Resumen de Diel patterns of suspended sediment flux and the zoogeomorphic agency of invasive crayfish

S. P. Rice, M.F. Johnson, C. Extence, J. Reeds, H. Longstaff

• español

  Este trabajo investiga la idea de que las actividades del cangrejoseñal (Pacifastacus leniusculus) pueden aumentar los flujos de sedimento en suspensión en los ríos. Trabajos previos de campo, apoyados en experimentos, sugieren que la actividad nocturna del cangrejo puede aumentar la turbidez durante la noche, aunque tales datos de campo se limitan a un periodo de 16 horas en un solo sitio donde no existen series temporales de sedimento en suspensión.En este trabajo se han utilizado datos de campo recogidos durante unperiodo de 28 días en el Brampton Branch del río Nene, Reino Unido, con el fin de cuantificar el impacto de las fluctuaciones diarias en la concentración de sedimento en suspensión. Se han empleado observaciones de campo y experimentos de laboratorio para evaluar la probabilidad de que los cangrejos, que son abundantes en este río, sean responsables de los patrones diarios. La turbidez fue medida a intervalos de 2 minutos en un único punto.El muestro de agua para la concentración de sedimento en suspensión se realizó en un ciclo diario y durante eventos tormentosos. La relación entre concentración de sedimento en suspensión y turbidez, junto con las series temporales de caudal, permitió el cálculo del flujo y la carga de sedimento. Los experimentos en acuario con uno o dos cangrejos fueron utilizados para observar directamente el impacto relativo de la actividad de los cangrejos. Durante el periodo de 28 días la turbidez y el sedimento en suspensión exhibieron un acusado patrón diario, caracterizado por aumentos nocturnos en la frecuencia y magnitud de los picos en la turbidez y por aumentos en la concentración de sedimento en suspensión. Se midieron también las pequeñas fluctuaciones, pero los incrementos estuvieron desfasados con la turbidezy no hubo relación entre turbidez y caudal a ningún nivel. En ausencia deexplicación hidráulica creíble para los aumentos nocturnos de la concentración de sedimento en suspensión, varias líneas de evidencia, incluyendo los resultados de los experimentos en el acuario, sugieren consistentemente que los cangrejos son la causa más probable. Estimamos que la actividad de los cangrejos contribuye en al menos el 20% de la carga de sedimento en suspensión durante el periodo de 28 días (incluyendo dos crecidas moderadas), y esta proporción fue del 47% durante los días en que prevalecieron las condiciones de flujo de base.Este trabajo amplía y refuerza el argumento de que los cangrejos son importantes agentes zoogeomórficos. También subraya la necesidad de entender mejor las relaciones entre la actividad de los cangrejos, sedimentos en suspensión y su dispersión hacia aguas abajo, particularmente la distribución a escala de cuenca y la estacionalidad de tales impactos.

• English

  The role of biotic forcing in fluvial geomorphology is understudied.This paper investigates the suggestion that the activities of signal crayfish(Pacifastacus leniusculus) can increase suspended sediment fluxes in rivers.Previous field work, supported by mesocosm experiments, suggests that crayfish nocturnalism can cause night time increases in turbidity, but field data are limited to a 16-hour period from a single site where suspended sediment time-series are not available. Here, field data collected over a 28-day period on the Brampton Branch of the River Nene, UK, are used to quantify the impact of diel fluctuations in suspended sediment concentration on sediment fluxes. Field observations and laboratory experiments are used to evaluate the likelihood that crayfish, whichare abundant in this river, are responsible for the diel patterns. Turbidity and water stage were measured at 2-minute intervals at a single site. Water was sampled for suspended sediment concentration on a diel cycle and during storm events. A relation between suspended sediment concentration and turbidity, along with a local discharge time-series, permitted calculation of sediment flux and sediment loads. Aquarium experiments with one or two crayfish were used to directly observe the relative impacts of crayfish activity and conspecific interactions on sediment suspension. Over the 28-day period, turbidity and suspended sediment exhibited a strong diel pattern, characterised by night-time increases in the frequency and magnitude of spikes in the turbidity data and by increases in ambient suspended sediment concentrations. Small diel fluctuations in stage were also measured, but the rises in stage were out of phase with turbidity and there was no correlation between stage and turbidity at any frequency. In the absence of a credible hydraulic explanation for the increases in night-time suspended sediment concentration, several lines of evidence, including results from the aquarium experiments, strongly suggest that crayfish are the mostlikely cause. We estimate that crayfish activity contributed at least 20% of the suspended sediment load over the 28-day period (which included two moderate floods) and this proportion was 47% during the days when baseflow conditions prevailed. This work extends and strengthens the argument that crayfish are important zoogeomorphic agents with potential implications for managing fine sediment pressures. It also highlights the need to better understand the link between crayfish activity, sediment suspension and downstream dispersal, particularly the catchment-scale distribution and seasonality of such impacts.