Using species traits to assess ecological integrity of urban streams

Abstract

Urbanization has deep impacts in streams affecting all aspects of the ecosystem. The distinctive impacts of urbanization include the increase in impervious surfaces which in turn alters the hydrology and geomorphology of streams. Thus, urbanization affects not only water quality but also habitat characteristics. Biological indicators may reveal spatial-temporal effects of stressors and their cumulative effects on stream biota and biotic indices based on intolerance to disturbance and taxonomic richness are effective and widely used to assess ecological health. However, the multiple, co-occurring and interacting stressors of urban streams, namely habitat alterations, may be better revealed by macroinvertebrate traits - the species adaptations to environmental conditions. The aim of this study is to compare traditional quality assessment approaches related to macroinvertebrate community structure and widely used biotic indices with information provided by the study of aquatic macroinvertebrate traits in order to establish the ability of species traits to assess ecological integrity of urban streams. The results obtained during four sampling occasions at four sites in Ribeira dos Covões, a small peri-urban stream in Coimbra revealed more temporal than spatial variability. The combination of five traits related to macroinvertebrate biological (duration of the life cycle, resistance form and feeding method), physiological (respiration form) and ecological (locomotion and relationship to the substrate) adaptations was able to separate sampling dates whose environmental variables were distinct but not sites. In conclusion, the use of species traits allows distinguishing samples that are clearly associated different environmental characteristics.

A urbanização tem efeitos profundos nos rios afectando todos os aspectos do ecossistema. Os efeitos mais distintivos da urbanização incluem o aumento de superfícies impermeáveis que por sua vez alteram a hidrologia e a geomorfologia dos rios, afectando não só a qualidade da água mas também as características do habitat. Os indicadores biológicos podem revelar os efeitos espácio-temporais das pressões exercidas sobre o ecossistema mas também os seus efeitos cumulativos sobre as comunidades bióticas. Índices bióticos baseados na intolerância à perturbação e na riqueza taxonómica são eficazes e amplamente utilizados para avaliar a qualidade ambiental. No entanto, a multiplicidade de pressões co-ocorrendo e interagindo nos rios urbanos, nomeadamente alterações de habitat, poderão ser melhor reveladas recorrendo a traits de macroinvertebrados – adaptações das espécies às condições ambientais. O objectivo deste estudo é comparar as abordagens tradicionais de avaliação de qualidade, relacionadas com a estrutura da comunidade de macroinvertebrados e índices bióticos correntemente utilizados, com informações obtidas pelo estudo de traits de macroinvertebrados aquáticos, a fim de estabelecer a capacidade da sua utilização para avaliar a integridade ecológica dos rios urbanos. Os resultados obtidos durante quatro amostragens em quatro locais da Ribeira dos Covões, um pequeno rio periurbano de Coimbra, revelaram existir maior variabilidade temporal que espacial. A combinação de cinco traits biológicos (duração do ciclo de vida, forma de resistência e modo de alimentação), fisiológicos (modo de respiração) e ecológicos (locomoção em relação ao substrato) permitiu separar datas de amostragem cujas variáveis ambientais foram distintas mas não locais. Concluindo, o uso de traits permite distinguir amostras associadas a características ambientais distintas.