Biodiversité structurelle et fonctionnelle des peuplements de macro-invertébrés en tant que descripteur de la variabilité hydraulique : exemple de deux parties court-circuitées du Rhône moyen

Le peuplement faunistique d'un hydrosystème est constamment soumis à la variabilité spatio-temporelle de l'environnement. Il en résulte que les espèces dominantes sont celles présentant les caractéristiques biologiques et les préférendums écologiques les plus appropriés aux différents types d'habitats de la mosaïque fluviale. Une approche multiparamétrique de description de l'état physique du milieu à partir de la prise en compte simultanée d'indicateurs de structure et de fonction des communautés d'invertébrés a été testée sur le Rhône Moyen. L'étude de quatre stations physiquement dissemblables situées dans deux secteurs court-circuités montre ainsi qu'à la structuration selon la vitesse du courant (unités fonctionnelles) correspond des différences trophiques et écologiques, tandis qu'à la structuration physique du milieu (secteur de cours d'eau) correspond des différences taxonomiques. La disponibilité en habitats pour les invertébrés est alors corrélée à la configuration du chenal du tronçon considéré. Les assemblages d'espèces répondent ainsi, au travers de leur occurrence et de leur abondance, à un gradient physique. Cette approche, prédictive et appliquée, mettant en parallèle constat biologique et structure physique des stations et des milieux, permet d'établir une typologie fonctionnelle des écosystèmes aquatiques considérés et de proposer une gestion intégrée adaptée aux problèmes posés (gestion des habitats et de leur biodiversité, restauration hydraulique et écologique des milieux, etc.).The aquatic communities of a hydrosystem are constantly subject to the space-time variability of the environment. As a result, the dominant species are those presenting the biological characteristics and the ecological preferences best adapted with the various types of habitats of the river mosaic. A multiparametric description of physical structure from macroinvertebrate communities, taking into account both indicators of structure and functioning of these communities, was tested on the Middle Rhône River (France). The study of four physically dissimilar stations located in two by-passed sections showed that the arrangement due to the current velocity (functional units) corresponded to trophic and ecological differences, whereas the arrangement due to physical conditions (reach of river) corresponded to taxonomic differences. The availability in habitats for the invertebrates was correlated with the configuration of the channel of the section considered. The patches of species answered thus, through their occurrence and their abundance, to a physical gradient. This approach, predictive and applied, with parallel between the biological report and the physical structure of the stations and the environments, makes it possible to establish a functional typology of the aquatic ecosystems considered and to propose an integrated management adapted to the problems arising (management of the habitats and of their biodiversity, hydraulic and ecological restoration of the environments, etc)

Tracking a killer shrimp: Dikerogammarus villosus invasion dynamics across Europe

Aim: Invasive alien species are a growing problem worldwide due to their ecological, economic and human health impacts. The “killer shrimp” Dikerogammarus villosus is a notorious invasive alien amphipod from the Ponto-Caspian region that has invaded many fresh and brackish waters across Europe. Understandings of large-scale population dynamics of highly impactful invaders such as D. villosus are lacking, inhibiting predictions of impact and efficient timing of management strategies. Hence, our aim was to assess trends and dynamics of D. villosus as well as its impacts in freshwater rivers and streams. Location: Europe. Methods: We analysed 96 European time series between 1994 and 2019 and identified trends in the relative abundance (i.e. dominance %) of D. villosus in invaded time series, as well as a set of site-specific characteristics to identify drivers and determinants of population changes and invasion dynamics using meta-regression modelling. We also looked at the spread over space and time to estimate the invasion speed (km/year) of D. villosus in Europe. We investigated the impact of D. villosus abundance on recipient community metrics (i.e. abundance, taxa richness, temporal turnover, Shannon diversity and Pielou evenness) using generalized linear models. Results: Population trends varied across the time series. Nevertheless, community dominance of D. villosus increased over time across all time series. The frequency of occurrences (used as a proxy for invader spread) was well described by a Pareto distribution, whereby we estimated a lag phase (i.e. the time between introduction and spatial expansion) of approximately 28 years, followed by a gradual increase before new occurrences declined rapidly in the long term. D. villosus population change was associated with decreased taxa richness, community turnover and Shannon diversity. Main Conclusion: Our results show that D. villosus is well-established in European waters and its abundance significantly alters ecological communities. However, the multidecadal lag phase prior to observed spatial expansion suggests that initial introductions by D. villosus are cryptic, thus signalling the need for more effective early detection methods

The faunal Ponto-Caspianization of central and western European waterways

As alien invasive species are a key driver of biodiversity loss, understanding patterns of rapidly changing global species compositions depends upon knowledge of invasive species population dynamics and trends at large scales. Within this context, the Ponto-Caspian region is among the most notable donor regions for aquatic invasive species in Europe. Using macroinvertebrate time series collected over 52 years (1968–2020) at 265 sites across 11 central and western European countries, we examined the occurrences, invasion rates, and abundances of freshwater Ponto-Caspian fauna. We examined whether: (i) successive Ponto-Caspian invasions follow a consistent pattern of composition pioneered by the same species, and (ii) Ponto-Caspian invasion accelerates subsequent invasion rates. In our dataset, Ponto-Caspian macroinvertebrates increased from two species in 1972 to 29 species in 2012. This trend was parallelled by a non-significant increasing trend in the abundances of Ponto-Caspian taxa. Trends in Ponto-Caspian invader richness increased significantly over time. We found a relatively uniform distribution of Ponto-Caspian macroinvertebrates across Europe without any relation to the distance to their native region. The Ponto-Caspian species that arrived first were often bivalves (46.5% of cases), particularly Dreissena polymorpha, followed secondarily by amphipods (83.8%; primarily Chelicorophium curvispinum and Dikerogammarus villosus). The time between consecutive invasions decreased significantly at our coarse regional scale, suggesting that previous alien establishments may facilitate invasions of subsequent taxa. Should alien species continue to translocate from the Ponto-Caspian region, our results suggest a high potential for their future invasion success highly connected central and western European waters. However, each species’ population may decline after an initial 'boom' phase or after the arrival of new invasive species, resulting in different alien species dominating over time

The recovery of European freshwater biodiversity has come to a halt

Owing to a long history of anthropogenic pressures, freshwater ecosystems are among the most vulnerable to biodiversity loss. Mitigation measures, including wastewater treatment and hydromorphological restoration, have aimed to improve environmental quality and foster the recovery of freshwater biodiversity. Here, using 1,816 time series of freshwater invertebrate communities collected across 22 European countries between 1968 and 2020, we quantified temporal trends in taxonomic and functional diversity and their responses to environmental pressures and gradients. We observed overall increases in taxon richness (0.73% per year), functional richness (2.4% per year) and abundance (1.17% per year). However, these increases primarily occurred before the 2010s, and have since plateaued. Freshwater communities downstream of dams, urban areas and cropland were less likely to experience recovery. Communities at sites with faster rates of warming had fewer gains in taxon richness, functional richness and abundance. Although biodiversity gains in the 1990s and 2000s probably reflect the effectiveness of water-quality improvements and restoration projects, the decelerating trajectory in the 2010s suggests that the current measures offer diminishing returns. Given new and persistent pressures on freshwater ecosystems, including emerging pollutants, climate change and the spread of invasive species, we call for additional mitigation to revive the recovery of freshwater biodiversity

The recovery of European freshwater biodiversity has come to a halt

Owing to a long history of anthropogenic pressures, freshwater ecosystems are among the most vulnerable to biodiversity loss1. Mitigation measures, including wastewater treatment and hydromorphological restoration, have aimed to improve environmental quality and foster the recovery of freshwater biodiversity2. Here, using 1,816 time series of freshwater invertebrate communities collected across 22 European countries between 1968 and 2020, we quantified temporal trends in taxonomic and functional diversity and their responses to environmental pressures and gradients. We observed overall increases in taxon richness (0.73% per year), functional richness (2.4% per year) and abundance (1.17% per year). However, these increases primarily occurred before the 2010s, and have since plateaued. Freshwater communities downstream of dams, urban areas and cropland were less likely to experience recovery. Communities at sites with faster rates of warming had fewer gains in taxon richness, functional richness and abundance. Although biodiversity gains in the 1990s and 2000s probably reflect the effectiveness of water-quality improvements and restoration projects, the decelerating trajectory in the 2010s suggests that the current measures offer diminishing returns. Given new and persistent pressures on freshwater ecosystems, including emerging pollutants, climate change and the spread of invasive species, we call for additional mitigation to revive the recovery of freshwater biodiversity.N. Kaffenberger helped with initial data compilation. Funding for authors and data collection and processing was provided by the EU Horizon 2020 project eLTER PLUS (grant agreement no. 871128); the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF; 033W034A); the German Research Foundation (DFG FZT 118, 202548816); Czech Republic project no. P505-20-17305S; the Leibniz Competition (J45/2018, P74/2018); the Spanish Ministerio de Economía, Industria y Competitividad—Agencia Estatal de Investigación and the European Regional Development Fund (MECODISPER project CTM 2017-89295-P); Ramón y Cajal contracts and the project funded by the Spanish Ministry of Science and Innovation (RYC2019-027446-I, RYC2020-029829-I, PID2020-115830GB-100); the Danish Environment Agency; the Norwegian Environment Agency; SOMINCOR—Lundin mining & FCT—Fundação para a Ciência e Tecnologia, Portugal; the Swedish University of Agricultural Sciences; the Swiss National Science Foundation (grant PP00P3_179089); the EU LIFE programme (DIVAQUA project, LIFE18 NAT/ES/000121); the UK Natural Environment Research Council (GLiTRS project NE/V006886/1 and NE/R016429/1 as part of the UK-SCAPE programme); the Autonomous Province of Bolzano (Italy); and the Estonian Research Council (grant no. PRG1266), Estonian National Program ‘Humanitarian and natural science collections’. The Environment Agency of England, the Scottish Environmental Protection Agency and Natural Resources Wales provided publicly available data. We acknowledge the members of the Flanders Environment Agency for providing data. This article is a contribution of the Alliance for Freshwater Life (www.allianceforfreshwaterlife.org).Peer reviewe

Évolution des peuplements de crustacés du Rhône Moyen au cours des 20 dernières années, relation avec la variabilité hydroclimatique

Le suivi hydrobiologique du CNPE de Saint-Alban situé sur le Rhône Moyen montre une diminution régulière et marquée des populations de crustacés autochtones depuis une dizaine d'années, en particulier des Aselles. Parallèlement à cela, plusieurs espèces de crustacés invasifs sont progressivement apparues. Une étude spécifique des populations de crustacés et de leurs dynamiques temporelles a donc été réalisée sur un cycle annuel de février 2006 à janvier 2007. L'étude de la chronique de température depuis le début du suivi du site au milieu des années 1980 met en évidence une dérive des températures sur la période considérée, s'accentuant sur les dernières années de la chronique, parallèlement à d'autres événements ponctuels importants tels que les épisodes de crue et de canicule. La station aval réchauffée montre une précocité des différents seuils thermiques et un raccourcissement de la période froide. Du point de vue biologique, une première vague de crustacés invasifs (G. tigrinus, D. villosus) a été notée durant les années 1990 sur le Rhône Moyen, principalement en relation avec d'importants épisodes hydrologiques qui accélèrent ces échanges initiés à l'origine par le développement des liaisons fluviales inter-bassins. La période de canicule et post canicule du début des années 2000 se traduit ensuite par le développement d'une seconde vague d'espèces exotiques invasives (A. desmarestii, H. anomala, C. curvispinum) et l'installation durable des premiers arrivants. Le suivi spécifique mensuel durant un an des populations de crustacés a permis de préciser diverses pistes de réflexion : (i) augmentation des effectifs hivernaux pour certaines espèces (C. curvispinum et G. tigrinus en particulier) ; (ii) limitation de certaines populations à la station aval réchauffée (A. aquaticus, G. pulex, G. fossarum, A. desmarestii) ; (iii) modification du cycle biologique (reproduction plus précoce mais de plus courte durée de D. villosus dans le secteur aval) ; (iv) confirmation d'éventuels phénomènes de compétition interspécifique (G. tigrinus et D. villosus). Ainsi, afin d'apprécier les modifications des interactions biotiques engendrées par les stress environnementaux que sont la variabilité hydroclimatique et les invasions biologiques, des études plus poussées faisant appel à la biologie des populations et à l'écologie évolutive s'avèrent nécessaires (potentiel adaptatif des individus à la thermie en particulier)

Surveillance sanitaire estivale des populations piscicoles du Rhône au voisinage du Centre Nucléaire de Production d'Électricité (CNPE) du Tricastin. Synthèse 2008–2013

Une surveillance sanitaire des populations piscicoles du Rhône a été mise en place chaque été depuis 2005 en amont et en aval du CNPE du Tricastin dans le cadre de la surveillance préventive en cas d'aléa thermique impactant la production d'électricité. Elle s'appuie sur des descripteurs biologiques pertinents et validés (indice de condition, parasitisme) et sur deux outils méthodologiques originaux, les « codes pathologie » et « l'indice pathologique ». Une trentaine d'individus par station et par campagne sont capturés par pêche électrique à un rythme hebdomadaire durant la période estivale. Ils appartiennent essentiellement aux espèces suivantes : chevaine (Squalius cephalus) et gardon (Rutilus rutilus), puis perche fluviatile (Perca fluviatilis), barbeau fluviatile (Barbus barbus) et goujon (Gobio gobio). Bien qu'un écart moyen de température de l'eau de l'ordre de 1,3 °C soit observé pour la température tendancielle lors de nos campagnes d'échantillonnage au cours de la saison estivale (fin juin – début septembre) entre la station aval échauffée et la station amont (min 0,4 °C, max 2,3 °C), l'étude ne met pas en évidence de différence significative des indices de condition moyens (Icm) ainsi que des prévalences des lésions externes moyennes des poissons entre l'amont et l'aval après mélange. En revanche, l'effet combiné température et débit pourrait expliquer la variation interannuelle des prévalences de lésions observées au cours de l'étude. Le maximum de lésions est observé lors des années chaudes et à faible débit (2009) alors que les années froides et à fort débit sont caractérisées par des prévalences de lésions plus faibles (2013). Au final, aucun des effets constatés, directs ou indirects, n'est spécifique de l'action de la seule augmentation de température et ne démontre pas de manière significative une action de celle-ci sur les différents indices utilisés et, donc, sur l'état de santé des poissons. Le débit est également susceptible de représenter un facteur de stress majeur pour l'ichtyofaune et d'agir sur l'intégrité des individus. En revanche, la qualité physico-chimique standard et toxique ne semble pas être un facteur discriminant sur le Rhône. Les lésions observées dans le cadre de cette étude sont plus le fait d'atteintes pathologiques mineures, essentiellement provoquées par des bactéries opportunistes, que de problèmes toxicologiques. Dans le cadre de l'effet de plus en plus prégnant du changement climatique global sur les hydrosystèmes continentaux, une réflexion sur la prise en compte et le suivi des effets potentiels du réchauffement engendré sur le développement des maladies des poissons et sur le comportement des espèces résidentes et migratrices semble nécessaire, d'autant plus que d'autres descripteurs (hématologiques et histologiques) sont également susceptibles d'être intégrés dans ces outils de diagnostic et de surveillance de l'état de santé des populations piscicoles

Temporal and spatial dynamics in large rivers : example of a long-term monitoring of the middle Rhone River

In running water, the main natural factor of disturbance is hydraulic. Investigation of its biological impact is currently complicated by the increase of anthropogenic disturbances which tend to mask the natural functioning of rivers. Monitoring of the impacts of the artificial alterations undergone by the Middle Rhone River for some decades took place in the mid-1980s. Discharge and temperature could constitute the major events controlling the biological dynamics in terms of variations in species richness, diversity, and abundance. The between-years changes of the structure and diversity of macroinvertebrate communities were connected with the amplitude of discharge fluctuations. This was in accordance with the disturbance-diversity concept and it seems to confirm the intermediate disturbance hypothesis. The fish community mainly depended on hydroclimatic factors that influenced breeding success. Variations in nutrient input played a secondary role in controlling changes in some communities (particularly the periphyton). Therefore it appears that the study of long-term changes in river systems, including the dynamics of their biological communities, requires continuous observations and data collection that only medium- to long-term studies can provide, implying the setting up of ecological monitoring centres for the natural environment such as the Long Term Ecological Research (LTER) sites in United

Suivi scientifique du programme décennal de restauration hydraulique et écologique du Rhône français : Retours d'expérience de la restauration à Pierre-Bénite

International audienc