Fish-based groups for ecological assessment in rivers: the importance of environmental drivers on taxonomic and functional traits of fish assemblages

Groupes ichtyologiques pour l'évaluation écologique des rivières : importance des facteurs environnementaux sur la taxonomie et les caractéristiques fonctionnelles des peuplements de poissons

⁽¹⁾ Department of Landscape, Environment and Planning, School of Sciences and Technology, University of Évora, Rua Romão Ramalho 59, 7000-671 Évora, Portugal
⁽²⁾ Institute of Agrarian and Environmental Mediterranean Sciences (ICAAM), University of Évora, Núcleo da Mitra, apartado 94, 7002-774 Évora, Portugal
⁽³⁾ Forestry Department, Superior Institute of Agronomy, Technical University of Lisbon, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
⁽⁴⁾ Department of Zoology and Antropology, Faculty of Sciences, Porto University, 4099-002 Porto, Portugal
⁽⁵⁾ Department of Biology, School of Sciences and Technology, University of Évora, Largo dos Colegiais 2, 7000 Évora, Portugal
⁽⁶⁾ Forestry Department, University of Trás-os-Montes e Alto Douro, 5000-911 Vila Real, Portugal

^* Corresponding author: pmatono@uevora.pt

Received: 25 October 2011
Revised: 18 March 2012
Accepted: 21 March 2012

Abstract

The use of river-types is of practical value, serving as groups for which assessment procedures can be developed and applied. An abiotic typology was set by the Portuguese Water Agency, mainly based on 6 major morphoclimatic regions. However, to be biologically meaningful, this typology should fit the distribution patterns of the biological quality elements communities proposed in Water Framework Directive under the lowest possible human pressure. This study aimed to identify and characterize fish-based geographical groups for continental Portugal and their environmental and geographical discriptors, using taxonomic and functional traits. Sampling took place between 2004 and 2006 during Spring. Fish fauna from 155 reference sites was analysed using a multivariate approach. Cluster Analysis on fish composition identified 10 fish-groups, expressing a clear correspondence to the river basin level, due to the restrict basin distribution of many species. Groups showed a wider aggregation in 4 regions with a larger geographical correspondence, statistically supported by Similarity Analysis, both on fish composition and mostly on fish metrics/guilds. Principal Components Analysis revealed major environmental drivers associated to fish-groups and fish-regions. Fish-groups were hierarchically grouped over major and local regions, expressing a large-scale response to a North-South environmental gradient defined by temperature, precipitation, mineralization and altitude, and a regional scale response mainly to drainage area and flow discharge. From North to South, fish-regions were related to the morphoclimatic regions. Results contributed to reduce redundance in abiotic river-types and set the final typology for Portuguese rivers, constituting a fundamental tool for planning and managing water resources.

Résumé

L'utilisation de rivière-types est un moyen pratique, fournissant des groupes pour lesquels des procédures d'évaluation peuvent être développées et appliquées. Une typologie abiotique a été fixée par l'Agence de l'Eau Portugaise, principalement basée sur 6 principales régions morphoclimatiques. Toutefois, pour être biologiquement significative, cette typologie devrait correspondre aux schémas de distribution des communautés, éléments de qualité biologique, proposés dans la directive cadre sur l'eau sous la pression anthropique la plus basse possible. Cette étude visait à identifier et à caractériser des groupes géographiques reposant sur les communautés ichtyologiques pour le Portugal continental et leurs descripteurs environnementaux et géographiques, à l'aide de traits taxonomiques et fonctionnels. L'échantillonnage a eu lieu entre 2004 et 2006 au cours du printemps. La faune de poissons provenant de 155 sites de référence a été analysée en utilisant une approche multivariée. L’analyse de clusters sur la composition en poissons a identifié 10 groupes ichtyologiques, exprimant une correspondance claire à l'échelle du bassin versant, en raison de la distribution limitée à un bassin de nombreuses espèces. Les groupes ont montré une plus large agrégation dans 4 régions avec une plus grande correspondance géographique, confirmée statistiquement par l'analyse de similarité, à la fois sur la composition en poisson et surtout sur les métriques ichtyologiques ou les guildes. L’analyse en Composantes Principales a révélé les principaux facteurs environnementaux associés aux groupes et régions ichtyologiques. Les groupes ichtyologiques ont été regroupés hiérarchiquement sur des régions locales et plus grandes, exprimant une réponse à grande échelle à un gradient Nord-Sud de l'environnement défini par la température, les précipitations, la minéralisation et l'altitude, et une réponse à l'échelle régionale principalement à l'aire de drainage et au débit. Du Nord au Sud, les régions ichtyologiques étaient liées aux zones morphoclimatiques. Les résultats contribuent à réduire la redondance dans les types abiotiques de rivières et définissent la typologie finale pour les rivières portugaises, constituant un outil fondamental pour la planification et la gestion des ressources en eau.