Research Paper

Performance of the STAR_ICMi macroinvertebrate index and implications for classification and biomonitoring of rivers

Performance de l'indice macroinvertébrés STAR_ICMi et implications pour la classification et la biosurveillance des cours d'eau

¹ BioMonitoring Team, Via Stenico 2, 38095 Tre Ville, Italy
² Museo delle Scienze − MUSE, Limnology and Phycology Section, Corso del Lavoro e della Scienza 3, 38123 Trento, Italy

^⁎ Corresponding author: spitale@biomonitoraggi.it

Abstract

Although biomonitoring is the core approach adopted by the European Union's Water Framework Directive (WFD), many biotic indices still lack a thorough analysis of their performance and uncertainty. The multihabitat sampling and the application of STAR_ICMi index on macroinvertebrates are the standard methods to assess the ecological status of rivers in Italy. Ever since the Italians' implementation, dates back to 2010, few studies have tested the index performance with different sampling efforts, and even rarer are those assessing index uncertainty. However, these are worthwhile topics to investigate because all the Environmental Agencies are applying this index with both ecological and economic consequences. Aims of this study were (i) to assess the effect of subsampling on the STAR_ICMi index, (ii) to propose a standard method to calculate the index precision, and (iii) to test several less time-consuming alternatives to census all the individuals in the sample. I showed that the index is strongly affected by subsampling, and unbiased comparisons of ecological status can only be done at the same sampling effort. The index precision, calculated by bootstrapping the observed abundance of taxa, was so low in some circumstances, to increase the risk of misclassification. Finally, I showed that to avoid counting all the individuals in a sample, it is possible to estimate the most abundant taxa using a rank-abundance model. With this less time-consuming method, the STAR_ICMi index is predicted with sufficient precision.

Résumé

Bien que le biomonitoring soit l'approche de base adoptée par la directive-cadre sur l'eau de l'Union européenne, de nombreux indices biotiques manquent encore d'une analyse approfondie de leur performance et de leur incertitude. L'échantillonnage multihabitat et l'application de l'indice STAR_ICMi sur les macroinvertebrés sont les méthodes standard pour évaluer l'état écologique des rivières en Italie. Depuis leur mise en œuvre qui remonte à 2010, peu d'études ont testé la performance de l'indice avec différents efforts d'échantillonnage, et encore plus rares sont ceux qui évaluent l'incertitude de l'indice. Cependant, ce sont des sujets intéressants à étudier parce que toutes les agences environnementales appliquent cet indice avec des conséquences écologiques et économiques. Les objectifs de cette étude étaient les suivants : (i) évaluer l'effet du sous-échantillonnage sur l'indice STAR_ICMi, (ii) proposer une méthode standard pour calculer la précision de l'indice et (iii) tester plusieurs alternatives moins coûteuses au recensement de tous les individus dans l'échantillon. L'indice est fortement influencé par le sous-échantillonnage et des comparaisons impartiales de l'état écologique ne peuvent être faites qu'au même effort d'échantillonnage. La précision de l'indice, calculée par la méthode de bootsrapping sur l'abondance observée de taxons, était très faible dans certaines circonstances, augmentant le risque de classification erronée. Finalement, pour éviter de compter tous les individus d'un échantillon, il est possible d'estimer les taxons les plus abondants en utilisant un modèle de rang-abondance. Avec cette méthode moins longue, l'indice STAR_ICMi est estimé avec une précision suffisante.