Ecological condition of Arizona’s streams

Authors: Robinson, Anthony*1, Cordy, Gail2

Year: 2005 (xxxvii)

Abstract

Arizona Game and Fish Department, in cooperation with U.S. Geological Services and University of Arizona, conducted stream surveys as part of the U.S. Environmental Protection Agency’s (EPA) Environmental Monitoring and Assessment Program-Western Pilot Surfa ce Waters Project. The EPA used a probabilistic design to select sites throughout the western U.S.A., and to develop biological indicators and to conduct a largescale assessment of the biological condition of regional streams. Sites were probabilistically selected from GIS-coverage of mapped streams (River Reach File 3, 1: 1,000,000-scale digital line graph). Although this design worked well for most states, it worked poorly in Arizona, where approximately 81% of the sites were found to be non-target (most were not perennial, but some were canals, or permission to sample was not granted). At each target site, numerous measurements were made of response indicators (habitat, water chemistry, and periphyton, macroinvertebrate, and vertebrate assemblages) and stressor indicators (e.g., land use, habitat degradation). In Arizona, 10% of the sites did not have any fishes. Nonnative fish species were more prevalent than native fishes; i.e., nonnatives were found in 75% of the streams, whereas natives were found in 65%. Species composition of fishes was dominated (>50%) by nonnative species in 43.6% of the streams, and by native species in 46.2%. With respect to number of individuals, nonnative fish es dominated at 53.8% of the streams, whereas natives dominated at 51.3%. Neither abundance of nonnative fishes nor proportion of individuals that are nonnatives, nor proportion of speci es that are nonnatives, nor native fish richness were related to overall human-caused riparian disturbance, or to grazing-related disturbance. Also, native fish richness was not correlated with nonnative fish richness (P = 0.955, n = 39), nor was native fish abundance correlated with nonnative fish abundance (P = 0.227, n = 39). The EPA developed aquatic vertebrate indices of biological integrity (IBI) for three major (aggregated) ecoregions in the West: Mo untains, Xeric, and Plains streams (the latter not discussed here). Metrics in the Mountain IBI included propor tions of: 1) aquatic vertebrate individuals that are alien; 2) aquatic vertebrate abundance in family Cyprinidae; 3) individuals that are “sensitive” and invertevore/piscivores; 4) species that are lithophilic; 5) species that are native, “sensitive,” and long-lived; 6) individuals that are “sensitive” and rheophilic; and 7) all species that are “super-tolerant.” Metrics in the Xeric IBI included: 1) alien vertebrate species richness; 2) proportion of vertebrate abundance in family Cyprinidae; 3) proportion of species that are “nontolerant” and invertevore/piscivores; 4) proportion of all individuals that are “sensitive” and rheophilic; 5) proportion of individuals that are “sensitive” spawners; 6) proportion of individuals that are “tolerant”; and 7) proportion of individuals that are nativ e and migrators. Metrics were scaled and added together to create a multimetric score, which was then scaled to range from 0–100 (i.e., the IBI). The

distribution of IBI scores for reference sites (minimally disturbed sites sampled in addition to the probability sites) were used to establish threshold criteria to divide scores into good, fair, and poor categories. Based on the aquatic vertebrate IBI and thresholds set, 70% of Ar izona’s stream-miles are in poor condition, 14% in fair condition, and only 9% in go od condition; for 7% there was no data, because they were fishless or not sampled. As expected, a greater proportion of Xeric streams are in poor condition compared to Mountain streams.

Resumen

Condición ecológica de las corrientes fluviales en Arizona El Departamento de Caza y Pesca de Arizona, en co laboración con los Servicios Geológicos de Estados Unidos y la Universidad de Arizona, realizaron prospecci ones en corrientes fluviales como parte de las actividades del Programa de Monitoreo y Evaluación de Medioa mbiente-Proyecto Piloto de Aguas Superficiales del Oeste del Instituto de Protección Ambiental de Estados Un idos (EPA, por sus siglas en inglés). La EPA utilizó un diseño probabilístico para seleccionar los sitios de mues treo en la parte oeste de Estados Unidos y así definir indicadores biológicos para llevar a cabo una evaluación a gran escala de las condiciones biológicas de las corrientes fluviales regionales. Los lugares fueron seleccionados con base en probabilística, escogidos de una cobertura GIS con corrientes fluviales mapeadas (Archi vo “River Reach” 3, gráfica de línea digital a escala 1:1,000,000). Este diseño funcionó bien para la mayoría de los estados donde se hizo la prospección excepto en Arizona, donde aproximadamente el 81% de los lugares no se consideraron blanco de estudio (ya que la mayoría fueron flujos transitorios, si bien algunos eran canales, y en otros no se obtuvo permiso para muestrear). En cada lugar que se marcó como objetivo de estudio se tomaron numerosas mediciones de posibles indicadores de respuesta (hábitat, química del agua, la comunidad de microorganismos y detrito orgánico cubriendo los objetos sumergidos (periphyton), y los grupos de macroinvertebrados y vertebrados), así como indicadores de estrés (e.g., uso de la tierra; degradación del hábitat). En Arizona, el 10% de los sitios escogidos no tenían peces. Las especies de peces no-nativos fueron más dominantes que las nativas: i.e., se encontró que las no-nativas estuvieron presentes en un 75% de las corrientes, mientras que las nativas se observaron en 65%. En el 43.6% de las corrientes muestreadas, la composición de especies de peces estuvo dominada (más del 50%) por las no-nativas, mientras que el registro para las nativas fue de un 46.2%. Con respecto al número de individuos, los peces no-nativos dominaron en el 53.8% de las corrientes, y las no-nativas en el 51.3% de las corrientes. No se encontró relación entre los disturbios riparios ocasionados por actividades humanas o disturbios causados por pastizales para ganado, ni con la abundancia de especies no-nativas, ni con la proporción de individuos de especies no-nativas, ni con la proporción de especies no-nativas, ni tampoco con la riqueza de especies nativas. Tampoco se encontró correlación entre la riqueza de especies nativas y la riqueza de especies no-nativas (P = 0.955, n = 39); no hubo correlación entre la abundancia de especies nativas y no-nativas (P = 0.227, n = 39). La EPA desarrolló Indices de Integridad Biológica (IBI, por sus siglas en inglés) para vertebrados acuáticos, para tres de las ecoregiones principales (agregadas) en el Oeste: [corrientes de] Sierras/Cordilleras (S/C), Regiones Áridas (RA), y las Grandes Planicies (no se discute aquí sobre ésta última ecoregión). Las mediciones de IBI en las S/C incluyeron los proporciones de: 1) individuos vertebrados acuáticos que son exóticos; 2) abundancia de vertebrados acuáticos de la familia Cyprinidae; 3) organismos que son “sensibles” y que consumen inve rtebrados o peces; 4) especies que son litofílicas; 5) especies que son nativas, “sensibles” y de larga vida; 6) organismos que son “sensibles” y reofílicos; y 7) todas las especies que son “supertolerantes”. Las me diciones IBI en las RA incluyeron: 1) riqueza de especies de vertebrados exóticos; 2) proporción de abundancia de vertebrados de la familia Cyprinidae; 3) proporción de las especies “no tolerantes” y que consumen invertebrados o peces; 4) proporción de todos los organismos que son “sensibles” y reofílicos; 5) proporción de organismos que son desovadores “sensibles”; 6) proporción de organismos “tolerantes”; y 7) proporción de individuos que son nativos y migratorios. Las mediciones fueron escaladas y sumadas para tener un marcador mu ltimétrico, el cual posteriormente se colocó en una escala de 0–100 (i.e., el IBI). Las distribuciones de los marcadores de los IBI para los sitios de referencia (sitios con mínimo disturbio muestreados aparte de los sitio s probabilísticas escogidos) se usaron para establecer un umbral de criterios y definir una gradación en categorías de bueno, aceptable y pobre. Con base en los IBI para vertebrados acuáticos y el umbral de criterios, el 70% de las millas de corrientes fluviales en Arizona se encuentran en la categoría de pobre, el 14% en condiciones aceptables, y sólo el 9% en buena condición; no hubo datos para el 7%, porque no había peces o no se muestrearon. Como se esperaba, una proporción más grande de las corrientes en las RA estuvieron en condición pobre comparadas a las de la ecoregión S/C.