Experimental approach to macroinvertebrates as bio-indicators of road basins. Biodiversity in 4 road basins and 3 reference ponds in Lorraine. Roads with 10,000 and 27,000 vehicles per day.
Approche expérimentale sur les macro-invertébrés comme bio-indicateurs des bassins routiers. Biodiversité dans 4 bassins routiers et 3 mares de référence en Lorraine. Cas de routes avec 10 000 et 27 000 véhicules par jour
Résumé
Road basins are structures for treating road rainwater. According to the SETRA-2007 technical guide, they can be designed to have a permanent water height of at least 40 cm. They are technical structures that require regular maintenance. They are not considered as environmental compensation works in the event of destruction of natural environments.
However, the permanent water level in these structures means that they are likely to be home to fauna and flora associated with aquatic environments. From a biologist's point of view, these basins are artificial aquatic environments similar to ponds.
The aim of the present study is to find out whether aquatic macro-invertebrates can be good indicators of the biological quality of road basins, and in particular of their biodiversity.
To achieve this, four basins were studied, on roads carrying between 10,000 and 27,000 vehicles a day.
The macroinvertebrate communities of these four ponds were compared with three reference ponds. In the 129 primary samples collected from the 7 bodies of water, we found 120,254 individuals and 259 different taxa, divided into 72 families, 123 genera and 149 species. The samples were determined by species for most of the groups defined in the AFNOR NF T90-388 standard.
The results may come as a surprise. The taxonomic richness of the road basins studied (which are likely to be affected by the pollution resulting from 10,000 to 27,000 vehicles per day) are of the same order of magnitude as those of ponds, considered as references with no source of disturbance.
As richness is not always proportional to the quality of an environment, biological indices of water quality, based on the nature of the species, are used (organic matter, salinity, toxicity).
The macroinvertebrate communities of the 7 water bodies are marked by clear but moderate organic pollution. Salinity does not seem to have an impact on the communities of the roadside ponds, compared with their reference pond. The road basins are slightly more affected by toxic pollution than the ponds (with the exception of the Bénaménil-Est basin, which is unaffected).
Overall, even if the differences in quality are relatively small between the road basins and ponds, the biological indices give the following summary ranking, from least polluted to most polluted: a) Bénaménil-Est road basin and Corny pond, b) Marainviller and Manonviller ponds and Bénaménil-Ouest road basin, and finally c) the two Metz-Magny road basins (these last two basins being the most heavily polluted).
Richness is mainly provided by 'living' substrates (helophytes, root systems, etc.). Conversely, 'dead' substrates (mud, silt, etc.), which generally constitute the central part of water bodies and most of the bottom cover, have an extremely low richness, both in the road basins and their reference ponds.
This report also provides answers on the choice of sampling method. For example, it makes sense to carry out two sampling campaigns for biodiversity research, as the macro-invertebrate communities in April and July are particularly different. On the other hand, a single sampling campaign is sufficient to assess the biological quality of these water bodies. The April campaign is more discriminating and the early July campaign gives a more severe overall result.
Discriminating water quality bio-indicators are defined for our water bodies:
- for organic pollution: the proportion between ‘the number of species with “no to moderate” affinity to organic pollution’ and ‘the total number of species’ ;
- for saline pollution : the proportion between 'the number of freshwater species' and 'the total number of species' ;
- for toxic pollution : the proportion between 'the number of species at risk' and 'the total number of species', or the proportion between 'the abundance of species at risk' and 'the total abundance'.
The interest of roadside ponds for the ecological continuity network of the "Trame Bleue" is demonstrated by taxonomic richness close to that of ponds. Our results, to be put into perspective by the small number of ponds, show a clear correlation between the richness of each of our 7 ponds and the importance of aquatic environments within a 5 km radius. In our N4 study area, the road basins are separated by a median distance of 2.3 km. In more general terms, the string of roadside ponds with permanent water levels present along the roads could therefore be conducive to biodiversity.
Although there are no protected species in our surveys, we have analyzed current regulations on this point.
Les bassins routiers sont des ouvrages de traitement des eaux de pluies routières. Ils peuvent être conçus, selon le guide technique du SETRA-2007, pour avoir une hauteur d’eau permanente d’au moins 40 cm. Ce sont des ouvrages techniques qui doivent faire l’objet d’un entretien régulier. Ils ne sont pas considérés comme des ouvrages de compensation environnementale en cas de destruction de milieux naturels.
Cependant, la lame d’eau permanente dans ces ouvrages les rend susceptibles d’accueillir une faune et une flore inféodée aux milieux aquatiques. Ces bassins sont à ce titre, du point de vu d’un biologiste, des milieux aquatiques artificiels assimilables à des mares.
L’objectif du présent travail est de savoir si les macro-invertébrés aquatiques peuvent être de bons indicateurs de la qualité biologique des bassins routiers, et notamment de leur biodiversité.
Pour cela, quatre bassins sont étudiés, équipant des routes supportant un trafic routier de 10 000 à 27 000 véhicules par jour.
Les communautés de macro-invertébrés de ces quatre bassins sont comparées à trois mares de référence. Dans les 129 échantillons élémentaires récoltés sur les 7 plans d’eau, nous trouvons 120 254 individus et 259 taxons différents, répartis dans 72 familles, 123 genres et 149 espèces. Les échantillons sont déterminés à l’espèce pour la majorité des groupes définis dans la norme AFNOR NF T90-388.
Les résultats peuvent surprendre. Les richesses taxonomiques des bassins routiers étudiés sont du même ordre de grandeur que celles de mares, considérées comme des références sans source de perturbation.
La richesse n’étant pas toujours proportionnelle à la qualité d’un milieu, des indices biologiques de qualité d’eau, basés sur la nature des espèces, sont ensuite utilisés (matière organique, salinité, toxicité).
Les communautés de macro-invertébrés des 7 plans d’eau sont marquées par une pollution organique nette mais modérée. La salinité ne semble pas impacter les communautés des bassins routiers par rapport à leur mare de référence. Les bassins routiers sont un peu plus marqués par une pollution de type toxique que les mares (excepté le bassin de Bénaménil-Est, préservé).
Globalement, même si les écarts de qualité sont relativement peu prononcés entre les bassins routiers et les mares, les indices biologiques donnent le classement de synthèse, du moins pollué au plus pollué, suivant : a) bassin routier de Bénaménil-Est et mare de Corny, b) les mares de Marainviller et Manonviller et le bassin routier de Bénaménil-Ouest, et enfin c) les deux bassins routiers de Metz-Magny (ces deux derniers bassins subissant la plus forte pollution routière).
Autant dans les bassins que leur mare de référence, la richesse est apportée principalement par les substrats ‘vivants’ (hélophytes, chevelus racinaires …). Inversement, les substrats ‘morts’ (vases, limons …), constituant en général la partie centrale des bassins et des mares, et la majeure partie du recouvrement du fond, ont une richesse extrêmement faible.
Ce rapport permet aussi d’apporter des réponses sur le choix de méthode d’échantillonnage. Par exemple, il est pertinent de faire deux campagnes de prélèvements pour une recherche de biodiversité, les communautés de macro-invertébrés d’avril et de juillet étant particulièrement différentes. Par contre, une seule campagne est suffisante pour faire un bilan de la qualité biologique de ces plans d’eau. La campagne d’avril est plus discriminante et la campagne de début juillet donne globalement un résultat plus sévère.
Des bio-indicateurs discriminants de qualité d’eau sont définis pour nos plans d’eau :
- pour la pollution organique : la proportion entre ‘le nombre d’espèces ayant une affinité ‘nulle à modérée’ à la pollution organique’ et ‘le nombre total d’espèces’ ;
- pour la pollution saline : la proportion entre ‘le nombre d’espèces d’eau douce’ et ‘le nombre total d’espèces’ ;
- pour la pollution toxique : la proportion entre ‘le nombre d’espèces à risque’ et ‘le nombre total d’espèces’ ou alors la proportion entre ‘l’abondance des espèces à risque’ et ‘l’abondance totale’.
L’intérêt des bassins routiers pour le réseau des continuités écologiques de la Trame bleue (pour le groupe des macro-invertébrés) est démontré ici par des richesses taxonomiques proches de celles des mares de référence. Nos résultats, à relativiser par le faible effectif de nos plans d’eau, montrent une corrélation nette entre la richesse de chacun de nos 7 plans d’eau et l’importance des milieux aquatiques dans un rayon de 5 km. Sur notre secteur d’étude de la route N4, les bassins routiers sont séparés d’une distance médiane de 2,3 km. De manière plus générale, le chapelet de bassins routiers, avec niveau d’eau permanent, présent le long des routes, pourrait donc favoriser la biodiversité.
Bien qu’il n’y ait pas d’espèce protégée dans nos relevés, nous avons analysé la réglementation actuelle sur ce point.
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