List of EPTC species in Daechon stream of Busan (Korea)

Order Family Genus Species

Ameletidae Ameletus A. costalis

Siphlonuridae Siphlonurus S. chankae B. japonica Baetiella B. tuberculata B. pseudothermicus B. sp1 Baetidae Baetis B. sp2 E. kibunensis E. levis E. sp Ecdyonurus E. bajikovae H. kifada Heptagenia H. sp E. curvatulus Heptageniidae Epeorus E. latifolium Paraleptophlebia P. chocorata Leptophlebiidae Choroterpes C. altioculus E. strigata Ephemeridae Ephemera E. separigata Ephemerella E. keijoensis Uracanthella U. rufa Acerella A. longicaudata Serratella S. setigera Ephemeroptera Ephemerellidae Cincticostella C. castanea

APPENDIX 2. (continued)

Order Family Genus Species

Leuctridae Rhopalopsole R. mahunkai

Kiotina K. decorata

Neoperla N. quadrata

Perlidae Paragnetina P. flavotincta

Plecoptera

Pteronarcidae Pternarcys P. sachalina H. sp1 H. sp2 H. sp3 H. sp4 Hydropsyche H. sp5 Hydropsychidae Cheumatopsche C. brevilineata R. sp R. shikotsuensis Rhyacophilidae Rhyacophila R. sibirica Leptoceridae Ceraclea C. sp Polycentropodidae Plectrocnemia P. sp Glossosomatidae Glossosoma G. sp G. sp1 Lepidostomatidae Goerodes G. sp2 Trichoptera Limnephilidae ND ND ND ND Elmidae Stenelmis S. vulgaris Chrysomelidae Galerucella G. sp Helochares H. striatus Coleoptera Hydrophilidae Sternolophus S. rufipes

Evaluation de la qualité écologique des écosystèmes lotiques utilisant des macroinvertébrés

Résumé

Dans cette étude, nous avons appliqué le modèle SOM (Self-Organizing Map) pour une évaluation de la qualité écologique de l’écosystème aquatique en se basant sur les macroinvertébrés benthiques. D’abord, dans le chapitre I, le SOM a été utilisé pour extraire les informations à partir de grandes matrices de données complexes de variables environnementales et des macroinvertébrés benthiques des différents microhabitats. Bien que les échantillonnages aient été réalisés dans une zone limitée, le patron des variables environnementales révèle une hétérogénéité spatiale. Les classes de macroinvertébrés dans le modèle SOM ont montré une variation temporelle et permettent l’évaluation de la qualité de l’eau en accord avec les conditions des différents microhabitats. En conséquence, l’hétérogénéité spatiale locale est importante en révélant les dynamiques des communautés et les indices biotiques, particulièrement en rapport avec le processus de restauration des rivières polluées. Dans le chapitre II, les échantillons ont été classés en 3 groupes principaux par le modèle SOM pour distinguer les assemblages EPTC (Ephéméroptères, Plécoptères, Trichoptères, Coléoptères) dans les cours d’eaux du Coteau de Gascogne, tributaires de la Garonne (sud-ouest France). Des faibles richesses et diversités ont été observées dans cette zone affectée par une pratique agricole intensive, caractérisée par de très fortes valeurs de TDS (Total Dissolved Solids), nitrate (NO3) et COD (Chemical Oxygen Demand). Les espèces EPTC tolérantes ont été utilisées comme paramètres de contrôle pour les changements d’assemblage de communautés collectées dans des sites impactés par la pratique agricole. Ces constatations confirment que la pratique agricole a perturbé les conditions des cours d’eau, avec le corridor de ripisylves qui sert

de zone tampon naturelle. Dans le chapitre III, le modèle SOM a montré divers groupes de communautés et a été efficace pour révéler l’état de changement temporel de communautés. Les indices biologiques de la qualité de l’eau correspondent bien aux différents groupes du modèle SOM. Le SOM pourrait être ainsi une méthode alternative d’étude des communautés pour évaluer la qualité de l’eau à large échelle, des longues séries de données, élargissant ainsi la place de l’écologie informatique pour implémenter les évaluations des écosystèmes. Dans le chapitre IV, le SOM a été efficace pour identifier le patron des communautés en visualisant les caractéristiques des communautés, classant ainsi les échantillons correspondant à des régions géographiques et des degrés de perturbations. Les groupements obtenus révèlent les impacts de pollution : la richesse et l’abondance des espèces reflètent en conséquence les conditions géographiques et anthropogéniques de perturbations, alors que certaines espèces tolérantes ont été sélectivement collectées dans des zones perturbées. Les communautés classées par le modèle SOM montrent un patron cohérent avec l’abondance et la richesse. Le SOM est ainsi une méthode efficace pour relier les informations diverses sur la composition des communautés, la distribution géographique et le patron de l’abondance des espèces d’une manière intégrative. Le SOM pourrait ainsi servir comme méthode pour déterminer la carte écologique des écorégions et fournir une vue compréhensible de l’état écologique de communautés échantillonnées à large échelle.

Mots clés : macroinvertébrés benthiques, écosystème aquatique, évaluation, carte autoorganisatrice

Ecological quality assessment of stream ecosystems using benthic macroinvertebrates

Abstract

In this study, we applied the SOM for ecological assessment using benthic macroinvertebrates in aquatic ecosystem. First, Chapter I, SOM was utilized to extract information from complex data of environmental variables and benthic macroinvertebrate communities residing in different micro-habitats. Although the sampling was carried out in a limited area, the patterns of environmental variables revealed spatial heterogeneity. The clustering of benthic macroinvertebrate communities in the trained SOM was efficient in showing temporal variation and evaluating water quality according to the conditions of different micro-habitats. Consequently, local spatial heterogeneity is important in revealing dynamics of community abundance and biotic indices, especially regarding restoration processes in polluted streams. Chapter II, the samples were grouped into three main clusters corresponding to distinct EPTC assemblages in the tributary streams of the Garonne River catchment, southern France. Lower richness and diversity of macroinvertebrates were observed in the areas affected by agricultural land use, being associated with high Total Dissolved Solids (TDS), Nitrate (NO3) and Chemical Oxygen Demand (COD). Tolerant EPTC species were identified as controlling parameters for the changes in the assemblages collected at the agriculture-impacted sites. These findings confirmed that agricultural land use has disturbing effects on instream conditions of the riparian forest corridor that naturally serves as a buffer zone. In chapter III, the trained SOM showed the diverse scope of communities and were efficient in tracking temporal changes in community states. Biological water quality indices were correspondingly different in different clusters by the trained SOM. The SOM could be an alternative map for covering diverse scope

of community states in water quality monitoring for the large-scale, long-term data, thus would broaden the scope of ecological informatics implemented to ecosystem assessment. In chapter IV, the SOM was efficient in patterning and visualizing community characteristics and accordingly classified the samples corresponding to the geographical regions and to the degree of disturbances. The patterned groups accordingly revealed the impact of pollution: the species abundance and richness accordingly reflected geographical conditions and anthropogenic disturbances, while some tolerant species were selectively collected in the disturbed areas. The communities clustered by the trained network were also characterized with the species-abundant patterns. The SOM was efficient in linking various information on community composition, geographic distribution, and ‘species–abundance’ patterns in an integrative manner. The SOM could serve as an efficient ecological map for specifying ecoregions and for providing comprehensive view on ecological status of the communities sampled on a large scale.

ACKNOWLEDGEMENTS

I am very grateful to Drs. Sovan Lek and Sithan Lek, my supervisors, in the Dept. of ECOLOGIE & EVOLUTION, de l'Université Paul Sabatier Toulouse III, to finish my course fruitfully in France. And I am greatly appreciated to Dr. Tae-Soo Chon, my advisor and mentor, in the Dept. of Biology, Pusan National Univ. They gave a chance for the joint supervision of thesis between Pusan National Univ. and l'Université Paul Sabatier Toulouse III.

I’m appreciating all of the committee members of the thesis evaluation, Dr. Michele Scardi, Proffesor in University Tor Vergata (Rome, Italy), Dr. Kei Tokita, Professor in University Osaka (Japan) and Dr. Gea-Jae Joo, Professor in Pusan National Univ..

All the professors in the Dept. of Biology I appreciate, Professors Tae-Hyung Ryu, Won- Ho Lee, Jung-Hee Hong, Won-Chul Choi, Young-Sang Kim, Byung-Ki Kim, Geun-Seob Lee, Eun-Sang Choi and Chang-Geun Kang. They beholded me so long time from the undergrate to the Ph. D. course. They gave invaluable lectures on the biology, and whenever I feel need on any information, they were enthusiastically solved my curiosity.

I appreciate, Dr. Young-Seuk Park in the Kyunghee Univ., Dr. Inn-Sil Kwak in the Chonnam National Univ., supported valuable comments to me. In my laboratory in PNU, there were many of lab members and they gave me so much helps on my Ph. D. works. I appreciate Chang Woo Ji, Dr. Xiaodong Qu, Seung Tae Kim, Hyun Ju Hwang, Ji Eun Pakr, Kyung Im Jung, Ju Young Chung, Ae Jung Seo and Su Jin Song for their support on field trips and the comments on my manuscripts. Also Dr. Joo-Mi Lee, Voki Woo, Ju-Young Sohn and all other friends in the department including people in the department office I would like to thank.

Although it was only one year (6 months in 2004 and 6 months in 2005) to stay in Toulouse, I got help from many people. I am appreciating all of the members in LADYBIO, Dr.

Alain Tomas, Dr. Sébastien Brosse, Dr. Géraldine Loot, Dr. Muriel Gevrey, Wafa Bouzid, Fabien Leprieur and all other friends.

ANNEX