Conservation ecology of headwater streams: a case study from the Pyrenees

Abstract

Pyrenean headwater streams are singular ecosystems with a particular seasonal pattern. They sustain a unique biodiversity especially sensitive to environmental change. Because of this, their ecosystem structure and function are highly threatened by many anthropogenic stressors such as the precipitation decrease and water warming promoted by climate change, damming, and metal pollution derived from mining and other human activities. This kind of streams are fundamental for the ecological integrity of whole river networks, but there is still a need of more knowledge to propose adequate management actions. Pyrenean headwater streams are a great example to appraise these topics as they are threatened by climate change and many of them are affected by damming and metal pollution. In this context, a practical research aim is needed in order to properly manage and conserve these threatened ecosystems. Considering these needs, this thesis has selected as a case study a Pyrenean headwater stream that presents a hydroelectric dam and that receives the runoff of other tributaries draining from an old antimony mine. The results obtained in this thesis provide, in a conservation context, new information about the interactive impacts of climate change, damming and metal pollution on the ecosystem structure and function of the aquatic communities in headwater streams. It was observed that a reduction in precipitations had a synergistic impact with damming through the reduction of the water flow, which promoted the autotrophy of the stream and reduced its biodiversity, altering its ecosystem functioning. These results provide scientific evidence for the proposal of effective management actions for these ecosystems, such as the maintenance of an environmental flow, especially when considering additional local threats to each headwater stream such as metal pollution. The consequences of these interactive threats are especially relevant for key headwater species. On one hand, the availability of basal resources such as algae and macroinvertebrates can be impaired, increasing the competition for certain preys on higher trophic levels, displacing species such as the endangered Pyrenean desman (Galemys pyrenaicus). On the other hand, the interaction of damming and metal pollution can severely affect the health and distribution of populations of sensitive species such as the Pyrenean brook newt (Calotriton asper). This thesis highlights the fact that integrative approaches, including trophic interactions, are useful to understand the effects of anthropogenic impacts on the biodiversity of headwater streams and to propose effective management and conservation actions.

Les rieres de muntanya del Pirineu són ecosistemes singulars amb un marcat patró estacional. Sustenten una biodiversitat única i especialment sensible als canvis ambientals i, degut a això, la seva estructura i funció ecosistèmica està amenaçada per múltiples factors d’estrès tals com la reducció en les precipitacions promoguda pel canvi climàtic, la presència de preses, la contaminació per metalls derivada de la mineria i altres activitats humanes. Aquestes rieres són fonamentals per a la integritat ecològica de les conques hidrològiques, però encara manca el coneixement necessari per la proposta d’actuacions de gestió adients. En aquest context, és necessari un enfoc de recerca aplicada per tal de gestionar i conservar efectivament aquests ecosistemes tan amenaçats. En base a aquestes necessitats, aquesta tesi ha escollit com a cas d’estudi una riera de muntanya dels Pirineus on hi ha una presa hidroelèctrica i que rep l’escorrentia d’afluents que drenen d’unes antigues mines d’antimoni. Els resultats obtinguts en aquesta tesi aporten, dins d’un context de conservació, nova informació sobre els efectes de la interacció entre els impactes del canvi climàtic, la presència de preses i la contaminació per metalls sobre l’estructura i funció de les comunitats d’organismes aquàtics que viuen en rieres de muntanya. Es va observar que una reducció de les precipitacions tenia un impacte sinèrgic amb la presa al reduir el cabal d’aigua de la riera, el que promovia l’autotròfia de la riera i reduïa la seva biodiversitat, alterant també la seva funcionalitat. Aquests resultats aporten evidències científiques útils per a la proposta de mesures efectives per la conservació i gestió d’aquests ecosistemes, tals com el manteniment d’un cabal ecològic, especialment si es considera que cada riera pot estar afectada per amenaces addicionals com pot ser la contaminació per metalls. Les conseqüències d’aquestes amenaces són especialment rellevants per a espècies clau d’aquestes rieres. D’una banda, la disponibilitat de recursos basals com les algues i els macroinvertebrats pot veure’s amenaçada, incrementant la competència per determinades preses per part de nivells tròfics superiors, desplaçant així a espècies com l’almesquera (Galemys pyrenaicus) . D’altra banda, la interacció de la presa amb la contaminació per metalls pot afectar la salut i la distribució de poblacions d’espècies sensibles com el tritó pirinenc (Calotriton asper). Aquesta tesi il·lustra que un enfoc integratiu, incloent les relacions tròfiques entre múltiples grups, és útil per a entendre els impactes antropogènics en la biodiversitat de les rieres de muntanya i per a proposar actuacions efectives de gestió i conservació.