Influence of river ecological condition on changes in physico-chemical water parameters along rivers

Abstract

Rivers supports key ecological processes and provides essential benefits to human welfare. Humans have been changing river processes and services by changing riparian land cover, river hydromorphology and by discharging pollutants on rivers. Excessive nutrient loadings have been severely impacting river processes and services, so improve the river capacity to buffer excessive nutrient loadings is determinant to human well-being by reducing the impact of pollutant discharges. To assess the influence of river water chemistry and hydromorphology on changes in physico-chemical water parameters along rivers, six river segments with different trophic status and channel width were selected in the Ave River watershed (northwestern Portugal). The influence of riparian land cover on river habitat quality and physico-chemical water parameters was assessed by dividing each river segment in stretches based on land cover type, and then comparing habitat quality and changes in physico-chemical water parameters along rivers, among stretches. River segments were classified as mesotrophic (S1-S4), eutrophic (S5) and large (S6), and stretches from each river segment type were analyzed independently. The habitat quality was evaluated using the Fluvial Functional Index (FFI), the HABSCORE (RBP) and the Riparian Forest Quality Index (QBR). Changes in physico-chemical water parameters along rivers were determined measuring differences in ammonium, nitrate, phosphate and oxygen concentrations, and conductivity, pH and temperature between the two sampling sites defining each stretch. Results demonstrated that stretches with more urban and agricultural land use had worse habitat quality than stretches with more natural land cover, regardless river segment type. Nitrate and phosphate concentration tended to increase along stretches with more agricultural and urban land use, but to decrease along stretches with more natural land cover, in all river segment type. Nitrate concentration decreased more along stretches with higher concentrations of nitrate and greater abundance of macrophytes, suggesting that river water chemistry and photosynthetic organisms have a strong influence on nitrate concentration in rivers. Overall results demonstrated that i) the conversion of natural riparian areas to human land use can degrade river habitat quality and increase nutrient concentrations in rivers, with consequences for river ecosystem services and their economic value, and ii) changes in physico-chemical water parameters along rivers can be related to water chemistry, biota and hydromorphology of rivers.

Os rios suportam processos ecológicos chave e fornecem benefícios essenciais para o bem-estar humano. Os seres humanos têm vindo a alterar os processos e os serviços que os rios providenciam ao alterarem a cobertura do solo ripário, a hidromorfologia dos rios e por descarregarem poluentes nos rios. Cargas excessivas de nutrientes têm vindo a afectar severamente os processos e os serviços fornecidos pelos rios, pelo que melhorar a capacidade dos rios de moderar o excesso de nutrientes é determinante para o bem-estar humano ao reduzir os impactos das descargas de poluentes. Para avaliar a influência da composição química da água e da hidromorfologia dos rios nas alterações dos parâmetros físico-químicos da água ao longo dos rios, seis segmentos de rio com diferentes estados tróficos e largura de canal foram seleccionados na bacia do Rio Ave (noroeste de Portugal). O efeito da cobertura do solo ripário sobre a qualidade do habitat e os parâmetros físico-químicos da água do rio foi avaliado dividindo cada segmento de rio em trechos de acordo com o tipo de cobertura de solo, e, posteriormente, comparando a qualidade do habitat e as alterações nos parâmetros físico-químicos da água ao longo dos rios, entre trechos. Os segmentos de rio foram classificados em mesotróficos (S1-S4), eutrófico (S5) e largo (S6), e os trechos de cada tipo de segmento de rio foram analisados de forma independente. A qualidade do habitat foi avaliada utilizando o Fluvial Functional Index (FFI), o HABSCORE (RBP) e o Riparian Forest Quality Index (QBR). As alterações nos parâmetros físico-químicos da água ao longo dos rios foram determinadas medindo as diferenças na concentração de amónia, nitrato, fosfato e oxigénio e na conductividade, pH e temperatura entre os dois locais de amostragem que definiam cada trecho. Os resultados mostraram que os trechos com mais uso de solo urbano e agrícola tinham pior qualidade de habitat do que os trechos com mais cobertura de solo natural, independentemente do tipo de segmento de rio. As concentrações de nitrato e fosfato tenderam a aumentar ao longo de trechos com maior ocupação de solo agrícola e urbana, mas a diminuir ao longo de trechos com maior ocupação natural, em todo o tipo de segmentos de rio. A concentração de nitrato diminuiu mais ao longo de trechos com concentrações mais elevadas de nitrato e maior abundância de macrófitas, sugerindo que a composição química da água dos rios e os organismos fotossintéticos têm uma forte influência sobre a concentração de nitrato nos rios. No seu conjunto, os resultados mostraram que i) a conversão de áreas ripícolas naturais para usos de solo humano pode degradar a qualidade do habitat dos rios e aumentar a carga de nutrientes, com consequências para os serviços de ecossistemas de rio e o seu valor económico, e que ii) as alterações nos parâmetros físico-químicos da água ao longo dos rios podem estar relacionadas com a composição química da água, as comunidades biológicas e a hidromorfologia dos rios.