Spatio-temporal Dynamics of Physico-Chemical Hydrology and Aquatic Insect Assemblages in a Western Nigerian River: A Canonical Correspondence Approach to Ecological Integrity

Technische Zusammenfassung: Spatiotemporale Dynamik der physikalisch-chemischen Hydrologie und der aquatischen Insektenassemblagen in einem westnigerianischen Fluss

Problemstellung
Süßwasserökosysteme in Westafrika, insbesondere innerhalb der Agrarzonen Westnigerias, sind einem zunehmenden anthropogenen Druck durch Urbanisierung, landwirtschaftliche Expansion und Landnutzungsänderungen ausgesetzt. Diese Stressfaktoren, verstärkt durch das ausgeprägte bimodale tropische Klima der Region, schaffen komplexe, dynamische Umweltmatrizen, die die ökologische Integrität lotischer Systeme herausfordern. Die traditionelle Überwachung der Wasserqualität, die sich auf isolierte chemische Momentaufnahmen stützt, ist oft unzureichend, um transiente Verschmutzungsereignisse oder die integrierten langfristigen Auswirkungen von Habitatveränderungen zu erfassen. Folglich besteht eine kritische Forschungslücke im Verständnis darüber, wie lokalisierter landwirtschaftlicher Druck mit extremen saisonalen Abflussänderungen interagiert, um den Nischenraum der aquatischen Insektenassemblagen im Omi-Fluss (Iwajowa Local Government Area, Oyo State) umzugestalten. Insbesondere mangelt es an Daten, die die direkten, multivariaten Beziehungen zwischen der Gemeinschaftsstruktur und den Umweltvariablen unter Verwendung von eingeschränkten Ordinationstechniken in dieser Region kartieren.

Methodik
Diese Studie verwendete ein spatiotemporales Survey-Design, um die miteinander verbundenen Dynamiken der Wasser-Physikochemie und der aquatischen Insektenassemblagen im Omi-Fluss zu untersuchen.

• Untersuchungsgebiet: Fünf Probenahmestellen wurden entlang des Flussabschnitts eingerichtet, die unterschiedliche Mikrohabitate innerhalb der Iwajowa LGA abdecken.
• Protokoll der Probenahme: Die Datenerhebung erfolgte über einen Jahreszyklus (Dezember 2024 bis September 2025), um sowohl die Regen- als auch die Trockenzeit zu erfassen. Die Probenahme wurde vierteljährlich durchgeführt.
• Physikalisch-chemische Analyse: Hydrologische Profilierung (Breite, Tiefe, Geschwindigkeit, Durchfluss) und In-situ-Parameter (Temperatur, pH-Wert, gelöster Sauerstoff, elektrische Leitfähigkeit, Gesamtheit, Trübung) wurden gemessen. Wasserproben wurden zur Laboranalyse des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB), der Nährstoffe (Nitrat, Phosphat) und der Ionenprofile (Calcium, Magnesium, Härte) entnommen.
• Biologische Probenahme: Aquatische Insekten wurden mittels D-Rahmen-Netzen und Handpflückmethoden gesammelt. Die Exemplare wurden in 7y % Ethanol konserviert, sortiert und unter Verwendung von Standard-Dichotomie-Schlüsseln bis auf die niedrigstmögliche taxonomische Ebene identifiziert.
• Statistische Analyse: Räumliche und zeitliche Variationen wurden mittels One-Way-ANOVA und unabhängiger Stichproben-t-Tests bewertet. Die Gemeinschaftsstruktur wurde unter Verwendung von Diversitätsindizes (Shannon-Wiener, Simpson, Pielou-Evenness, Margalef-Reichtum) und biotischen Integritätswerten (BMWP-SA, ASPT) evaluiert. Eine kanonische Korrespondenzanalyse (CCA) wurde eingesetzt, um die Beziehung zwischen den Umweltmatrizen und der Insektenverteilung zu modellieren, wobei die Signifikanz mittels Monte-Carlo-Permutationstests validiert wurde.

Zentrale Ergebnisse

• Taxonomische Zusammensetzung: Insgesamt wurden 1.040 Individuen katalogisiert, die 6 Ordnungen, 19 Familien und 44 Gattungen repräsentieren. Die Assemblage wurde von Rhagovelia sp. (24,04 %) dominiert, gefolgt von Chlorocypha sp. (24,04 % der relativen Anzahl in Tabelle 3, obwohl der Text Rhagovelia als dominante Taxon hervorhebt). Sensible Taxa, einschließlich Ephemeroptera (Elassoneuria sp.) und Plecoptera (Neoperla sp.), waren präsent, während schadstofftolerante Taxa wie Chironomus sp. selten waren.
• Räumliche Dynamik: Der Fluss wies eine hohe Umweltuniformität über die fünf Stationen hinweg auf. Die meisten physikalisch-chemischen Parameter zeigten keine signifikante räumliche Variation. Die Ausnahme war der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB), der an Station 5 signifikant höher war ($p < 0,05$), was auf eine milde stromabwärts gelegene organische Anreicherung hindeutet.
• Saisonale Dynamik: Das bimodale Klima trieb starke saisonale Fluktuationen voran.
  • Regenzeit: Charakterisiert durch signifikante Zunahmen der Flussbreite, der Tiefe, des Durchflusses, der Trübung und des gelösten Sauerstoffs ($p < 0,001$). Die Gesamtgehalt an gelösten Stoffen (TDS) und die elektrische Leitfähigkeit (EC) waren aufgrund von Verdünnung signifikant niedriger.
  • Trockenzeit: Gekennzeichnet durch signifikant höhere TDS- und EC-Werte ($p < 0,001$) aufgrund von Konzentrationseffekten. Die Gesamtabundanz und die Diversitätsmetriken (Shannon-Wiener, Simpson, Margalef) erreichten während der stabilen Trockenzeit ihren Höhepunkt. Umgekehrt stieg die Anzahl der EPT-Individuen (Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera) während der Regenzeit an, was wahrscheinlich auf eine erhöhte Aeration zurückzuführen ist.
• CCA-Ergebnisse: Die kanonische Korrespondenzanalyse zeigte, dass hydromorphologische Attribute (Durchfluss, Tiefe, Flussbreite, Trübung) die primären ökologischen Kräfte waren, welche die Artenverteilung strukturieren, und diese die Nährstoffgradienten übertrafen. Die Monte-Carlo-Permutationstests ergaben jedoch, dass keiner der kanonischen Achsen statistische Signifikanz erreichte ($p > 0,05$), was darauf hindeutet, dass zwar Trends existieren, die Umweltvariablen jedoch keine streng deterministische Kontrolle über die Verteilung über das Probenahmegitter ausübten.

Zentrale Beiträge

• Baseline-Daten: Die Studie liefert einen entscheidenden Baseline-Rahmen für die ökologische Integrität des Omi-Flusses und dokumentiert eine diverse Makroinvertebraten-Gemeinschaft in einer Region, die oft intensiver landwirtschaftlicher Tätigkeit ausgesetzt ist.
• Methodische Anwendung: Sie demonstriert die Anwendung der kanonischen Korrespondenzanalyse (CCA) zur Kartierung der komplexen Interaktionen zwischen hydrologischen Variablen und aquatischen Insektenassemblagen in einem westafrikanischen tropischen Fluss und adressiert damit eine Lücke in regionalen Erhaltungsrahmen.
• Ökologische Erkenntnis: Die Forschung hebt hervor, dass die hydromorphologische Stabilität und saisonale Abflussregime kritischere Treiber der Gemeinschaftsstruktur sind als Nährstoffgradienten in diesem spezifischen System. Sie bestätigt, dass der Fluss eine hohe biologische Integrität bewahrt, was durch das Vorhandensein schadstoffsensitiver Taxa und günstige BSB/DO-Verhältnisse belegt wird.

Bedeutung
Die Arbeit kommt zu dem Schluss, dass der Omi-Fluss zum Zeitpunkt der Untersuchung eine hohe biologische Integrität aufweist. Das Vorhandensein sensibler Taxa und die Dominanz von räuberischen und semi-aquatischen Insekten deuten auf eine ausgewogene aquatische Gemeinschaft mit aktiven trophischen Interaktionen hin. Die Studie stellt fest, dass die Selbstreinigungskapazität des Flusses ausreicht, um lokale organische Belastungen zu bewältigen, und dass saisonale hydrologische Variationen als natürliche physikalische Filter fungieren, die Gemeinschaften umverteilen, ohne die Wasserqualität zu verschlechtern. Diese Ergebnisse bieten einen statistisch validierten Rahmen zur Leitung gezielter Flussrestaurierung, Wasserpolitikgestaltung und Biodiversitätserhaltung in westafrikanischen lotischen Ökosystemen, wobei die Notwendigkeit betont wird, die Habitatbewertung mit der Überwachung der Wasserqualität zu integrieren.