Predicting community characteristics from habitat conditions: fluvial fish and hydraulics
Prédiction des caractéristiques de communautés de poissons en fonction de l'hydraulique fluviale
Résumé
1. One current approach to the prediction of community characteristics is to use models of key local-scale processes (e.g., niche dimensions) affecting individuals and to estimate their effects over larger scales. We tested this approach, focusing on how the hydraulic habitat structures fluvial fish communities. We used a recent statistical habitat model to predict fish community characteristics in eleven reaches in the Rhône river basin in France. Predictions were made 'blindly', as most reaches were not used to calibrate the model. The model reflects species preferences for local hydraulics. We made predictions of the fish community from the local hydraulic conditions found in the reaches under low flow conditions. We predicted the overall abundance and the relative abundance (both as indices) of fish species, specific size classes, and species traits (reproductive, trophic, morphological and others). We summarised our predictions of the relative abundance of species as two 'community structure indices' using Principal Component Analysis. Our predictions from low flow hydraulics were compared with long-term observations of fish communities. The relative abundance of species actually observed depended largely on zoogeographic factors within the Rhône basin, which could not be predicted by the model. The model predicted 13 % of the variance in the indices of relative abundance at the species level and 23 % of this variance at the trait level for all zoogeographic regions combined. When focused on reaches within a geographic region, however, the model explained up to 47 % of the same variance. Therefore, geographic regions act as 'filters' on relative abundance of species, but hydraulics do affect fish communities within a given geographical context. For the synthetic 'community structure indices', we obtained good predictions from hydraulics independently of the geographical context (variance explained up to 95 %). These indices were linked to simple key hydraulic characteristics of river reaches (Froude and/or Reynolds number). They enabled interpretations of the links between hydraulics, geomorphology, discharge and community patterns. These links were consistent with existing knowledge of species and their traits. In addition to the above validations, the habitat model partly explained the observed effects of impoundment on fish communities. These results show that stream hydraulics strongly impact fish community structure. Consequently, they confirm that community characteristics can be predicted using models of the local-scale habitat requirements of the species forming the community.
Une approche possible pour prédire les caractéristiques des communautés aquatiques consiste à modéliser les processus clés (ex: préférences d'habitat) à l'échelle des individus, et d'estimer leurs effets à plus large échelle. Nous avons testé cette approche pour prédire les caractéristiques de communautés de poissons en fonction de l'hydraulique fluviale. 2. Un modèle d'habitat statistique a été utilisé pour estimer les caractéristiques des communautés de 11 tronçons de cours d'eau du bassin du Rhône. Des prédictions ont été faites 'à l'aveugle', sur des sites non-utilisés pour construire les modèles. Le modèle d'habitat reflète les préférences locales des espèces. Nous en avons déduit les caractéristiques attendues des communautés sachant l'hydraulique des tronçons à l'étiage. Nous avons estimé des indices d'abondance globale et d'abondance relative des espèces, de leurs classes de taille, et de leurs traits biologiques (reproduction, morphologie, alimentation...). Les indices d'abondances relatives ont été résumés sous forme d'indices de structure de la communauté par Analyse en Composantes Principales. Les indices de structure de la communauté, eux, sont bien prédits (jusqu'à 95 % de variance expliquée) sur l'ensemble des sites. Ils sont liés à des résumés hydrauliques simples des tronçons (nombres de Froude, de Reynolds). Ces indices permettent une interprétation synthétique du rôle de l'hydraulique sur les peuplements, en accord avec les connaissances existantes sur les espèces et leur biologie. 5. Par delà ces validations, le modèle a permis d'expliquer en partie l'effet de l'aménagement du fleuve sur la structure des communautés. Ces résultats démontrent l'importance de l'hydraulique sur la structure des communautés de poissons. Ils confirment que certaines caractéristiques des communautés peuvent être prédites à partir de modèles ciblés sur les exigences locales des espèces de ces communautés.