A Bayesian framework to objectively combine metrics when developing stressor specific multimetric indicator

In the context of the European Water Framework Directive (WFD), monitoring programs and related indicators have been developed to assess anthropogenic impacts on various components of aquatic ecosystems. While great precautions are usually taken when selecting and calculating relevant core metrics, little attention is generally paid to the generation of the multimetric indicator, i.e. the combination of the different core metrics. Indeed, most multimetric indicators are generated by simply averaging or summing metrics, without taking into account their sensitivity and their variability. Moreover, few indicators provide a rigorous estimate of the uncertainty of the assessments, while this estimation is essential for managers. In this context, we developed a Bayesian framework to build multimetric indicators aiming at improving those two weaknesses. This framework is based on two phases. First, pressure-impact statistical models are developed to quantify the impact of pressure on various fish metrics. Then the Bayesian theorem is applied to estimate probabilities of being at a certain anthropogenic pressure level from fish observation and pressure-impact models outputs. The Bayesian theorem allows to combine objectively the different core metrics, taking into account their sensitivity and their variability, and to provide rigorous uncertainty quantification, which is especially valuable in the WFD context. The method is applied as illustrative example on transitional French water bodies to demonstrate its relevance, especially in the Water Framework Directive context though the method is generic enough to be applied in various contexts

Interactive effects of pesticide exposure and habitat structure on behavior and predation of a marine larval fish

Coastal development has generated multiple stressors in marine and estuarine ecosystems, including habitat degradation and pollutant exposure, but the effects of these stressors on the ecology of fishes remain poorly understood. We studied the separate and combined effects of an acute 4 h sublethal exposure of the pyrethroid pesticide esfenvalerate and structural habitat complexity on behavior and predation risk of larval topsmelt (Atherinops affinis). Larvae were exposed to four nominal esfenvalerate concentrations (control, 0.12, 0.59, 1.18 μg/L), before placement into 12 L mesocosms with a three-spine stickleback (Gasterosteus aculeatus) predator. Five treatments of artificial eelgrass included a (1) uniform and (2) patchy distribution of eelgrass at a low density (500 shoots per m(2)), a (3) uniform and (4) patchy distribution of eelgrass at a high density (1,000 shoots per m(2)), and (5) the absence of eelgrass. The capture success of predators and aggregative behavior of prey were observed in each mesocosm for 10 min of each trial, and mortality of prey was recorded after 60 min. Exposure to esfenvalerate increased the proportion of larvae with swimming abnormalities. Surprisingly, prey mortality did not increase linearly with pesticide exposure but increased with habitat structure (density of eelgrass), which may have been a consequence of compensating predator behavior. The degree of prey aggregation decreased with both habitat structure and pesticide exposure, suggesting that anti-predator behaviors by prey may have been hampered by the interactive effects of both of these factors

Les indicateurs DCE estuariens : état des lieux à l'échelle européenne en avril 2009. Résumé exécutif

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]QUASARELa Directive européenne Cadre sur l'Eau (DCE Directive 2000/60/CE) vise à atteindre le « bon état » écologique et chimique des masses d'eau souterraine et de surface, ou le « bon potentiel » pour les Masses d'Eau de surface Fortement Modifiées (MEFM), d'ici à 2015. L'évaluation de l'état des masses d'eau doit être faite via l'utilisation d'indicateurs biologiques, chimiques et hydromorphologiques, dont le développement est à la charge de chaque Etat Membre (EM) et pose aujourd'hui encore de nombreuses questions. Le projet BEEST, « Vers une approche multicritère du Bon Etat/potentiel écologique des grands ESTuaires atlantiques Seine, Loire et Gironde », s'attache à faire un état des lieux (début 2009) des indicateurs estuariens développés en France mais également par les autres EM de la zone géographique Nord Est Atlantique. Les objectifs de cet état des lieux sont de : Identifier pour chaque indicateur les questions clefs sur lesquelles la dynamique française bute pour une application opérationnelle en estuaire de Seine, Loire et Gironde. Voir comment ces questions ont été traitées par les autres EM et si possible identifier des pistes de solution et/ou des contacts clefs sur lesquels les équipes françaises qui le souhaitent pourront s'appuyer. Présenter, à l'échelle européenne, une synthèse claire et succincte des démarches d'élaboration des indicateurs DCE estuariens, de leur état d'avancement, ainsi qu'une liste des principaux contacts et références bibliographiques. Apporter ainsi des éléments au projet Liteau BEEST et plus largement au groupe national DCE eaux littorales pour faire les meilleurs choix en matière d'élaboration d'indicateurs estuariens. Une liste de contacts pour chaque élément de qualité biologique a été dressé pour la France et les autres EM. Les recherches bibliographiques et enquêtes menées auprès des différentes personnes ressource ont permis de mettre en évidence que peu d'indicateurs DCE sont utilisables en zones fluviales tidales et qu'aucun indicateur n'est spécifiquement dédié à ces milieux. Il n'existe à ce jour aucun indicateur DCE estuarien entièrement finalisé même si pour une majorité d'éléments de qualité biologique des « V.1 » existent. Un processus itératif se met en place pour continuer à améliorer les premières versions. Des problématiques communes aux différents indicateurs DCE estuariens ont été identifiées. Il s'agit par exemple des difficultés liées à la représentativité de l'échantillonnage et, plus généralement, à la construction d'indicateurs ayant pour objectif de révéler l'état écologique des milieux naturellement très variables et stressés que sont les estuaires. Des problèmes sont liés à la détermination d'un état de référence en l'absence de consensus sur ce que doit être la référence. D'autres questions liées à la construction d'un indicateur au sens large, comme le choix de la ou des métriques qui le composent, leur assemblage, l'évaluation et la quantification de la fiabilité de l'indicateur (d'ailleurs demandée par la DCE) ont souvent été évoqué. Ainsi cette synthèse argue en faveur de plus d'interdisciplinarité entre les équipes impliquées dans la construction d'indicateurs DCE pour les estuaires, voire même toutes masses d'eau confondues. Enfin, il est à noter que d'autres indicateurs, non mentionnés par la DCE et donc non étudiés dans le cadre de la présente synthèse, pourraient également se révéler pertinents pour évaluer l'état écologique des masses d'eau de transition estuariennes

Les indicateurs DCE estuariens : état des lieux à l'échelle européenne en avril 2009 - Rapport

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]QUASARELa Directive européenne Cadre sur l'Eau (DCE Directive 2000/60/CE) vise à atteindre le « bon état » écologique et chimique des masses d'eau souterraine et de surface, ou le « bon potentiel » pour les Masses d'Eau de surface Fortement Modifiées (MEFM), d'ici à 2015. L'évaluation de l'état des masses d'eau doit être faite via l'utilisation d'indicateurs biologiques, chimiques et ydromorphologiques, dont le développement est à la charge de chaque Etat Membre (EM) et pose aujourd'hui encore de nombreuses questions. Le projet BEEST, « Vers une approche multicritère du Bon Etat/potentiel écologique des grands ESTuaires atlantiques Seine, Loire et Gironde », s'attache à faire un état des lieux (début 2009) des indicateurs estuariens développés en France mais également par les autres EM de la zone géographique Nord Est Atlantique. Les objectifs de cet état des lieux sont de : Identifier pour chaque indicateur les questions clefs sur lesquelles la dynamique française bute pour une application opérationnelle en estuaire de Seine, Loire et Gironde. Voir comment ces questions ont été traitées par les autres EM et si possible identifier des pistes de solution et/ou des contacts clefs sur lesquels les équipes françaises qui le souhaitent pourront s'appuyer. Présenter, à l'échelle européenne, une synthèse claire et succincte des démarches d'élaboration des indicateurs DCE estuariens, de leur état d'avancement, ainsi qu'une liste des principaux contacts et références bibliographiques. Apporter ainsi des éléments au projet Liteau BEEST et plus largement au groupe national DCE eaux littorales pour faire les meilleurs choix en matière d'élaboration d'indicateurs estuariens. Une liste de contacts pour chaque élément de qualité biologique a été dressé pour la France et les autres EM. Les recherches bibliographiques et enquêtes menées auprès des différentes personnes ressource ont permis de mettre en évidence que peu d'indicateurs DCE sont utilisables en zones fluviales tidales et qu'aucun indicateur n'est spécifiquement dédié à ces milieux. Il n'existe à ce jour aucun indicateur DCE estuarien entièrement finalisé même si pour une majorité d'éléments de qualité biologique des « V.1 » existent. Un processus itératif se met en place pour continuer à améliorer les premières versions. Des problématiques communes aux différents indicateurs DCE estuariens ont été identifiées. Il s'agit par exemple des difficultés liées à la représentativité de l'échantillonnage et, plus généralement, à la construction d'indicateurs ayant pour objectif de révéler l'état écologique des milieux naturellement très variables et stressés que sont les estuaires. Des problèmes sont liés à la détermination d'un état de référence en l'absence de consensus sur ce que doit être la référence. D'autres questions liées à la construction d'un indicateur au sens large, comme le choix de la ou des métriques qui le composent, leur assemblage, l'évaluation et la quantification de la fiabilité de l'indicateur (d'ailleurs demandée par la DCE) ont souvent été évoqué. Ainsi cette synthèse argue en faveur de plus d'interdisciplinarité entre les équipes impliquées dans la construction d'indicateurs DCE pour les estuaires, voire même toutes masses d'eau confondues. Enfin, il est à noter que d'autres indicateurs, non mentionnés par la DCE et donc non étudiés dans le cadre de la présente synthèse, pourraient également se révéler pertinents pour évaluer l'état écologique des masses d'eau de transition estuariennes

Les indicateurs DCE estuariens : Etat des lieux à l'échelle européenne en avril 2009, mise à jour en décembre 2010 - Rapport

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]QUASARE [Relecteur_IRSTEA]Bagot, C. ; Bruchon, F. ; Dauvin, J.C. ; Desroy, N. ; Fisson, C. ; Lévêque, C. ; Ruellet, T. ; Sottolichio, A.La Directive européenne Cadre sur l'Eau (DCE Directive 2000/60/CE) vise à atteindre le « bon état » écologique et chimique des masses d'eau souterraine et de surface, ou le « bon potentiel » pour les Masses d'Eau de surface Fortement Modifiées (MEFM), d'ici à 2015. L'évaluation de l'état des masses d'eau de surface dites « de transition », telles que les estuaires, se fait via l'utilisation d'indicateurs biologiques (basés sur le phytoplancton, la flore aquatique, les invertébrés benthiques et l'ichtyofaune), chimiques et hydromorphologiques (Directive 2000/60/CE). Le développement de ces indicateurs est à la charge de chaque Etat Membre et pose aujourd'hui encore de nombreuses questions. En France, le projet BEEST - « Vers une approche multicritère du Bon Etat/potentiel écologique des grands Estuaires atlantiques Seine, Loire et Gironde » - est un projet national de recherche appliquée, multipartenarial et interdisciplinaire, qui a pour objectif principal d'appuyer les gestionnaires français dans la mise en place de la DCE sur ces trois estuaires. Il est co-financé par le MEEDDAT (Ministère de l'Energie, de l'Ecologie, du Développement Durable et de l'Aménagement du Territoire), l'ONEMA (Office National de l'Eau et des Milieux Aquatiques) et des partenaires locaux des trois estuaires : le GIP Seine-Aval, le GIP Loire Estuaire et le SMIDDEST. La présente synthèse, qui porte sur les indicateurs DCE estuariens à l'échelle européenne, se place dans le cadre du projet BEEST et a pour objectifs : (i) d'identifier les questions clefs sur lesquelles la dynamique française rencontre encore des problèmes pour la création d'indicateurs DCE en estuaires de Seine, Loire et Gironde, (ii) de rechercher comment ces questions ont été traitées par les autres Etats Membres et si possible d'identifier des pistes de solution et/ou des contacts clefs sur lesquels les équipes françaises qui le souhaitent pourront s'appuyer, (iii) de présenter, à l'échelle européenne, une synthèse claire et succincte des démarches d'élaboration des indicateurs DCE estuariens, de leur état d'avancement, ainsi qu'une liste des principaux contacts et références bibliographiques, et enfin (iv) d'apporter ainsi des éléments au projet BEEST et plus largement au groupe national DCE eaux littorales pour faire les meilleurs choix en matière d'élaboration d'indicateurs estuariens. Afin de répondre au mieux aux questions posées, cette synthèse se focalise sur les pays de l'écorégion Atlantique Nord-Est telle que définie par l'Union Européenne (Anonyme, 2007b), et qui possèdent des masses d'eau de transition estuariennes : Allemagne, Belgique, Pays-Bas, Portugal, Espagne, Irlande, Royaume-Uni et France. L'ensemble des paramètres biologiques cités précédemment, les paramètres physico-chimiques généraux (Directive 2000/60/CE), et les paramètres hydromorphologiques sont étudiés. Pour chacun d'entre eux, les éléments suivants sont présentés : (i) un bref rappel des exigences DCE vis-à-vis de cet indicateur, (ii) son état d'avancement en France ainsi que les principaux problèmes rencontrés pour sa construction et/ou son utilisation en Seine, Loire et Gironde, (iii) un état des lieux des démarches adoptées par les autres Etats Membres, et éventuellement (iv) un approfondissement sur quelques points jugés pertinents. Enfin, quelques points de discussion ainsi que des perspectives de travail ressortant de cette étude sont présentés

Rendu D4.4-1 de Wiser : Bilan des indicateurs poissons pour l'évaluation de la qualité écologique des eaux de transition

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]QUASAREEstuaries (areas where rivers meet with the sea) and other coastal areas have been under the damaging influence of human habitation since historical times. Human alteration to once pristine habitats for wildlife has resulted in symptoms of degradation including alteration of watercourses, water quality problems and loss of aquatic fauna such as fish. It is important that these habitats and wildlife are protected from further damage, and that damaged areas are restored through effective management plans. One way to assess habitat conservation status is to analyse a sample of fish living in an estuary. The presence of any fish species indicates that the basic ecological requirements (food, shelter and reproduction) and a minimum water quality or habitat availability are being met. Likewise, finding species with stricter habitat requirements indicates better conservation status and hence less disturbed conditions for that area. Researchers worldwide have used this basic principle to define habitat integrity in monitoring programs. This work reviews sixteen published fish-based indices of estuarine habitat integrity and summarises common development strategies with the aim of improving fish-based monitoring tools in Europe. Most indices are computed from a number of independent fish diversity measures, presence-absence of key species and composition of functional guilds (i.e. group of fish that rely on the same quality attribute). All index developers invest a large amount of effort on the formulation of the reference values, that is the quality or conservation value given to pristine, undisturbed, condition or reference status. Comparatively less effort is invested in the evaluation of the relevance and precision of the assessment. Only half of the indices reviewed attempt any validation and these are limited to simple comparisons between fish-based quality measures and human disturbance level. As yet, there are no fish-based quality measures applicable to all areas in Europe -also known as common metrics. Widening of the geographical relevance will require better precision in the formulation of reference conditions and greater inclusion of functional guild metrics. Improvements are therefore needed in linking human disturbance (or pressure) intensity to new European-wide fish indices and to improve the confidence and robustness of fish-based environmental quality assessment

Suivi des peuplements ichtyologiques dans les eaux de transition du bassin Rhône-Méditerranée et Corse : Campagne 2010–2011

La Directive 2000/60/CE du Parlement Européen et du Conseil du 23 octobre 2000 impose aux Etats membres de contrôler tous les éléments de qualité biologique, physico-chimique et hydromorphologique des masses d’eau entrant dans le programme de surveillance. Les peuplements ichtyologiques sont un des descripteurs biologiques retenus dans l’annexe V de la Directive pour les eaux de transition. Pour pouvoir évaluer l’état de cet élément de qualité dans les eaux de transition, le Ministère a confié à Irstea (anciennement Cemagref) de Bordeaux, dans le cadre du projet LITEAU II, la mise au point d’un indicateur « poisson ». Une première étape d’inventaires piscicoles de terrain, conduite par Irstea et financée/pilotée par l’Agence de l’Eau RM&C, a été réalisée sur treize masses d’eau méditerranéennes de transition en 2006. En 2010-2011, une nouvelle campagne d’échantillonnage a été menée par l’Ifremer. Les résultats sont présentés dans ce rapport

Strength and time lag of relationships between human pressures and fish-based metrics used to assess ecological quality of estuarine systems

International audienceFish-based multi-metric indices have been widely developed in ecological quality assessments of estuaries in the past few years, but the ability of these indices and their respective metrics to respond to human pressures may be quite different. Based on a group consensus approach eliciting information from multiple experts integrating published literature, this work evaluated the strength and time-lag of the response of eight fish-based indices (AFI, EFAI, ELFI, Z-EBI, TFCI, EBI, EFCI, IBI), and their respective metrics, in relation to several human pressures (chemical pollution, eutrophication, loss of habitat, water turbidity, habitat fragmentation, fishing mortalities, invasive species, water temperature changes and flow changes). Results pointed out that most of the metrics detect several human pressures, being difficult to identify a particular pressure effect and its source. The majority of the metrics analysed presented a weak relationship with pressures and/or respond in a long time period. The metrics responding to chemical pollution and loss of habitat were generally the ones with stronger relationships, but their responses were often in a long time period. Consequently, the fish-based indices analysed did not detect all the pressures with the same sensitivity in terms of strength and time lag. This clearly collides with the needs for water ecological quality assessments, management and rehabilitation of estuarine ecosystems, and highlighted the value of metrics, especially the ones that are specific of certain pressures

Force des relations de cause à effet et délai de réponse aux pressions anthropiques des métriques basées sur les assemblages de poisson utilisées pour évaluer l'état écologique des estuaires

International audienceMulti-metric indices are widely used in water quality assessments since they often provide integrative and more holistic perspectives. Fish-based indices have been proposed worldwide, especially in Europe due to the implementation of Water Framework Directive (WFD). It is expected that these indices and their respective metrics reflect human pressures and may be useful recognising specific measures for management and rehabilitation. However, in the paste few years a wide diversity of indices have been proposed, which have considerable differences in what concerns their ability to evaluate cause-effects relationships between the state of fish assemblages and human pressures. In the present study we evaluate the strength of cause-effect relationships based on ecological census and published literature of the fish-based indices that have been proposed in the context of WFD. For each index, their metrics were evaluated and scored in what regards their sensitiveness to several human pressures and the expected time-lag in their respective response. Most of the metrics are influenced by several human pressures, being difficult to identify cause-effect relationships. For the majority of the indices the metrics used to evaluate certain pressures are expected to give indications in a medium or long-term basis, which clearly collides with the assessment and management schedule commitments in the scope of WFD