Benthic Biomonitoring in Arctic Tundra Streams: A Community-Based Approach in Iqaluit, Nunavut, Canada

• Published in: Arctic Vol. 64; no. 1; pp. 59 - 72
• Main Authors: MEDEIROS, A.S., LUSZCZEK, C.E., SHIRLEY, J., QUINLAN, R.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: The Arctic Institute of North America 01-03-2011; Arctic Institute of North America of the University of Calgary
• Subjects: Air sampling; Benthic invertebrates; Benthos; Chironomidae; Creeks; Diptera; Environmental aspects; Environmental monitoring; Gravel; Insecta; Invertebrate populations; Methods; Orthocladiinae; River water; Stream ecology; Streams; Taxa; Urbanization; Water quality; Water samples; Canada; PN, Arctic; Canada, Nunavut; Canada, Nunavut, Iqaluit
• ISSN: 0004-0843; 1923-1245
• DOI: 10.14430/arctic4080

Recent residential, commercial, and industrial development in the catchments of several Arctic streams has heightened the need to assess these freshwater systems accurately. It was imperative to develop methods that would be both effective at judging ecological condition of tundra streams and suitable for use by local groups. An investigation of two streams influenced by urbanization in Iqaluit, Nunavut, was carried out between July and August each year in 2007—09. Simple summary metrics (e.g., Shannon Index) and multivariate analysis (DCA, RDA) both demonstrated biological impairment in the benthic community at site locations downstream of urbanized portions of a local stream. This impairment was characterized by a loss of diversity and a dramatic shift of the benthic community to one dominated by chironomids from the subfamily Orthocladiinae. Elevated levels of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) and several metals (Zn, Sr, Rb, Al, Co, Fe) were also found to be significantly related to benthic assemblages within these disturbed areas. This investigation also addressed taxonomic sufficiency, indicating that while family-level taxonomic identifications were sensitive enough to differentiate between pristine and impacted stream sites, a more precise taxonomic identification of the dominant benthos taxa (Insecta: Diptera: Chironomidae) to sub-family/tribe level identified a significant shift towards pollution-tolerant taxa. This higher taxonomic resolution will allow for the adaptation of protocols and the use of simple summary metrics to be effective for a community-based biomonitoring program in Arctic tundra streams. De récents développements résidentiels, commerciaux et industriels dans les bassins versants de plusieurs cours d'eau de l'Arctique ont intensifié la nécessité de bien évaluer ces systèmes d'eau douce. Il était impératif de mettre au point des méthodes qui permettraient de juger des conditions écologiques des cours d'eau de la toundra et qui seraient utilisables par divers groupes de la région. Entre juillet et août des années 2007 à 2009, une enquête a été effectuée sur deux cours d'eau influencés par l'urbanisation à Iqaluit, au Nunavut. De simples mesures sommaires (indice de Shannon par exemple) et une analyse à variables multiples (DCA, RDA) ont permis de démontrer la dégradation biologique de la communauté benthique à divers lieux du site, en aval de segments urbanisés d'un cours d'eau local. Cette dégradation était caractérisé par une perte de diversité et un changement dramatique de la communauté benthique qui est maintenant dominée par des chironomidés de la sous-famille Orthocladiinae. Nous avons également constaté que les taux élevés d'azote total (AT), de phosphore total (PT) et de plusieurs métaux (Zn, Sr, Rb, Al, Co, Fe) étaient fortement liés aux assemblages benthiques faisant partie de ces zones perturbées. Cette enquête a également porté sur la suffisance taxonomique, ce qui a laissé croire que bien que les identifications taxonomiques au niveau de la famille étaient assez sensibles pour différencier entre les sites de cours d'eau vierges et les sites perturbés, une identification taxonomique plus précise allant des taxons benthiques dominants (Insecta:Diptera:Chironomidae) jusqu'au niveau de la sous-famille et de la tribu ont permis d'identifier un virage important vers des taxons tolérants à la pollution. Cette résolution taxonomique supérieure permettra l'adaptation de protocles et l'utilisation de simples mesures sommaires efficaces en vue de l'établissement d'un programme de biosurveillance communautaire dans les cours d'eau de la toundra de l'Arctique.