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Tributary control of physical heterogeneity and biological diversity at river confluences

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Abstract:

Investigations utilizing a one-dimensional sediment routing model demonstrate that moderate inputs of water and sediment at tributary junctions greatly increase physical heterogeneity in the recipient channel. Simulated physical heterogeneity is most sensitive to the ratios of tributary to mainstream bed load flux and bed load grain size and is less sensitive to relative discharge. Within the model, aggradation drives the processes that augment habitat variability, and in general, any aggradational confluence will be associated with elevated physical diversity. Model output reveals elevated physical diversity at two scales: between distinctive upstream and downstream zones separated by a confluence step and within each zone as a function of local environmental gradients. Total diversity increases as tributary sediment load and caliber increase relative to the mainstream. The ecological implications of the patterns and magnitude of tributary-induced physical heterogeneity are considered, and testable hypotheses are presented. Results highlight the need to accurately characterise patterns of sediment production, delivery, and routing in order to predict local tributary impacts and thereby understand patterns of habitat diversity and biodiversity at network scales.

Des recherches utilisant un modèle unidimensionnel de transport des sédiments montrent que des apports modérés d'eau et de sédiments aux points de jonction des tributaires augmentent considérablement l'hétérogénéité du chenal récepteur. L'hétérogénéité physique simulée est très sensible au rapport des flux des charges de fond du tributaire sur ceux du cours principal ainsi qu'au rapport des tailles des particules; il est moins sensible aux débits relatifs. Dans le modèle, l'alluvionnement entraîne les processus qui augmentent la variabilité de l'habitat et, en général, toute confluence d'alluvionnement est associée à une augmentation de la diversité physique. Les résultats du modèle montrent des augmentations de la diversité physique à deux échelles, soit entre des zones distinctes d'amont et d'aval séparées par un seuil de confluence, soit dans un même zone en fonction des gradients environnementaux locaux. La diversité totale augmente en fonction de l'accroissement de la charge et du calibre des sédiments du tributaire par rapport à ceux du cours principal. Nous examinons les conséquences écologiques des patterns et de l'amplitude de l'hétérogénéité physique générés par les tributaires et nous présentons des hypothèses testables. Nos résultats soulignent la nécessité de caractériser avec précision les patrons de production, de livraison et de cheminement des sédiments afin de pouvoir prédire les impacts locaux des tributaires et ainsi comprendre les patrons de diversité d'habitat et de biodiversité à l'échelle des réseaux.[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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