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River flow controls ecological processes and invertebrate assemblages in subsurface flowpaths of an ephemeral river reach

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Abstract:

We present the first measurements of solutes, invertebrates, and microbial activity in the semi-perched hyporheic, parafluvial, and riparian flowpaths of an ephemeral river channel. Dissolved organic carbon (DOC), nitrogen (DON), and phosphorus (DOP) concentrations decreased as water from an adjacent river mainstem moved through the flowpaths. DOC, DON, and DOP processing rates decreased with increasing mainstem flow and increased with parafluvial zone length. These patterns suggest that the surface water zones of perched river systems are organic nutrient sources to subsurface flowpaths and that parafluvial zones of these systems are strong sinks for organic matter. No longitudinal changes were detected in NO3 concentrations, and relationships between NO3 processing and hydrological variables were not significant. NO3 concentrations were uniformly high, and microbial activity and DOC and dissolved reactive phosphorus (DRP) concentrations were low, suggesting that biological NO3 removal was carbon- or phosphorus-limited. Invertebrate assemblages also varied between subsurface zones: density and taxon richness in the hyporheic and parafluvial zones were higher than in the riparian zone, and evenness was higher in the riparian zone than in the hyporheic or parafluvial zones. Distinct invertebrate assemblages in riparian zones may reflect greater hydrologic stability compared with hyporheic and parafluvial zones.

Nous présentons les premières mesures des solutés, des invertébrés et de l’activité microbienne dans les voies de passage hyporhéiques semi-perchées, parafluviales et riveraines du chenal d'une rivière éphémère. Les concentrations de carbone organique (DOC), d'azote (DON) et de phosphore (DOP) dissous diminuent à mesure que l'eau provenant du cours principal d'une rivière adjacente traverse les diverses voies de passage. Les taux de transformation de DOC, DON et DOP décroissent lorsque le débit augmente dans le cours principal et s’accroissent en fonction de la longueur de la zone parafluviale. Ces patrons laissent croire que les zones d'eau superficielle des systèmes de rivières perchés servent de source de nutriments organiques pour les voies de passage souterraines et que les zones parafluviales de ces systèmes sont d'importants pièges de matière organique. Nous ne détectons aucun changement longitudinal des concentrations de NO3 et il n'y a pas de relation significative entre la transformation de NO3 et les variables hydrologiques. Les concentrations de NO3 sont uniformément élevées, alors que l'activité microbienne et les concentrations de DOC et de phosphore réactif dissous (DRP) sont faibles; ces observations indiquent que le retrait biologique de NO3 est limité par le carbone ou par le phosphore. Les peuplements d'invertébrés varient aussi d'une zone souterraine à une autre: la densité et la richesse en taxons sont plus élevées dans les zones hyporhéiques et parafluviales que dans la zone riveraine et l'équitabilité est plus grande dans la zone riveraine que dans les zones hyporhéiques et parafluviales. Les peuplements particuliers d'invertébrés dans les zones riveraines peuvent être le reflet d'une plus grande stabilité hydrologique par comparaison aux zones hyporhéiques et parafluviales.

Document Type: Research Article

Publication date: August 1, 2008

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