Biodiversity Revisited: Impacts of Hydropower Activities on Aquatic Insect Fauna on Decadal Timescales

Abstract

Økosystemer globalt er under stort press fra menneskelige aktiviteter, og ferskvannsøkosystemer er spesielt sårbare. En viktig kilde til påvirkning av ferskvann er vannkraft, som påvirker biologisk mangfold gjennom habitatendringer som endrede temperatur- og vannføringsregimer, sedimentasjon og habitatfragmentering. Lite er imidlertid fortsatt kjent om hvilke langsiktige effekter vannkraft har på det biologiske mangfoldet. Dette er kunnskap er nødvendig for langsiktig bærekraftig utvikling og produksjon av fornybar energi fra vannkraft.

Formålet med denne studien var å undersøke langtidseffekter av vannkraftutbygging på det biologiske mangfoldet i elver. Tre ulike mål på biologisk mangfold ble brukt som respons: samlet tetthet, artsrikhet og tallrikhet av arter. Studieorganismene i fokus var akvatiske insekter tilhørende ordenene Ephemeroptera, Plecoptera og Trichoptera som ofte er brukt som bioindikatorer siden de er blant de vanligste virvelløse gruppene i rennende vann, samt er følsomme for vannkvalitet og forstyrrelser. Studien utnyttet eksisterende data fra ni elver i Trøndelag fylke, Midt-Norge. Data ble samlet inn gjennom ulike prosjekter ved NTNU Vitenskapsmuseet gjennom bruk av sparkeprøver i perioden 1973 til 2019, samt med supplerende prøvetaking i løpet av juni 2021. Det ble benyttet et før-etter-kontroll-påvirkning-design (BACI) hvor data fra fem kontrollelver (lokalisert i vernede vassdrag) ble sammenliknet med data fra fire påvirkede elver (som har gjennomgått vannkraftutbygging i studieperioden). For hver av de tre målene på biologisk mangfold ble det testet for forskjeller før og etter påvirkningstidspunktet, og om forskjeller i dette varierte mellom kontroll- og påvirkede elver, samt om dette varierte mellom insektordener.

I denne studien ble det funnet indikasjoner på en generell økning i samlet tetthet og artsrikhet mellom før og etter vannkraftpåvirkning. Styrken på denne økningen varierte imidlertid mellom kontrollelver og elver påvirket av vannkraft, samt mellom taksa. Den relative tallrikheten av arter så også ut til å bli jevnere fordelt. Mulige årsakssammenhenger kan være forbedring i vannkvalitet over tid, eller temperaturøkninger forårsaket av klimaendringer. Habitatendringer forårsaket av vannkraftvirksomhet kan også ha bidratt. Det siste støttes av ulike indikasjoner på artsspesifikke responser på habitatendringer. Vannkraft har trolig hatt lokale effekter på biologisk mangfold. Kombinert med variasjon i data og miljøforhold, er det antakelig nødvendig med økt statistisk styrke for å registrere disse effektene.

Earth’s ecosystems are under great pressure from anthropogenic activities, and freshwater ecosystems are particularly vulnerable. A major source of impact in river ecosystems are hydropower interventions, which affect biodiversity through habitat alterations such as changes to temperature and flow regimes, sedimentation, and habitat fragmentation. There is pressure to further increase hydropower capacities globally due to growing demands for renewable energy. However, there is still little knowledge about the long-term effects hydropower development and operations have on biodiversity.

The goal of this study was to investigate the long-term effects of hydropower development on river biodiversity. Three metrics of biodiversity were used: total abundance, species richness, and species abundance. The latter was used as a measure of change in community evenness. The taxa in focus were aquatic insects belonging to the orders Ephemeroptera, Plecoptera and Trichoptera. These taxa are commonly used as bioindicators as they are the dominating invertebrate taxa in running water and are sensitive to water quality and disturbances. The study used existing data gathered by the NTNU University Museum using kick-sampling in the period 1973 to 2019, originating from nine rivers in Trøndelag, Central Norway. This data was supplemented by resampling of eight rivers during June 2021. A Before-After-Control-Impact design (BACI) was utilised, with five control rivers (located within protected watercourses) and four impact rivers (impacted by development of hydropower in the study period). The data was analysed to answer the question of whether changes in biodiversity indicators from before to after time of impact differed between control and impact rivers, and whether this differed with taxon order.

This study found indications of a general increase in total abundance and species richness from before to after time of hydropower impact, with the strength of this temporal trend varying among treatments and among taxa. Community evenness did also seem to increase. Environmental contributors to these trends could be recovery from past degradations or temperature increases caused by climate change. Habitat alterations caused by hydropower activities could also have contributed. This is supported by indications of species-specific responses to habitat alterations, such as evening out of flow. Impacts of hydropower are likely local, and the variation in data and environmental conditions suggests that increased statistical power may be necessary to register the effects on biota.