A long-term ecosystem monitoring protocol for Devils Hole, Nevada

Authors: Blinn, Dean W.1, Threloff, Douglas L.*2

Year: 2003 (xxxv)

Abstract

The federally endangered Devils Hole pupfish, Cyprinodon diabolis, resides in a detached unit of Death Valley National Park in Nye County, Nevada. A number of investigations since the late 1960s have studied various aspects of the ecology of the species. Until the present, however, no attempt has been made to develop a comprehensive monitoring strategy that assesses temporal changes in the “vital signs” of the dominant ecological processes and keystone species that affect the number of Devils Hole pupfish. In 2002, a three-tiered monitoring protocol was developed to track a number of these vital signs. Each tier provides for diffe rent intensities of monitoring based on funding levels that might be available. Tier-1 is the most expensive and comprehensive monitoring protocol, while Tier-3 represents the absolute minimum program for monitoring factors that might affect pupfish number. Abiotic variables that would be quantified in a Tier-1 program include substrate composition, water level, water temperature, solar energy levels, physico-chemical constituents (e.g., dissolved oxygen, pH, etc.), nutrients (total nitrogen and phosphorus), effects related to earthquakes and flash floods, and various parameters measured by a weather station. The biotic variables that should be documented in a Tier-1 program include mass and composition of algae, invertebrates, allochthonous carbon input, flatworm (Dugesia sp.) densities and distribution, and microbiological analyses involving total coliform

and fecal coliform. The estimated cost for purchasing equipment and implementing the Tier-1 protocol in year-1 is $46,750, and the annual cost in subsequent years after equipment is purchased would decline to $27,750. Abiotic parameters that would be monitored under the Tier-3 protocol include substrate composition, water level, water temperature, pH, percent oxygen saturation, and specific conductance, and earthquake, flash flood, and weather station parameters. The biotic variables assessed in the Tier-3 protocol include seasonal photodocumentation of filamentous algae, summer and winter allochthonous input, and flatworm densities and distribution. Implementation of the Tier-3 protocol would cost $36,400 in year-1 and decline to $17,400 in subsequent years. Monitoring of critical habitats is frequently overlooked as an important tool in the conservation of natural resources. Resource managers should collect comprehensive, long-term, ecological data sets when communities are healthy in order to identify factors that may be responsible for declines in numbers of organisms at a later date.

Resumen

Protocolo de monitoreo a largo plazo para el ecosistema de Devils Hole, Nevada El cachorrito de Devils Hole, Cyprinodon diabolis, enlistada como en peligro a nivel federal, habita en una unidad separada del Parque Nacional del Valle de La Muerte en Municipio Nye, Nevada. Desde finales de los 1960s, se han realizado varias investigaciones sobre diversos aspectos de la ecología de esta especie. Sin embargo, hasta ahora no se ha hecho el intento de desarrollar una estrategia de monitoreo integral que evalúe los cambios temporales en los “signos vitales” de los procesos ecológicos dominantes y las especies clave que afectan el número de individuos del cachorrito de Devils Hole. Durante 2002, se desarrolló un protocolo de monitoreo de tres niveles para dar seguimiento a cierto número de esos signos vitales. Cada nivel proporciona información para diferentes intensidades de monitoreo, de acuerdo al presupuesto que pudiera estar disponible. El Nivel-1 es el protocolo de monitoreo más caro y exhaustivo, mientras que el Nivel-3 representa el programa mínimo completo para monitorear los factores que pudieran afectar la abundancia de este cachorrito. Las variables abióticas que se cuantificarían en el programa del Nivel-1, incluyen composición del sustrato, nivel del agua, temperatura del agua, niveles de energía solar, elementos fisico-químicos (oxígeno disuelto, pH, etc.), nutrientes (nitrógeno total y fósforo), efectos relacionados con terremotos e inundaciones, y varios parámetros medidos por una estación metereológica. Las variables bióticas que se documentarían en el programa del Nivel-1, incluyen volumen y composición de algas, invertebrados, aporte de carbón externo, densidades y distribución de platelmintos ( Dugesia sp.), y análisis microbiológicos que involucren el total de coliformes y coliformes fecales. El costo estimado para la compra del equipo e implementación del programa del Nivel-1 para el primer año es de $46,750 dólares, y el costo anual subsecuente (después de la compra del equipo) sería de $27,750. Los parámetros abióticos que se considera monitorear en el protocolo del Nivel-3 incluyen composición del sustrato, nivel y temperatura del agua, pH, porcentaje de saturación de oxígeno, conductividad específica, y parámetros de terremotos, inundaciones y de estación metereológica. Las variables bióticas evaluadas en el protocolo del Nivel-3, incluyen fotodocumentación estacional de algas filamentosas, aporte de carbón alóctono en verano e invierno, y densidad y distribución de platelmintos. La realización de este protocolo costaría $36,400 dólares el primer año y bajaría a $17,400 dólares en los años subsecuentes. Es frecuente que el monitoreo de hábitats críticos no se toma en cuenta como una herramienta importante en la conservación de recursos naturales. Los administradores de recursos deberían obtener series a largo plazo de datos ecológicos integrales cuando las comunidades están saludables, para poder identificar los factores que pueden ser la causa de la declinación en abundancia de organismos en fechas posteriores.

Bradford, David F. *1; Neale, Anne C. 1; Nash, Maliha S. 1; Sada, Donald W.2; Jaeger, Jef R.3 (1-U.S. Environmental Protection Agency, Las Vegas, NV; 2-Desert Research Institute, Reno, NV; 3-University of Nevada - Las Vegas, Department of Biological Sciences) Metapopulation processes or infinite dispersal?: Habitat patch occupancy by redspotted toad, Bufo punctatus, in a naturally fragmented desert landscape ABSTRACT Amphibians are often thought to have a metapopulation structure, which may render them vulnerable to habitat fragmentation. The red-spotted toad, Bufo punctatus, in the southwestern USA and northern Mexico, commonly inhabits wetlands that have become much smaller and fewer since the late Pleistocene. This study tested two predictions based on metapopulation theory – the incidence of habitat patch occupancy is directly related to patch size and inversely related to patch isolation – and a third, potentially competing hypothesis that patc h occupancy is influenced by local environmental conditions. In a 20,000 km 2 area of the eastern Mojave Desert, 128 potential habitat patches (primarily springs) were identified and surveyed for local environmental characteristics and presence/absence of B. punctatus. Patch isolation metrics were based on nearest-neighbor distances, calculated both as Euclidian distance and distance vi a connecting drainage channels. Bufo punctatus was found at 73% of the sites, including all of the 15 historic (pre-1970) sites. Based on stepwise multiple logistic regression, the incidence of patch occupancy increased signifi cantly with patch size, and was also significantly related to elevation, latitude, and four metrics that were associated with rocky terrain, periodic scouring water flows, and ephemeral water. In contrast, incidence of patch occupancy was not significantly related to patch isolation. These findings are consistent with a “patchy population” model, rather than the classical equilibrium metapopulation model, implying frequent dispersal among patches and virtually no local extinctions. Imp licated dispersal distances of many kilometers are large for an amphibian. RESUMEN Proceso metapoblacional o dispersión in finita?: Ocupación del sapo manchas rojas, Bufo punctatus , en parches de hábitat, en un paisaje desértico naturalmente fragmentado A menudo se considera que los anfibios tienen un a estructura de metapoblaciones, lo cual puede hacerles vulnerables a la fragmentación del hábitat. El sapo manchas rojas, Bufo punctatus , habita comúnmente en humedales del suroeste de USA y norte de México, que se han reducido mucho en tamaño y número desde el Pleistoceno tardío. Este estudio probó dos predicciones basados en la teoría de metapoblación – la incidencia de la ocupación en parches de hábitat, está directamente relacionada al tamaño del parche e inversamente relacionada al aislamiento del parche – y una tercera hipótesis, que compite potencialmente con los anteriores, la cual postula que la ocupación del parche está influenciada por condicones ambientales locales. En un área de 20,000 km 2 del Desierto Mojave oriental, se identificaron y muestrearon 128 parches de hábitat po tenciales (principalmente manantiales), para el registro de características medioambientales y presencia/ausencia de B. punctatus. Para determinación del aislamiento de los parches, se hizo con base en la distancia del vecino más cercano, calculados como la distancia Euclidiana y la distancia vía la conección de canales de desagüe. Bufo punctatus se encontró en el 73% de los sitios, incluyendo los 15 sitios históricos (antes de 1970). De acuerdo a regresión logística múltiple por pasos, la incidencia de ocupación de los parches se incrementó significativamente con el tamaño del parche y con la elevación, latitud y cuatro caractrísticas asociadas al terreno rocoso, escurrimientos periódicos de agua, y de agua efímera. Por el contrario, la incidencia de ocupación del parche no estuvo relacionada de manera signficativa con el aislamiento del mismo. Estos resultados son consistentes con una “población en parches” más que con el clásico modelo de metapoblación en equilibrio, lo cual implica una frecuente dispersión entre parches y extinciones locales prácticamente nulas. Tratándose de un anfi bio, son grandes las supuestas distancias de dispersión de muchos kilómetros.