Tributary streams create spatial discontinuities in habitat, biological productivity, and diversity in mainstem rivers

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Abstract:

Lotic ecosystems are made up of numerous tributary streams forming a complex branching network. The point where smaller tributaries flow into larger rivers, or tributary junctions, may be sites in the network where spatial discontinuities or “hot spots” are created and maintained, because small streams funnel important materials captured from the surrounding landscape and carry them by gravity downstream. We hypothesized that habitat complexity, environmental productivity, and abundance of primary consumers and predators peak in mainstem rivers at or downstream of tributary junctions. We conducted surveys in three river basins and 13 reaches to examine interdependence between tributary streams and the larger rivers they enter. Wood abundance and volume, variability in median substrate size (i.e., substrate heterogeneity), concentrations of nitrogen and phosphorus in water, algal biomass, and abundance of consumers and predators peaked with a higher frequency at or downstream of tributary junctions. For several variables, the size of the tributary relative to the main stem contributed to the strength of tributary affect. These findings suggest that some tributary streams have fundamental effects on the larger rivers they enter. We argue that maintaining the integrity of connections among and between ecosystems is essential for promoting habitat complexity and community structure within river networks.

Les systèmes lotiques sont formés de nombreux tributaires réunis en un réseau dendritique complexe. Les points de jonction des tributaires, où les tributaires de taille inférieure se jettent dans les rivières de taille plus importante, peuvent générer et maintenir des discontinuités ou des « points chauds » dans le réseau; en effet, les petits cours d'eau accumulent des matériaux importants provenant du paysage environnant et les charrient vers l'aval par gravité. Nous formons l'hypothèse selon laquelle la complexité de l'habitat, la productivité du milieu et l'abondance des consommateurs primaires et des prédateurs atteignent toutes des maximums dans les cours principaux aux points de jonction des tributaires ou juste en aval. Nous avons mené des inventaires dans trois réseaux hydrographiques et 13 sections de cours d'eau pour évaluer l'interdépendance entre les tributaires et la rivière plus importante qu'ils rejoignent. Nous observons que les maximums d'abondance et de volume de bois, de variabilité de la taille moyenne du substrat (c'est-à-dire de l'hétérogénéité du substrat), des concentrations d'azote et de phosphore dans l'eau, des biomasses des algues et des abondances des consommateurs et des prédateurs se situent plus fréquemment aux points de jonction des tributaires ou juste en aval. Pour plusieurs des variables, la taille du tributaire par rapport au cours axial de la rivière contribue à augmenter l'effet du tributaire. Ces données laissent croire que certains tributaires ont des effets radicaux sur les rivières plus grandes qu'ils alimentent. Nous croyons que le maintien de l'intégrité des interconnections à l'intérieur des écosystèmes et entre les écosystèmes est essentiel pour favoriser la complexité des habitats et la structure des communautés dans les réseaux de rivières.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: November 1, 2006

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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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