Tom_Cuffney

Invertebrate traits
Compilations of biological 
characteristics useful for PHABSIM 
and ecological flow studies
Invertebrate traits: examples
•Water body: lotic, lentic, wetland, etc.
•Habitat type: pool, run, riffle
•Velocity preferences: slow, fast, laminar, turbulent
•Substrate preferences: silt, sand, gravel, etc.
•Elevation: upper and lower limits
•Body size, shape, adaptations for current/locomotion
•Life cycle: voltinism, emergence, oviposition
•Feeding guilds: filter‐feeders, collector‐gatherers, etc.
•Tolerances: general, stressor‐specific
Major compilations of traits
•Barbour, M.T., Gerritsen, J., Snyder, B.D., and Stribling, J.B., 
1999, Rapid Bioassessment Protocols for use in Streams 
and Wadeable Rivers: Periphyton, Benthic 
Macroinvertebrates and Fish. U.S.EPA, EPA 841‐B‐99‐002. 
http://water.epa.gov/scitech/monitoring/rsl/bioassessment
/index.cfm
•Vieira, N.K.M., Poff, N.L., Carlisle, D.M., Moulton, S.R., II, 
Koski, M.L. and Kondratieff, B.C., 2006, A database of lotic 
invertebrate traits for North America: U.S.G.S. Data Series 
187. 
•http://pubs.water.usgs.gov/ds187.
Invertebrate traits: 
Vieira et al. 2006 USGS DS‐187
•Compilation from 967 publications
•2,200 species, 1,165 genera, 249 families
•Traits:
–Water body type (lotic, lentic, etc.)
–Elevation (upper, lower limits)
–Body size, shape, adaptations for current/locomotion
–Life cycle (voltinism, emergence, oviposition)
–Velocity preferences (slow, fast, laminar, turbulent)
–Substrate preferences (silt, sand, gravel, etc.)
–Feeding guilds
–Tolerances
–Etc.
•Incomplete
Relevance to EF‐SAB and 
PHABSIM
PHABSIM
•Husdson et al. 2003 NZ critique
–Many technical considerations
–Hydrologic, habitat, ecological (HSC)
•Based on literature
–Very useful…widely used for game fish
•“The greatest single constraint to the proper 
implementation of IFIM* [PHABSIM] is the use 
of accurately derived habitat suitability 
curves”
*Instream Flow Incremental Methodology
Issues
•Estimation of habitat suitability curves (HSC):
–Taxonomic  resolution
•Fish: species/guilds
•Invertebrates: order
–Surrogates (transferability)
•Species: substitute one species for another
•Rivers: substitute one river for another
–Scale
•Habitat‐velocity measurements and microhabitat velocity
•Relevance to HB 1743
Invertebrate taxonomic resolution
•HSC curves for different taxonomic levels are 
not readily available
•Velocity and substrate preferences are 
available for many taxa (species traits)
•Preferences are useful for examining 
variability within taxonomic‐level 
summarizations
Velocity traits summarized at different 
taxonomic levels (from DS 187)
Velocity preference
Taxa  
level Quiet Slow
Fast, 
laminar
Fast, 
turbulent
Multiple
categories
Order 0.0 0.0 0.0 0.0 100.0
Family 0.0 4.8 14.3 0.0 81.0
Genus 3.6 18.8 29.7 10.9 37.0
Species 4.4 18.9 31.1 16.7 28.9
Percentage of designations in each velocity preference category or in multiple 
categories
Ephemeroptera
Habitat traits for net‐spinning 
caddisflies
Taxon Sand Silt Gravel Rocks Boulder Plants Algae
Hydropsyche alhedra X X
Hydropsyche occidentalis X X X
Hydropsychebetteni XXXXXXX
Hydropsyche arinale X X X X
Chimarra aterrima X X X
Dolophilodes distinctus X X
Trichoptera: net‐spinners (Hydropsychidae, Philopotamidae)
Functional groups and tolerance:
Trichoptera, Hydropsychidae
Taxon Tolerance* Functional group
Hydropysche
aerata 2.60 Filtering‐collector
betteni 5.93 Filtering‐collector
bidens 2.50 Filtering‐collector
californica 4.00 Filtering‐collector
decalda 4.30 Filtering‐collector
demora 2.06 Filtering‐collector
dicantha 3.50 Filtering‐collector
elissoma 4.00 Filtering‐collector
frisoni 1.80 Filtering‐collector
hageni 0.00 Filtering‐collector
incommoda 5.89 Filtering‐collector
*Tolerance range: 0 (intolerant) to 10 (tolerant)
Invertebrate Traits  and Ecological Flows
•Order level is not sufficient to represent 
responses of macroinvertebrates to flow
•Transferability among streams: low
•Consider taxa traits when….
–choosing surrogates (ecologically equivalent?)
–choosing taxa to represent the community 
(represent range of function or adaptations to 
flow?)
Definitions in House Bill 1743
•Ecological flow – “the stream flow necessary to 
protect ecological integrity”. 
•Ecological integrity – “the ability of an aquatic system 
to support and maintain a balanced, integrated, 
adaptive community of organisms having a species 
composition, diversity, and functional organization 
comparable to prevailing ecological conditions and, 
when subject to disruption, to recover and continue 
to provide the natural goods and services that 
normally accrue from the system”. 
Diversity (richness) by community type
NC Piedmont example
Community
type No. taxa
Fish 66
Invertebrates 207
Algae 249
Macrophytes ??
Cannot Derive HSC’s for all taxa
•Select taxa that represent key ecological 
characteristics:
–Functional guilds
–Feeding guilds
–Velocity preferences, adaptations
–Substrate preferences
–Life cycles:  length, behavior, fecundity
•Done for fish?
•Not done for invertebrates?
Key questions for EF‐SAB
•Should the quality of the ecological information (HSC) 
match the quality of the hydrology and habitat 
characterization?
•Do we examine similar guilds/taxa/functional groups 
across sites (ignore differences among streams)?
–Emphasize commonality, de‐emphasize differences
–Transferability issues
•Examine important guilds/taxa/functional groups in 
each stream (include differences among streams)?
–More complex
–Captures more of the unique aspects of each stream
Velocity (m/s)
Su
i
t
a
b
i
l
i
t
y
 va
l
u
e
Average
Substrate index
Su
i
t
a
b
i
l
i
t
y
 va
l
u
e
Inter‐stream HSC Transferability:
Mayfly Deleatidium in 4 NZ streams
Depth (m)
Su
i
t
a
b
i
l
i
t
y
 va
l
u
e
Average
Average