DEVELOPMENT OF A HABITAT SUITABILITY INDEX FOR THE NOBLE CRAYFISH ASTACUS ASTACUS USING FUZZY MODELLING

DÉVELOPPEMENT D’UN INDICE DE QUALITÉ D’HABITAT POUR L’ÉCREVISSE NOBLE ASTACUS ASTACUS PAR MODÉLISATION FLOUE

¹ Institute of Geoecology, Technical University Braunschweig, Langer Kamp 19c, D-38106 Braunschweig, Germany. E-Mail: s.zuther@tu-bs.de
² Institute of Environmental Sciences, University Koblenz-Landau, Fortstr. 7, D-76829 Landau, Germany.
³ Zoological Institute, Technical University Braunschweig, Fasanenstr. 3, D-38092 Braunschweig, Germany.

Received: 4 November 2004
Accepted: 14 February 2005

Abstract

A Geographic Information System (GIS) and fuzzy modelling were used to develop a habitat suitability index for the noble crayfish, Astacus astacus. The model is based on crayfish distribution data for the federal state Hesse, Germany, which had been recorded between 1988 and 1996. It includes 185 sites with noble crayfish in 126 watercourses. Official data on the morphological quality of surface waters recorded between 1996 and 1998 by order of the Ministry of Hesse for Environment, Rural Areas and Consumers Protection was used to describe the habitat features. One third of the crayfish sites was selected by chance to determine habitat properties significantly associated with crayfish occurrence by means of the Kolmogorov-Smirnoff test and frequency analysis. Meaningless associations were excluded based on expert knowledge. Five parameters related to the structure of the riverbed and the bankside were incorporated in the fuzzy model. The model was complemented by a number of parameters known to exclude the occurrence of the noble crayfish (e.g. pipes, concrete embankments). Finally, a habitat suitability index for every stretch of water in Hesse was calculated. The predictive power of the fuzzy model was tested on the remaining distribution data set for Astacus astacus. The habitat suitability index differed slightly but significantly (p < 0.001) between sites with and sites without crayfish occurrence. Fuzzy modelling proved to be useful for assessing habitat suitability with respect to crayfish, though further improvements of the model appeared to be necessary for a more reliable prediction of noble crayfish sites.

Résumé

Un système d’information géographique (SIG) et un modèle de logique floue ont été utilisés pour développer un indice de qualité d’habitat pour l’écrevisse noble, Astacus astacus. Le modèle est basé sur les données de distribution des écrevisses de l’état fédéral de Hesse, Allemagne, enregistrées entre 1988 et 1996. Il inclut 185 sites d’écrevisses nobles dans 126 cours d’eau. Les données officielles sur la qualité morphologique des eaux de surface enregistrées entre 1996 et 1998 sur ordre du ministère de Hesse pour l’environnement, les secteurs ruraux et la protection des consommateurs ont été utilisées pour décrire les caractéristiques des habitats. Un tiers des sites à écrevisses a été choisi par hasard pour déterminer les propriétés des habitats significativement associées aux occurrences des écrevisses à l’aide du test de Kolmogorov-Smirnoff et l’analyse des fréquences. Les associations insignifiantes ont été exclues sur la base des connaissances des experts. Cinq paramètres décrivant les structures du lit des rivières et des berges ont été importés dans le modèle de logique floue. Ce dernier a été complété par un certain nombre de paramètres connus pour exclure les occurrences des écrevisses nobles (ex. tuyaux, remblais bétonnés). Finalement, l’indice de qualité d’habitat a été calculé à chaque partie d’eau. Le pouvoir de prédiction du modèle de logique floue a été testé sur le reste des données de dispersion d’Astacus astacus. L’indice de qualité d’habitat diffère légèrement mais significativement (p < 0.001) entre sites avec et sites sans écrevisses. Le modèle de logique floue a prouvé son utilité pour l’évaluation de qualité d’habitat des écrevisses, cependant ce modèle pourra être amélioré pour augmenter la fiabilité de prédiction des territoires à écrevisses nobles.