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The influence of taxonomic level on the performance of a predictive model for water quality assessment

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Abstract:

Predictive models developed to assess water quality in the Mondego River basin (Portugal), based on the BEnthic Assessment of SedimenT (BEAST) model, were compared at three identifications levels: order, family, and genus (species) of macroinvertebrates. Fifty-five reference sites were originally selected for building the model, but this number was reduced to 51 (lowest level), 52 (family), and 53 (order), after the grouping procedures (CLUSTER, MDS, and SIMPER; Primer 5.2.6, Primer-E Ltd., Plymouth, UK). The discriminating variables (stepwise discriminant analysis) stream order, current velocity, pool quality, and substrate quality were common to the genus (species) and family models. Substrate quality was the only discriminating variable of the order model. The model performances, based on their ability to correctly predict reference site membership (complete MDS with jackknifed cross-validation), ranged from 78% (lowest level) to 81% (family and order levels). Twenty test sites were used to compare site assessments using each of the models. We concluded that the lowest-level model of identification provides the best evaluations of water quality assessment and performed well, that the family-level model reacted similarly and could be a good alternative for bioassessment programmes, and that a greater effort toward improving our knowledge of aquatic macroinvertebrates in Portugal is recommended as species are important in assessing water quality.

Nous comparons les modèles prédictifs mis au point pour évaluer la qualité de l'eau dans le bassin versant de la rivière Mondego (Portugal) et basés sur l'évaluation benthique des sédiments (« BEAST, BEnthic Assessment of SedimenT ») à trois niveau d'identification des macroinvertébrés, soit de l'ordre, de la famille et du genre (de l'espèce). Des méthodes de groupement (CLUSTER, MDS et SIMPER: Primer 5.2.6, Primer-E Ltd., Plymouth, UK) permettent de réduire le nombre de sites de référence pour la construction du modèle, de 55 sites à l'origine à 51 (niveau le plus fin), 52 (famille) et 53 (ordre). Les variables discriminantes (obtenues par analyse discriminante pas à pas), soit l'ordre du cours d'eau, la vitesse du courant, la qualité des fosses et la qualité du substrat, se retrouvent à la fois dans les modèles basés sur les genres (les espèces) et sur les familles. La qualité du substrat est la seule variable discriminante dans le modèle basé sur les ordres. Les performances des modèles, d'après leur capacité de prédire correctement l'appartenance d'un site à un groupe (MDS complet avec validation croisée par « jackknife ») varient de 78 % (niveau le plus fin) à 81 % (niveaux des familles et des ordres). Nous utilisons 20 sites expérimentaux pour comparer l'attribution des appartenances à des sites avec chacun des modèles. Nous concluons que le modèle de niveau d'identification le plus fin donne les meilleures évaluations de la détermination de la qualité de l'eau et qu'il fonctionne bien; le modèle basé sur les familles réagit de même manière et peut être une bonne méthode de remplacement dans les programmes d'évaluation biologique. Puisque les espèces sont importantes pour évaluer la qualité de l'eau, nous recommandons de faire un plus grand effort pour améliorer la connaissance des macroinvertébrés aquatiques au Portugal.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2006-02-01

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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