Use of Diatoms and Macroinvertebrates as Bioindicators of Water Quality in Southern Ontario Rivers

Abstract

The effectiveness of diatoms and macroinvertebrates as indicators of environmental conditions in lotic systems was compared in a regional assessment. Benthic samples were collected during summer 2000 from 35 Provincial Water Quality Monitoring river stations in the Grand, Credit, Maitland and Upper Thames watersheds in southern Ontario. Patterns of diatom and macroinvertebrate taxon distributions in relation to environmental variables were determined using canonical correspondence analysis (CCA). Total nitrate, phosphate, conductivity and alkalinity were significant in explaining diatom data, while alkalinity, total nitrate, ammonium and total Kjeldahl nitrogen were significant in explaining invertebrate data. The eigenvalues of the first two CCA axes were significant (p < 0.05) for both diatoms and invertebrates, while the invertebrate analysis explained more taxonomic variation (19% vs. 12%). Regression and calibration models were developed for total nitrate. The correlation between taxon-inferred and observed values was higher for diatoms than invertebrates in the analysis (0.70 vs. 0.59), however, cross-validation with bootstrapping indicated that apparent coefficients may be inflated. Biotic indices were also calculated. The composite invertebrate metric scores gave a slightly closer representation of water quality conditions than the diatom trophic index, but, biotic indices were not as effective as CCA in describing sites. Overall, the invertebrate and diatom communities were similar in their abilities to predict water quality.

L’efficacité des diatomées et des macro-invertébrés en tant qu’indicateurs des conditions environnementales dans les systèmes lotiques a fait l’objet de comparaisons dans une évaluation régionale. Des échantillons benthiques ont été prélevés au cours de l’été 2000 à 35 stations de surveillance de la qualité de l’eau, dans les bassins des rivières Grand, Credit, Maitland et Upper Thames dans le sud de l’Ontario. Les tendances des distributions des taxons pour les diatomées et les macro-invertébrés par rapport aux variables environnementales ont été déterminées à l’aide de l’analyse de corrélation canonique (ACC). Le nitrate total, le phosphate, la conductivité et l’alcalinité avaient un rôle important à jouer dans l’explication des données sur les diatomées, tandis que l’alcalinité, le nitrate total, l’ammonium et l’azote total Kjeldahl jouaient un rôle important dans l’explication des données sur les invertébrés. Les valeurs propres des deux premiers axes de l’ACC étaient importantes (p < 0,05) à la fois pour les diatomées et les invertébrés, tandis que l’analyse des invertébrés expliquait une variation toxonomique plus grande (19% par opposition à 12%). Des modèles de régression et d’étalonnage ont été mis au point pour le nitrate total. La corrélation entre les valeurs reposant sur les taxons et les valeurs observées était plus élevée pour les diatomées que pour les invertébrés dans l’analyse (0,70 par opposition à 0,59). Cependant, une validation croisée avec «bootstrapping» a révélé que les coefficients apparents peuvent être gonflés. Les indices biotiques ont également été calculés. Les résultats métriques combinés à l’égard des invertébrés ont fourni une représentation légèrement plus fidèle des conditions de la qualité de l’eau que l’indice trophique pour les diatomées. Par contre, les indices biotiques ne se sont pas révélés aussi efficaces que l’ACC au chapitre de la description des sites. Dans l’ensemble, les populations d’invertébrés et de diatomées étaient semblables pour ce qui est de leur capacité de prédiction de la qualité de l’eau.