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Shaking and moving: low rates of sediment transport trigger mass drift of stream invertebrates

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Abstract:

During floods, river invertebrates may be swept downstream in large numbers. This so-called "catastrophic drift" leads to a major redistribution of animals, as well as reduced fitness and increased mortality among drifters. We present the first field evidence of the role of sediment movement in triggering catastrophic drift. Experiments indicate that the loss of invertebrates from the bed becomes exponential when shear stress reaches the threshold that entrains bedload. However, we found that low rates of bedload are sufficient to rapidly denude patches of riverbed of their invertebrates and so trigger mass drift. Such low bedload rates occur during small floods. As small floods occur frequently, our results suggest that episodes of catastrophic drift are frequent. This conclusion is counterintuitive, as the persistence of invertebrate communities on riverbeds suggests that such events cannot be truly catastrophic. Moreover, the drift losses that we observed occurred in the absence of significant geomorphic disturbance; this is inconsistent with the notion of catastrophic drift being a response to hydrological disturbance events. We argue that a new definition of catastrophic drift is needed, a definition based not on drift magnitude or the triggering role of sediment movement, but on the population consequences of downstream displacement.

Durant les crues, les invertébrés des rivières peuvent être entraînés en grand nombre vers l'aval. Cette prétendue « dérive catastrophique » cause une redistribution importante des animaux, tout en réduisant la fitness et augmentant la mortalité des organismes dans la dérive. Nous présentons les premières données de terrain sur le rôle du déplacement des sédiments dans le déclenchement de la dérive catastrophique. Nos expériences indiquent que la perte d'invertébrés dans le lit de la rivière devient exponentielle lorsque la force d'arrachement atteint le seuil au-delà duquel se produit un entraînement de la charge de fond. Cependant, des valeurs faibles de charge de fond suffisent à dégarnir rapidement certaines surfaces de fond de rivière de leurs invertébrés et ainsi à déclencher une dérive massive. De telles faibles valeurs de charge de fond se produisent lors de crues de moindre importance. Comme ces petites crues ont lieu fréquemment, nos résultats indiquent que la dérive catastrophique est un phénomène commun. Une telle conclusion semble contredire la perception courante, puisque la persistance des communautés d'invertébrés dans le lit des rivières laisse croire que de tels événements ne peuvent être vraiment catastrophiques. De plus, les pertes dues à la dérive que nous observons se produisent en l'absence d'importantes perturbations géomorphologiques; cela ne s'accorde pas avec l'idée que la dérive catastrophique est une réaction à des événements de perturbation hydrologique. Nous croyons qu'il est nécessaire de redéfinir la notion de dérive catastrophique et de donner une définition qui ne soit pas basée sur l'importance de la dérive, ni sur le rôle déclencheur des déplacements des sédiments, mais sur les conséquences démographiques des mouvements vers l'aval.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 2007

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