable isotope analysis, are recommended in future studies of diving duck diet at Lough Neagh.

Ecological quality assessment in transitional systems

Estuaries are poles of attraction for human settlement which is a source of pressures to surface water bodies. The implementation of the European Water Framework Directive (WDF, 2000/60/EC) has increased the investigation in order to develop methodologies to assess the Ecological Quality Status (EQS) of aquatic ecosystems. Transitional systems are naturally stressed and characterized by highly dynamic physical, chemical and hydro-morphologic conditions and by species with a higher level of tolerance to change, being more difficult to develop suitable quality indicators for these systems. The general purpose of this study is to test the ability of synthesis descriptors, including primary (S, taxa richness) and derived biological variable (H’, Shannon-Wiener diversity), biotic indices (AMBI and M-AMBI), body size properties (abundance distribution by body size classes, length, weight and length-weight relationships) and non-taxonomic indices (ISS), as well as functional indicators related to the decomposition rates of various experimental substrates, a macrophyte (Phragmites australis) and an alga (Fucus vesiculosus), to evaluate the environmental quality in transitional systems. This study was carried out in one of the most pristine channels of the Ria the Aveiro, Mira Channel, along a full salinity gradient and in a metals and metalloid sediment contamination area, the Estarreja Channel, and two reference channels (Canelas and Salreu). In this study were used different sampling techniques, the leaf-bag technique and a hand-held corer. In Mira Channel, the alga and the macrophyte presented an opposite trend in the decomposition rate along the salinity gradient, with the decomposition rates of the alga always higher than those of the macrophyte. The decomposition rates of the macrophyte and the alga were higher in the mid estuary and in higher salinity areas, respectively, corresponding to the preferencial distribution areas of each species. The macrobenthic fauna associated with the decaying and an artificial substrate (control) showed equally well the benthic succession from the marine to the freshwater areas and, despite the strong differences in the decay rates, no significant differences were found between the benthic communities associated with the alga and the macrophyte. The body size properties of the macrobenthic fauna associated with the P. australis leaf-bag (1mm and 5mm) and corer samples were studied along the full salinity gradient. The dominant species of the sub-set of measured specimens were not the same of the original macrobenthic fauna sampled but, despite that, the sub-set of measured specimens was also able to show the benthic succession from the marine to the freshwater areas. The body size abundance distribution of the benthic macroinvertebrates according to the ISS size classes did not show a particular trend in any sampler along the salinity gradient. Significant differences were found in the length, weight and length-weight relationships of Annelids, , Molluscs and even some species along the salinity gradient. No significant differences were found in the AMBI, M-AMBI and ISS values along the salinity gradient for all the samplers. The EQS of the corer samples obtained using the M-AMBI was lower than that of the leaf-bags. The EQS obtained with the ISS was higher than that obtained with the M-AMBI in the leaf-bags but not in the corer samples. The ecological effects of contaminated sediments associated with the industrial chemical effluents discharged in the Estarreja Channel were studied a decade after ceasing the emissions, using the Sediment Quality Triad approach and two reference channels. The results showed that despite the emissions ceased in 2004, the sediment remains polluted with high levels of metals and metalloid, available to bioaccumulation and with severe consequences at the community level. The sediment contamination problem was also studied using the leaf-bag technique with a macrophyte, an alga and a control substrate. The results showed that the decay rates, the associated macrofauna and the application of the AMBI, M-AMBI and ISS indices to the mesh-bag samples were not able to identify the sediment contamination. Contrarily to the AMBI, the M-AMBI and the ISS showed significant differences between the contaminated and the reference channels for the corer samples. Although such statistical significance, the interest of using these complex biotic indices could be questioned, when much simple ones, like the S and H’ allow to reach the same conclusions.

Les macroinvertébrés benthiques littoraux : bioindicateurs de la qualité écologique des milieux humides en zone urbaine

Les milieux aquatiques en zone urbaine sont reconnus comme des îlots de biodiversité qui offrent de nombreux services écologiques. Dans cette étude, nous avons utilisé les macroinvertébrés comme bioindicateurs de la qualité écologique des étangs, petits lacs et marais de l’Île de Montréal. Les macroinvertébrés ont été récoltés durant l’été 2011 dans la zone littorale de 20 sites variant par leur urbanisation et leurs caractéristiques limnologiques. Nous avons évalué la variation dans la richesse en taxa, les indices de diversité et plusieurs métriques basées sur la composition taxonomique ou les traits fonctionnels. Nous avons déterminé la réponse des métriques aux changements dans l’urbanisation, l’aménagement et les conditions des plans d’eau. Notre étude montre que les étangs, marécages et petits lacs constituent des réserves importantes de biodiversité en zone urbaine. Les marécages naturels et les étangs et lacs permaments avaient une meilleure qualité écologique et supportaient des communautés de macroinvertébrés plus diverses et abondantes que les petits étangs temporaires aménagés. Le couvert de végétation aquatique, l’enrichissement en nutriments et en matière organique ainsi que la biomasse des algues expliquaient le plus de variation dans les macroinvertébrés. Les aménagements, la densité urbaine et la permanence de l’eau avaient aussi une bonne influence. Les métriques univariées avaient moins de potentiel que les métriques multivariées. Nous avons discuté les implications de notre étude pour le suivi environnemental de la biodiversité et la qualité écologique des milieux aquatiques en zone urbaine.

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

Meiofaunal recruitment to mimic pneumatophores in a cool-temperate mangrove forest: spatial context and biofilm effects

A field experiment was devised to test whether meiofauna that colonised mimic pneumatophores (artificial substrates) resembled the assemblage on adjacent live pneumatophores in three randomly chosen intertidal, estuarine sites. The experiment showed that the close proximity of particular biota on living pneumatophores did not reliably influence subsequent development of assemblages upon mimic pneumatophores within a scale of 10 m during a colonisation period of less than 20 weeks. There was some convergence of the composition of the colonising assemblage of meiofauna on mimic pneumatophores with the local assemblages in sites dominated by barnacles, or where the natural pneumatophores were free from macroscopic epibionts. However, tychopelagic meiofauna from algal epiphytes did not significantly colonise mimic pneumatophores during the 20-week trial, probably due a lack of growing algae. During the conditioning phase suspended in water at a marine site 20 km from the mangroves, mimic pneumatophores acquired an assemblage of meiofauna different from the estuarine assemblage that colonised mimics following implantation in the estuarine mudflat. Enhanced colonisation rates of mimics in suspended bags at the conditioning site may be explained by the absence of benthic macroinvertebrates, and the lack of intertidal exposure. Biofilms aged 2, 7, and 11 weeks had no consistent, different effect on the subsequent colonisation of meiofauna. We conclude that divergence of phytal-based assemblages of meiofauna depends upon the amount of coverage, as well as the type, of fouling macro-epibionts on the pneumatophores. Meiofaunal assemblages on artificial substrates after 20 weeks colonisation displayed less intrinsic patchiness than mature phytal assemblages on natural pneumatophores, and so present a potentially useful way of improving the power of biomonitoring applications using meiofauna.