Landscape-scale influences on stream habitats and biota

Abstract

The relative influence of geologic versus anthropogenic attributes of catchments on stream ecosystems was examined in 45 catchments of a river basin in central Michigan. Each catchment was characterized by land use, surficial geology, elevation, and hydrography, and summaries of these data were related to physical habitat characteristics that had the greatest influence on macroinvertebrate assemblages. Partial redundancy analysis revealed that geologic and land-use variables had similar magnitudes of influence on stream habitats. Of the geologic variables, catchment area, proportion of lacustrine clays, and glacial outwash materials had the strongest influence on physical habitat, particularly on channel dimensions. Row-crop agriculture and the presence of wetlands were the most important land-use variables, particularly influencing amounts of woody debris. Stream buffers (100 m) were more important than whole catchment data for predicting sediment-related habitat variables; however, channel morphology was more strongly related to whole catchments. Results suggest that catchment-wide geology and land-use characteristics may be more important than stream buffers for maintaining or restoring stream ecosystems. These techniques can be used to develop biologic signatures of catchment condition that discriminate causal factors influencing the biodiversity and health of stream ecosystems. Resume : Nous avons examine les influences respectives sur les ecosystemes des cours d'eau des attributs geologiques des bassins-versants en regard de leurs attributs anthropiques dans 45 aires d'alimentation d'un bassin fluvial du centre du Michigan (Etats-Unis). Nous avons caracterise chaque aire d'alimentation par l'utilisation du sol, la geologie de subsurface, l'elevation et l'hydrographie et nous avons rattache les sommaires des donnees ainsi obtenues aux caracteristiques de l'habitat physique qui exercaient la plus forte influence sur les communautes de macro-invertebres. L'analyse par redondance partielle a revele que les variables geologiques et les variables d'utilisation du sol exercaient sur les habitats une influence du meme ordre de grandeur. Pour ce qui est des variables geologiques, ce sont l'aire du bassin-versant ainsi que la proportion d'argiles lacustres et de materiaux stratifies fluvio-glaciaires qui ont agi le plus sur l'habitat physique, particulierement sur les dimensions du chenal. Les cultures en lignes et la presence de terres humides consituaient les plus importantes variables en matiere d'utilisation du sol, variables qui ont agi tout particulierement sur la quantite de debris ligneux. Les zones tampons (100 m) ont joue un plus grand role que les donnees sur les bassins-versants tout entiers dans la prevision des variables d'habitat relatives aux sediments; par contre, la morphologie du chenal se rattachait plus fortement aux bassins-versants tout entiers. Les resultats permettent de penser que la geologie du bassin-versant et les caracteristiques d'utilisation du sol font peut-etre plus que les zones tampons pour maintenir ou retablir les ecosystemes des cours d'eau. On peut recourir a ces techniques pour elaborer, au sujet de l'etat des bassins-versants, des signatures biologiques qui distinguent les facteurs causaux de la biodiversite et de la sante des ecosystemes des cours d'eau. (Traduit par la Redaction)