Use of auto-ecological characteristics of diatoms taxa to assess the level of man-made trophic enrichment throughout European ecoregions and river types
Utilisation de caractéristiques autoécologiques des taxons diatomiques pour évaluer le niveau d'enrichissement trophique d'origine humaine dans les régions et les types de cours d'eau européens
Résumé
The first step of the implementation of the Water Framework Directive (WFD) aims at assessing the ecological status of each European hydrosystem, in a consistent way across the EU Member-States, in order to preserve or reach a good ecological status by 2015. For this purpose, it is necessary to distinguish between impacted communities and their reference state. For a good accuracy, this needs to first precise the part of the natural variation, in a global way (biological index notes) and at the level of communities composition (biotypes). The REBECCA project, funded by the EU 6th Framework program, supports the implementation of the WFD by exploring the relationships between chemical parameters in hydrosystems and their ecological status. The analyses presented here focus on the alteration of diatom communities in rivers resulting from anthropogenic enrichment by nitrogen and phosphorus across a broad range of geochemical gradients found in Europe, based on data from France, Estonia and U.K. They build on previous work on the variability of the diatom communities, based on the same data, which has led to the definition of natural and disturbed river biotypes characterised by their diatom assemblages. Existing diatom indices use indicator values of diatoms dedicated to the country or the region of application. The work presented here goes further by analysing autoecological traits regarding eutrophication and organic pollution for each diatom species. Van Dam et al. * (1994) initiated such approaches with a classification of diatoms according to their autoecological traits in the Netherlands. In a comparable way, this work aims to study the ecological response of diatom communities and indicative species to nutrient enrichment. The approach has been driven chemical species per chemical species, then with integrated descriptors of nutrient enrichment. We used different biomathematical tools (CCA, neural networks...) to classify the autoecological profiles of species, then to derive individual and combined metrics applicable across the 3 countries represented in our analyses. These metrics based on trophic ecological homologies can be used as a useful framewok to build improved diatom indices able to assess the effects of nutrient enrichment in a more consistent way at the european broad scale.
La première étape de la mise en oeuvre de la directive-cadre sur l'eau (DCE) vise à évaluer l'état écologique de chaque hydrosystème européen de manière cohérente entre les États membres de l'UE, afin de préserver ou d'atteindre un bon état écologique d'ici à 2015. A cet effet, il est nécessaire de distinguer les communautés impactées de leur état de référence. Dans ce but, il faut d'abord préciser la part de variation naturelle, de manière globale (au travers des notes d'indice biologique), ainsi qu'au niveau de la composition des communautés (biotypes). Le projet REBECCA, financé par le 6e PCRD de l'UE, soutient la mise en oeuvre de la DCE en explorant les relations entre les paramètres chimiques des hydrosystèmes et leur état écologique. Les analyses présentées ici se concentrent sur l'altération des communautés de diatomées des rivières résultant de l'enrichissement anthropique en azote et en phosphore sur un large éventail de gradients géochimiques trouvés en Europe, sur la base des données de la France, de l'Estonie et du Royaume-Uni. Elles s'appuient sur des travaux antérieurs sur la variabilité des communautés de diatomées, sur la base des mêmes données, qui ont conduit à la définition de biotypes des cours d'eau naturels et perturbés sur la base de leurs assemblages de diatomées. Les indices de diatomées existants utilisent des valeurs indicielles d'espèces diatomiques dédiées au pays ou à la région d'application. Les travaux présentés ici vont plus loin en analysant les traits autoécologiques relatifs à l'eutrophisation et à la pollution organique pour chaque espèce de diatomées. Van Dam et al. (1994) a initié de telles approches en proposant une classification des diatomées des Pays-Bas en fonction de leurs caractéristiques autoécologiques. De manière comparable, ce travail vise à étudier la réponse écologique des communautés de diatomées et des espèces indicatrices à l'enrichissement en nutriments. L'approche a été conduite espèce chimique par espèce chimique, puis avec des descripteurs intégrés d'enrichissement en nutriments. Nous avons utilisé différents outils biomathématiques (ACC, réseaux de neurones...) pour classer les profils autoécologiques des espèces, puis pour dériver des métriques individuelles et combinées applicables dans les 3 pays représentés dans nos analyses. Ces métriques basées sur les homologies écologiques trophiques peuvent être utilisées comme un cadre de référence utile pour construire des indices diatomiques améliorés capables d'évaluer les effets de l'enrichissement en nutriments de manière plus cohérente à la large échelle Européenne.