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LEHOUX Hugo 9, rue Duboys des Sauzais 35150 Corps-Nuds FRANCE

« Limnologie et entomologie tropicales » Pré-projets pour le monitoring des rivières de la région d’Esquinas Costa Rica

Tuteur entreprise Friedrich SCHIEMER Département Limnologie et hydro-botanique Université de Vienne, Autriche

Entreprise Centre de recherche Biologique Tropicale La Gamba, Parque nacional de las Piedras Blancas Costa-Rica

Tuteur IUT David LANDRY Maître de conférences Université/IUT, France


Remerciements Je tiens à remercier énormément toutes les personnes qui ont participé à la réalisation de ce rapport, de près ou de loin, à commencer par M. Friedrich SCHIEMER mon tuteur de stage, pour m’avoir offert la possibilité d’effectuer cette étude. Egalement toute l’équipe de la Tropenstation, qui m’a réservée un accueil chaleureux en tout temps et tout particulièrement Victor, Eduardo, Roy, Mari, Eduvijes, Lizbeth, Beatriz, Vanessa, Luiz, Daniel et Paul. Je remercie humblement les étudiants et chercheurs qui ont séjourné à la station, et qui m’ont donné leur avis et conseillé sur le déroulement du stage et tout particulièrement à Laura RIBA-HERNANDEZ (Université de São Paulo) et Dangelo SANDOVAL (CATIE), pour la partie géologique. Un grand remerciement pour leur participation, à Frank SUHLING, Carlos ESQUIVEL et Rodolfo NOVELLO-GUTTIEREZ, experts en Odonatologie tropicale, sans qui les déterminations seraient restées parfois approximatives. Un grand merci au MINAE pour m’avoir autorisé à mener cette étude et m’avoir délivré le précieux permis scientifique. Je remercie également l’Université, le conseil général d’Ille et Vilaine (Jeunes à travers le monde), ainsi que la mairie de la commune de Corps-Nuds, pour leur soutien matériel et financier, nécessaire à la bonne réalisation de ce stage.

Sans oublier toute l’équipe pédagogique de l’IUT, et plus particulièrement mon tuteur David LANDRY pour le soutien important apporté durant le stage. Un grand merci à ma famille et mes proches, qui m’ont permis de réaliser ce stage dans les meilleures conditions possibles.


Sommaire

Introduction

1

1) Présentation de l’environnement écologique, économique et social de la station

2

1.1 ) La station de recherche tropicale La Gamba

2

1.2 ) Présentation du tuteur

3

1.3 ) Le Costa-Rica

4

1.3.1) Généralités

4

1.3.2) Situation du secteur agricole

4

1.3.3) Déforestation, mise en culture de terres et qualité de l’eau

5

2) Problématique et axes de recherche

6

2.1) Problématique de stage

6

2.2) Aires d’étude

7

2.2.1) Zones de relevés limnologiques

7

2.2.2) Zones de relevés entomologiques

8

2.3) Matériel et méthodes

9

2.3.1) Limnologie

9

2.3.2) Entomologie

11

2.3.4) Statistiques

12

3) Résultats

13

3.1) Limnologie

13

3.1.1) Généralités

13

3.1.2) Quebrada Negra

15

3.2) Entomologie

20

3.2.1) Alpha et gamma diversités

20

3.2.2) Beta diversité

23


4) Discussion

27

4.1) Limnologie

27

4.2) Entomologie

28

4.2.1) Richesse en espèces

28

4.2.2) Similarités

29

4.3) Limites de l’étude

30

4.4) Les Odonates comme bio-indicateurs

31

5) Bilan personnel

33

Bibliographie

34

Annexes

38


1

Introduction

dégradation

des

masses

d’eau,

qui

peuvent

rapidement avoir une influence sur la santé de la La problématique universelle de la qualité de

population, de l’économie du pays et pourrait

l’eau, intéresse les politiques du Costa-Rica depuis

engendrer d’importants problèmes sociaux. Les

déjà une vingtaine d’année. Un rapport de 1990,

travaux sur la reforestation menés par la station

soulignait déjà les problèmes que posent la mise en

biologique tropicale la Gamba, entrent en accord avec

place d’un plan national de gestion de la qualité des

la

eaux (CALVO C., 1990). La création, cette même

écologique, social et économique.

nécessité

de

préserver

cet

environnement

année, du Ministère des Ressources Nationales et du Développement Durable a permis d’établir une

Dans le cadre d’une collaboration avec une

stratégie nationale qui tend à répondre à une

association brésilienne « P P bio Manaos », la station

demande croissante, qui a quadruplé ces quarante

s’est engagée à effectuer une étude complète sur les

dernières années.

neuf cours d’eau du Bassin versant d’Esquinas (La « Cuenca Esquinas » contient La Quebrada Negra,

La gestion de la quantité n’est pas un

Q.Mari, Q.Chorro, Q.Gamba, Q.Bolsa, Q. Sardinal, Rio

problème en soi pour le pays (3ème pays d’Amérique

Oro, R.Bonito, R. Esquinas). L’objectif d’une telle

centrale, en terme d’offre hydrique par habitant),

étude est de connaître la structure fluviale et la bio-

cependant la qualité des eaux tend à se détériorer

structure de régions néo-tropicales, pour comprendre

avec le développement du tourisme, nouvelles

leur

technologies agricoles et industries (Rapport exécutif

« monitoring » permanent d’indicateurs de bonne

de 2004).

santé écologique.

fonctionnement,

et

pouvoir

installer

un

Le secteur agricole est le deuxième plus gros utilisateur d’eau, après la production d’hydro-énergie. Si on tient compte du fait que l’hydro-énergie reverse sans

modification,

l’eau

dans

le

Qu’est-ce qu’un monitoring ? La création d’un monitoring signifie la mise en

système

place d’un suivi des paramètres physico-chimiques

hydrologique, l’agriculture est réellement le premier

(concentrations en solutés…), des êtres vivants

consommateur d’eau, avec 28.3% du total de l’offre

(macro-invertébrés…) ainsi que des phénomènes

d’eau superficielle (FAO 2009). Les déforestations

(décomposition de la matière organique…) qui se

massives et l’intensification des cultures telles que

rattachent aux cours d’eau du bassin versant. Il

l’ananas (Ananas comosus), la palme à huile (Elays

permet d’évaluer la qualité écologique d’un système

guineensis) ou encore le riz (Oryza sp.), favorisent la

hydrologique.


2

1) Présentation de l’environnement écologique, économique et social de la station. 1.1) La station de recherche tropicale La Gamba

La station de recherche biologique tropicale

Afin que l’accès à cette zone soit facilité,

de La Gamba est située dans la Parc National de Las

l’association acheta en 1993, une vieille ferme (une

Piedras Blancas, dans le Sud-Ouest du Costa-Rica.

« finca »). Avec l’aide du ministère de la science et de

Celle-ci a une histoire un peu particulière qui a, en

la recherche, et de l’université de Vienne, le noyau a

partie, participé au choix du lieu de stage.

commencé à se durcir près du parc national et de la ville paisible de La Gamba. Aujourd’hui la station peut accueillir jusqu’à 30 personnes, et dispose d’un jardin botanique impressionnant. En 2008, fut installé le laboratoire avec air conditionné, et tout le matériel nécessaire pour effectuer quelques analyses basiques. Depuis sa création, la station s’attache à découvrir et à préserver les forêts néotropicales pluvieuses (Neotropical rainforest), et à reforester les zones saccagées.

Au-delà des aspects de recherches, la station participe au développement de la Gamba, employant plus d’une quinzaine de locaux à l’année (Annexe 1), et offre tous les fruits du jardin à l’école de la ville. L’association a également créé un hôtel à proximité Fig. 1 Carte du Costa-rica , réalisée avec ArcGIS.

de la station, le «Esquinas Rainforest Lodge hotel », qui permet de développer l’éco-tourisme dans la

En 1991, Michael Schnitzer, professeur de musique et d’arts à l’université de Vienne, fonda

région (Certifié « Three-leaf Certificate of Sustainable Tourism »).

l’association « Rainforest of the Austrians ». Durant plusieurs années, il a collecté des fonds importants en Autriche, pour les reverser au gouvernement du Costa-Rica. Ce dernier racheta des terres, qu’il plaça sous la tutelle du Parc National de « Las Piedras Blancas », dans l’objectif de préserver la forêt Esquinas, sur la côte Pacifique ouest du Costa-Rica. Cet endroit est rapidement devenu une zone privilégiée pour promouvoir des programmes de recherche scientifique. Photographie 1 Vue de l'entrée de la Tropenstation La Gamba, Costa Rica


3

Le diagramme météorologique ci-contre, résume les conditions météorologiques particulières de la région. La partie en noir illustre la pluviométrie de l’année 2009, qui atteint 5816mm, pour une moyenne de température de 27,9°C. On peut nettement distinguer la saison de pluies qui commence en Mai et termine en Septembre (Graduation mensuelle de Janvier 2009 à Janvier 2010). Cette combinaison de fortes températures et de pluies abondantes, favorise la grande diversité des êtres vivants Figure 2 Diagramme météorologique Janvier 2009 à Janvier 2010 Station HOBO

1.2) Présentation du tuteur et de ses recherches à la station Friedrich SCHIEMER dispose d’une chaire à l’Université de Vienne en Autriche, en temps que Limnologue. En 2005, il a pris la tête du département de limnologie et d’hydro-botanique de l’université de Vienne. Depuis 1982, il a dirigé, coordonné et participé à de nombreux programmes de recherches aquatiques sur tous les continents. Il dirige actuellement un programme financé par l’Union Européenne, qui vise à stabiliser le lit du Danube, de Vienne à Bratislava. Il a jusqu’aujourd’hui publié plusieurs livres, dont un considéré comme une référence de la limnologie tropicale, « Perspectives in tropical Limnology » en 1996. Il a participé à plusieurs projets limnologiques et entomologiques sur les cours d’eau du bassin versant d’Esquinas du Costa-Rica. Une première étude a été publiée en 2007 sur le réseau des rivières du Parc national de las Piedras Blancas1, et une autre sur les invertébrés et sur la décomposition de la litière² en 2008. Une recherche a également été faite sur les poissons de la rivière Quebrada Negra³, à proximité de la

station de recherche. 2

1

The river network of the Piedras Blancas National Park, Costa-Rica », J.Tschelaut, C.Pichler and F.Schiemer, 2007 Macroinvertebrates and leaf litter decomposition in a neotropical stream Quebrada Negra, J. Tschelaut, and F.Schiemer, 2008 ³ Ecology of fishes of Quebrada Negra, Costa Rica, a first order neotropical lowland stream , C.Pichler and F.Schiemer, 2008 2


4

1.3) Le Costa-Rica 1.3.1) Généralités Le Costa Rica est une république démocratique (51 000 km² et 4,2 millions d'habitants) située entre le Panama et le Nicaragua en Amérique centrale. Son revenu moyen par habitant de 3 646 dollars US, (en 2006) est supérieur à la moyenne des pays d'Amérique latine. Ce pays est souvent admiré pour sa longue tradition démocratique, et une bonne stabilité économique. Il a aboli son armée en 1949. Depuis le 8 Mai 2010, Laura Chinchilla Mirinda est la première femme du pays au pouvoir (Partido de Liberacíon Nacionál). La biodiversité très importante qui existe au CostaRica, fait de ce pays une destination touristique privilégiée. Ce secteur important a largement augmenté cette dernière décennie (CIA World Factbook, 2009).

1.3.2) Situation agricole L’agriculture primaire du Costa-Rica est bien diversifiée: le café, les bananes, les cultures à cycle court, l'élevage de boucherie, de laiterie, et les plantations de forêts représentent l'essentiel de l'utilisation des terres. Pour ce qui est de la valeur de la production par hectare, d'autres cultures sont plus importantes, notamment les fruits et légumes (Ananas), les fleurs et les plantes ornementales.

Oranges 7%

Soles nationales des grandes cultures

Palme à huile 10%

L'agriculture Café 29%

Haricots 8%

primaire

représente

6.5% du PNB intérieur, et sa part continue de reculer. Elle emploie 14% de la main d’œuvre nationale. Ce chiffre atteint 32% si on y ajoute les services para-agricoles

Canne à sucre 15%

Riz 18% Bananes 13%

(Country profile FAO, 2008). Fig. 3 Diagramme circulaire des soles nationales des grandes cultures

L'élevage destiné à la viande de boucherie est l'activité qui utilise les terres de la manière la plus extensive. Son importance dans le secteur agricole a diminué tout comme sa productivité. Les exportations de viande bovine, qui étaient considérables par le passé, sont maintenant très limitées du fait de la faible rentabilité. La production laitière, par contre, est plus intensive; elle a augmenté et représente une part importante des exportations. Les volailles et les œufs sont des sous-secteurs importants, mais dépendent du maïs et du soja, importés majoritairement depuis les Etats-Unis.


5 Les ouvriers agricoles et les paysans dont les exploitations sont inférieures à 3 hectares (le plus souvent situées en zone montagneuse et qui pratiquent l'agriculture pluviale) disposent souvent de revenus inférieurs au seuil de pauvreté. La majorité ne dépend pas seulement de la vente des récoltes pour leurs revenus, c’est pourquoi les emplois d'appoint non agricoles sont une pratique courante. Les exploitations moyennes, de 3 à 10 hectares sont les plus courantes. Elles sont généralement consacrées à l'élevage des bœufs de boucherie, à l'huile de palme, au riz, à l'ananas et aux bananes, et sont parfois propriétés d'entreprises ou de sociétés internationales (Chiquita, ex-United Fruit company). Du fait de l'orientation de l'agriculture costaricaine vers des marchés d'exportation, il a été nécessaire d'accroître les quantités de semences importées, d'engrais et de produits agrochimiques, ce dont s'est chargé le secteur privé. Dans certains cas, les coopératives agricoles participent à la commercialisation de ces produits.

1.3.3) Déforestation, mise en culture de terres et qualité de l’eau Le Costa-Rica, comme beaucoup d’autres pays richement pourvus en surfaces forestières, a subit de plein fouet les vagues de déforestation, qui submergent et dévastent encore certaines côtes et rives, de cours d’eau d’Amérique centrale et latine. Cependant le pays voit ses dernières années, sa surface forestière augmenter légèrement.

Les conséquences écologiques sur l’eau et sa bio-structure peuvent être importantes, créant des chemins préférentiels d’écoulement des eaux, mais surtout de transferts de polluants et fertilisants… Ces problèmes ont longtemps été tamponnés par un renouvellement rapide des nappes d’eau du fait des précipitations importantes, mais depuis quelques années surgissent des problèmes sanitaires importants. Un de ceux-ci nous concerne directement, puisqu’une bactérie s’est développée dans le Rio Bonito, et a causé de graves lésions oculaires chez plusieurs personnes (Annexe 2 Lettre au Ministre de la Santé et traduction linéaire).

Le développement d’algues vertes dans les canaux de drainages de certaines palmeraies, et cultures d’ananas, laisse préjuger des atteintes écologiques d’une fertilisation mal contrôlée. On peut évaluer l’importance du maintien des zones sylvicoles existantes, dans le schéma consigné en annexe 3. Il résume grossièrement les conséquences écologiques, économiques et sociales d’une déforestation massive et d’une uniformisation des cultures.

Le stage entre dans le cadre des préoccupations écologiques du Costa-Rica, par le biais d’une étude sur le Bassin Versant d’Esquinas.


6

2) Problématique et axes de recherche 2.1) Problématique de stage Les

méthodes

biologique,

insecticides (SCHULIN F. et al., 1999), ou par les

utilisant les organismes macro-invertébrés, ont été

métaux lourds (STRINIKI A. 2010), montrant une

largement utilisées au sein de « monitoring » de la

sensibilité avérée de certaines espèces indicatrices à

qualité

ces produits.

des

eaux,

d’évaluation

dans

de

nombreux

pays

(TRIHADININGRUM et DE PAUW, 1994). L’utilisation d’indicateurs biologiques présente l’avantage, par

Dans le cadre d’un monitoring, ces organismes

rapport aux méthodes physico-chimiques, de prendre

peuvent être plus facilement utilisés que d’autres

en

organismes aquatiques (micro-organismes) :

compte

environnementaux

de

nombreux

non-mesurables,

paramètres et

améliore

l’efficience du monitoring. Ils permettent également

- Ils sont facilement récoltables, comparés aux

d’observer

micro-organismes.

une

évolution

de

l’environnement

écologique, plus pertinente vis-à-vis de la protection

- Ils vivent et se reproduisent dans tout le spectre

des organismes aquatiques (donc de la biodiversité) et

d’habitats possibles.

de la santé humaine (LOUGHEED et al. 2007).

- Ils sont très hétérogènes. La probabilité que certains organismes réagissent à un changement

Les insectes font souvent de bons indicateurs,

particulier de conditions environnementales est

car ils sont présents, dans une certaine mesure, dans

importante.

tous les types d’habitats (WHITEHOUSE et al. 2008) et

-

vivent parfois dans des habitats spécialisés (LEWIS et

différents types de polluants (SCHULIN et al., 1999).

GRIPENBERG 2008). Bien que beaucoup de données

- Ils sont relativement faciles à déterminer en

d’études aient exclu de nombreux taxons comme

comparaison

« indicateurs potentiels » (SAHLEN & EKESTUBBE

bactériologiques).

Ils sont plus ou moins sensibles et réactifs à

aux

micro-organismes

(études

2001), certaines études tendent à montrer que leur utilisation est possible. L’objectif de ce stage est de faire une première L’ordre des Odonates est étudié depuis

approche de la mise en place d’un suivi de la qualité

longtemps, car il joue un rôle important dans

des eaux du Bassin versant d’Esquinas, par l’étude de

l’équilibre des communautés d’invertébrés aquatiques

l’influence

(macro-invertébrés benthiques), et son abondance et

d’Odonates. Elle se fait dans un premier temps par la

sa diversité font de lui un candidat bio-indicateur

connaissance plus précise du réseau fluvial. Certains

idéal. Etant très sensibles à leur habitat, les

paramètres abiotiques des cours d’eau du bassin

populations d’Odonates peuvent être indicatrices

versant sont analysés, tels que la morphologie,

d’abondance d’autres invertébrés et de macrophytes

l’hydrochimie, la sédimentologie, leur proximité avec

(CORBET 1999, BRIED et ERVIN 2005).

les cultures, ce qui permet une meilleur appréhension

anthropique

sur

les

populations

du lieu de vie des Odonates (1). Dans un second Des études ont déjà été effectuées sur l’utilisation

des

adultes

Odonates,

en

temps, on donnera

une idée de l’influence de la

tant

déforestation et de la mise en culture de terres, sur

qu’indicateurs de pollution d’un milieu par des

les populations d’Odonates, comme bio-indicateur(2).


7

2.2) Aires d’étude 2.2.1) Zone de relevés limnologiques

Le bassin versant d’Esquinas s’étend sur 424km² (BERGOEING 1998). La zone étudiée est composée de neuf cours d’eau principaux, d’ordre 1 à 5. Les deux rivières importantes de la vallée de La Gamba, les Rio Bonito et Rio Esquinas, traversent des zones agricoles importantes et des forêts secondaires à différents stades de maturité. Le Rio Esquinas forme une bordure naturelle de la Forêt Esquinas au Nord et du Parc Naturel protégé à l’Ouest, puis se jette dans l’Océan Pacifique, au niveau du Golfo Dulce. Du fait de la déforestation importante, on ne trouve presque plus de forêt primaire dans cette zone. Les parties en amont de ces deux rivières présentent peu d’influence anthropique, et la majorité des prises d’eaux (ordre 1) coule dans l’unique forêt primaire de la zone. Les coordonnées GPS des points de relevés se trouvent en annexe 4.

Figure 4 Réseau fluvial du Bassin versant Esquinas, réalisé avec ArcGIS.


8 2.2.2) Zones de relevés entomologiques Afin d’étudier les différences entre les habitats primaires et les habitats modifiés, les relevés de libellules sont faits le long de cours d’eau en forêt primaire, en marge de forêt, et dans les zones cultivées. Les sites de la forêt primaire se trouvent le long de la Quebrada negra (ordre 1), ainsi qu’à proximité d’un petit affluent de celui-ci, que l’on rejoint par le Riverbed trail. Ce dernier correspond à la prise d’eau potable de la station de recherche. Ces sites seront affublés du sigle F (pour Forêt) suivi d’un chiffre, qui permettra de les identifier. Les deux sites en marge de forêt, sont situés à proximité de la station de recherche. Le premier se trouve dans le jardin botanique proche d’une plantation de cacao abandonnée (Theobroma cacao), et le second sur le « Laguna trail ». Ils seront signalés par le sigle FM (pour « Forest margin » : en marge de forêt). -

Les sites en zone cultivée se trouvent le long de plusieurs rivières : Q.Negra, Q.Gamba, et Rio bonito, proche du village de la Gamba, traversant rizières (Oryza sp.) et champs de palme à huile (Elaeis guineensis). Les zones de relevés sont recensées sur la carte suivante par le sigle CA (pour « Cultivated areas »).

Les coordonnées GPS des points de relevés sont consignées en Annexe 5.

1km

Fig. 5 Carte des zones de relevés entomologiques

Ceux-ci correspondent aux trois types d’habitats étudiés pour la répartition des Odonates, et l’évaluation de l’influence de la déforestation et mise en culture de terres.


9

2.3) Matériel et méthodes 2.3.1) Limnologie La connaissance du lieu de vie des macro-invertébrés aquatiques, est nécessaire à la compréhension de leur développement, de leur interaction avec ce milieu (nutrition, reproduction…). Le stage consiste à construire et mettre en place les protocoles suivants. En premier lieu est réalisé un profil morphologique précis de portions représentatives de certains cours d’eau dans des milieux de vies aquatiques distincts. Des zones de relevés (longues de 100m) sont mises en place, au sein de la forêt primaire, tandis que d’autres sont installées en zones cultivées (riz et palme). Les paramètres physiques et chimiques des eaux du Bassin versant sont analysés, afin d’établir une base de données pour le monitoring. Morphologie du cours d’eau - Les cartes sont réalisées grâce aux programmes ArcGIS et Photoshop, à partir de photographies aériennes et de relevés GPS. - Les zones de relevés sont définies à partir d’une reconnaissance de terrain, sur des tronçons représentatifs du cours d’eau. - Des points de relevés du niveau d’eau sont établies tous les 10 mètres, sur les tronçons de 100 mètres. Des tubes en PVC (Ø50mm) gradués tous les 5cm, et d’une taille moyenne d’1,50m, y sont implantés, et sont maintenus au sol par un piquet de fer, et arrimés aux rives par des ficelles hydrofuges. - Le niveau 0 de référence est établi le samedi 24/04/2010 entre 14h15 et 14h45, sur la Quebrada Negra. - A l’aide d’un tube mobile gradué tous les centimètres, des mesures de profondeur sont effectuées tous les 20cm sur les lignes d’eaux, perpendiculaires à l’écoulement de l’eau. - Pour la mesure des parties émergées, une ficelle horizontale est tendue à 1,5 mètre au-dessus du niveau d’eau de référence. La hauteur de la rive par rapport au niveau de l’eau est obtenue par différence. Ces mesures permettent de donner un profil assez précis du tronçon. Niveau d’eau Réponse d’une rivière aux fortes pluies à court terme La réponse du bassin versant se calculera en variation de hauteur des cours d’eau, sur la Quebrada Negra. Le relevé du niveau d’eau est effectué toutes les 5 minutes. Grâce à la station météorologique HOBO présente dans le jardin de la station, on pourra mettre en relation les précipitations, et la réponse du cours d’eau. Sur la durée du stage Le relevé du niveau d’eau est journalier pour la Quebrada Negra (entre 8h00 et 10h00), et deux relevés sont effectués sur les autres rivières.


10 Température de l’eau, pH, Oxygène dissout A l’aide d’une sonde, ces valeurs sont relevées dans l’ensemble des cours d’eau. Ces mesures sont plus régulières pour la Quebrada Negra, dans les deux tronçons étudiés. Chaque cours d’eau est prospecté deux fois. - pH mètre « Hanna HI-8314 » - Dissolved oxygen meter “Keithley 874C” - GPS system “Garmin 60CSX” - Station météorologique “Hobo” (humidité de l’air et température, température du sol et pluviomètre, intensité de lumière) Sédimentologie Dans un cadre en bois de 40x40cm, une appréciation visuelle est donnée de la proportion de sédiments (en termes de couverture du lit), selon trois tailles distinctes, qui permettent de classer les zones selon le triangle suivant. Les valeurs permettent de faire une carte des sédiments du fond des différents tronçons étudiés, grâce au programme de cartographie ArcGIS. Fig. 6 Triangle des sédiments

Des mesures de solides en suspension sont effectuées pour donner une première idée de la charge des cours d’eau [L’expérience a failli, le filtre Buchner ne fonctionnant pas]

Hydro-chimie Des échantillons d’eau sont prélevés dans les zones prospectées. Les analyses chimiques sont effectuées au laboratoire du CATIE de Turrialba. Ont uniquement été dosés les nitrates et phosphates. Les échantillons sont transportés dans un bac réfrigéré, et filtrés avant le dosage des nitrates. La conductimétrie est également mesurée.

Vitesse du cours d’eau Une mesure de la vitesse du cours d’eau est effectuée, à l’aide d’un bâton et de deux cordes. Ces dernières sont tendues perpendiculairement à l’écoulement du cours d’eau, et séparées de 10 mètres. Le bâton est jeté 10 mètres avant le premier fil, et on mesure le temps de passage sous chaque fil. Du fait de l’imprécision du protocole, celui-ci est répété 10 fois sur chaque tronçon, pour diminuer au maximum le biais.

Agriculture locale La connaissance des milieux situés en zone agricoles passe aussi par la connaissance des pratiques agricoles locales. Le propriétaire des rizières dont les canaux de drainage débouchent dans la Quebrada negra a été audité. Cette rencontre vise à connaître les façons agricoles (travail du sol, fertilisation, traitements, insecticides…) associés à la culture de riz, et à discuter avec les exploitants des problématiques de l’eau.

La connaissance globale du milieu est nécessaire au suivi de populations d’êtres vivants.


11

2.3.2) Entomologie D’après les études menées sur la Quebrada negra en 2004, les Odonates représentent en nombre d’individus, 3,7% des organismes macro-invertébrés aquatiques. L’ordre des Odonates (libellules et demoiselles) se divise en deux sous-ordres facilement reconnaissables à l’état adulte. Les Anisoptères, d’une taille moyenne à grande (5 à 12mm), sont les plus habiles et ont une tête ronde avec les yeux fortement rapprochés. Lorsqu’ils se posent sur une branche, ils gardent les ailes ouvertes. L’autre sousordre est celui des Zygoptères, à la tête aplatie, de taille plus petite (2 à 7mm) avec les yeux bien espacés. Lorsqu’ils se posent, ils mettent leurs ailes dans l’alignement du corps. Méthode de relevés Les relevés sont effectués, entre le 23/04 et le 18/05, de 08h00 et 12h30 (GMT -06 :00). Chaque site défini a été sondé deux fois, durant 50 minutes précisément, sur des zones longues de 100 mètres, sur les rivières. Les Odonates perchées ou volantes ont toutes été prises en photo avec un appareil CANON zoom optique x26 avec stabilisateur d’image, ce qui permet d’avoir une qualité d’images permettant une reconnaissance parfaitement fiable. Un travail préalable sur les espèces probablement présentes a été réalisé, et quelques captures ont été effectuées pour une détermination exacte. Les photos sont référencées dans un catalogue électronique (Compact disque ci-joint). Certaines Odonates sont trop rapides pour pouvoir être prises en photographie, et sont donc capturées à l’aide d’un filet rond, de diamètre 30cm, avec des mailles de 2,5mm, et muni d’un manche d’1,50m. Les libellules ont été identifiées selon la clé de Förster (FORSTER 1999), et celle de Libélulas de Mesoamérica y el Caribe (ESQUIVEL C. 2006), puis sont relâchées si elles avaient été capturées. L’identification s’est toujours faite jusqu’au genre et jusqu’à l’espèce lorsque ceci a été possible. Le sexe est également précisé quand c’est possible. Il a été nécessaire, de contacter des spécialistes pour déterminer Erythrodiplax kimminsii et Dythemis multiponctata. Couverture lumineuse Pour chaque station de prélèvement d’Odonates, la couverture lumineuse (Canopy cover : cc) est mesurée, à l’aide d’un densiomètre (en pourcentage). On cherchera à mettre en valeur une relation entre les valeurs mesurées et la présence d’Odonates. Dix relevés par station permettent d’établir une moyenne représentative du tronçon. Autres paramètres relevés Pour chaque prélèvement sont notés l’heure, la profondeur du cours d’eau, la hauteur à laquelle les Odonates sont perchées, la largeur du cours d’eau, et des commentaires comportementaux peuvent être ajoutés, pour une meilleure compréhension de la répartition des espèces.

Cette première approche va introduire d’autres recherches sur le sujet. La création d’une clé simplifiée, adaptée aux libellules de la région a été créée lors de ce stage, pour faciliter les recherches (CD et annexe)


12

2.3.3) Statistiques Richesse en espèces (Diversité Alpha) Du fait de contraintes de temps, les nombres d’espèces observées représente une fraction non connue du nombre réel d’espèces d’Odonates pour un habitat donné, dont le taux peut varier d’un habitat à l’autre. Bien que la méthode soit standardisée, il peut y avoir des différences considérables dans les taux de captures entre les différents habitats, du fait que les densités de populations diffèrent, ou que les relevés soient plus faciles dans les habitats ouverts qu’en forêt, où certaines libellules volent dans la canopée. Afin de comparer le nombre d’espèces, il est nécessaire de prendre en compte ces « effets de relevés ». Pour cette raison, les courbes d’accumulation d’espèces et l’indice estimateur non-paramétrique d’abondance (ACE), ont été calculés à partir du logiciel gratuit Estimates 7.0 package (COLWELL, 2006), utilisant les formules Chao classic et 100 randomisations. La richesse en espèce n’a pas été évaluée pour les marges de forêt (FM), du fait du faible nombre de répétitions (n=2 sites). Afin d’identifier les caractéristiques des différents habitats influant sur la richesse en espèces, ont été testés plusieurs paramètres. La couverture lumineuse (cc : canopy cover), ainsi que la profondeur (sd: stream depth) et la largeur moyenne (sw: stream width) des cours d’eau. Différents tests de corrélation et régression ont été appliqués à l’aide du programme R (COLWELL, 2006), et de ses packages VEGAN (OKSANEN J. 2010) et MASS (RIPLEY B. 2010). Les deux tests de corrélation de Spearman et Kendall sont appliqués sur les résultats. D’autres valeurs ont été mesurées durant cette période, mais ont été écartées du modèle (pH, Température, Oxygène dissout, conductivité) car elles varient très peu d’un point à l’autre. La vitesse du courant n’a pas pu être testée du fait de l’imprécision du protocole.

Similarités (Diversité Beta). Dans l’objectif de comparer la composition en espèces des différents habitats, une matrice standardisée des similarités Bray-Curtis a été calculée à l’aide du programme R et Estimates 7.0 Package. Un graphe NMDS (Nonmetric multidimensional scaling) a été effectué grâce au programme de traitement statistique R, muni du package VEGAN et cluster (MAECHLER M. 2010). Il a été démontré que le NMDS est une méthode d’ordination pertinente de relevés incomplets pour la faune entomologique tropicale (RIPLEY B. 2010). Pour tester la significativité des différences dans la composition d’espèces des milieux, un test ANOSIM (Analysis of similarity) a été effectué. L’influence des paramètres sur la composition est évaluée par un test de Mantel, réalisé grâce aux lignes de codes de Zt Software (BONNET E. et VAN de PEER K., 2002). Afin d’identifier les espèces qui caractérisent les différents types d’habitats, la contribution des espèces aux similarités a été calculée grâce au programme PRIMER (PRIMER-E, 2007), à l’aide de l’algorithme SIMPER (Similarity percentages). L’analyse SIMPER n’est pas appliquée à l’habitat FM, du fait du faible nombre de relevés.


13

3) Résultats 3.1) Limnologie 3.1.1) Généralités Les neuf cours d’eau étudiés sont tous des affluents du Rio Esquinas qui traverse le Parc National de Las Piedras blancas, et dont l’embouchure se trouve dans le Golfo Dulce (Golfito). Chaque cours d’eau a été prospecté deux fois, sauf la Quebrada Mari, Quebrada Negra et le Rio Esquinas. Les descriptions des cours d’eau et résultats détaillés sont consignés en annexe 6. Rivière

Ordre

Largeur

Profondeur

Température

m

m

°C

pH

Oxygène

Conductivité

PO4

NO3

%/mg.L¯¹

μS/cm

μg.L¯¹

μg.L¯¹

Q Negra ca

1

2,9

0,2

24,8

7,83

96/7,8

200

48

95

Q Negra f

1

2,8

0,2

23,7

7,90

98/7 ,9

185

26

64

Q Mari

1

2,4

0,2

22,3

8,05

100/8,0

260

3

285

Q Chorro

2

4,5

0,2

26,3

7,97

102/8,16

128

5

9

Q Gamba

2

6,8

0,4

26,4

7,85

98/8,05

154

28

62

Q Bolsa

2

10

0,1

25,2

7,92

-

158

31

120

Q Sardinal

2

5,9

0,2

27,6

7,73

-

126

-

-

R Oro

3

16,8

0,2

26,8

7,75

-

367

36

269

R Bonito

3-4

5,1

0,2

26,2

8,3

-

155

13

47

R Esquinas

5

30*

1,5

29,4

7,78

-

299

-

-

*estimé

Tableau 1 Récapitulatif des données morphologiques et physico-chimiques des cours d’eau

La température des cours d’eau se trouve généralement autour de 26°C, sauf pour la Quebrada Mari à 22,3°C, représentative des cours d’eaux des zones néo-tropicales. Les valeurs de pH varient peu et se trouvent globalement autour de 8, qui reflètent également le pH des sols de la région. Les valeurs d’oxygène dissout varient très peu également, autour de 8mg/L. La conductivité de la Quebrada Mari, du Rio Oro et du Rio Esquinas est nettement supérieure, sûrement due au fait que ces cours d’eau traversent une zone géologique différente (« Fila »). Les analyses chimiques effectuées en laboratoire, ne montrent que les phosphates et nitrates, dont les fuites sont souvent associées à l’exploitation de terres agricoles. On peut tout d’abord mettre en valeur les concentrations en phosphates importantes dans la Quebrada Marí et dans le Rio Oro, que l’on associe à leur origine géologique, le Fila Cruces. Pour le Fila Gamba, on peut voir que les valeurs de phosphore sont relativement élevées dans les Quebrada Negra, Gamba et Bolsa, toutes situées dans des zones cultivées et fertilisées (voir carte des cultures en page 19). On peut également observer la différence qui existe entre les deux relevés d’eau sur la Quebrada Negra. L’eau en zone cultivée dispose d’une concentration en phosphates deux fois supérieure à celle de la forêt, et le niveau de nitrates passe de 64 à 95 μg.L¯¹. Il est nécessaire de préciser que les relevés d’eau ont été effectués peu après la fertilisation et la plantation du riz de Monsieur Cheppo. On précise également que les canaux de drainage de 3ha champs de palme à huile, débouchent dans la Quebrada Negra, 300 mètres en aval du lieu de relevé.


14

Les rivières sont classées de gauche à droite, selon leur ordre. On peut voir que la largeur augmente de manière importante, pour atteindre plus de 40 mètres de large à l’embouchure. On rappelle que ces données correspondent uniquement à des relevés en saison des pluies. La largeur peut être nettement inférieure en saison sèche pour certains cours d’eau. Fig. 7 Histogramme des largeurs des cours d’eau

Les valeurs de profondeur ne sont pas corrélées avec l’ordre de la rivière. On peut voir que la Quebrada Marí (ordre 1), égale quasiment la profondeur du Rio Oro (ordre 3). La variation de profondeur entre les deux saisons diffère assurément d’un cours d’eau à un autre. Fig. 8 Histogramme des largeurs des cours d’eau

La vitesse du courant des différents cours d’eau est très variable. La Quebrada Marí est plus rapide que le Rio Oro, ce qui montre qu’il n’y a pas de corrélation entre l’ordre et la vitesse du courant. La vitesse donnée dépend beaucoup des tronçons sur lesquels ont été mesurés la vitesse. La succession de pool-riffle influe sur la vitesse moyenne. Fig. 9 Histogramme des vitesses des cours d’eau

On rappelle que le protocole de mesure de la vitesse n’est pas extrêmement précis, mais qu’il est suffisant pour comparer les rivières entre elles. On ne peut cependant pas se permettre d’évaluer le débit précis du fait de l’erreur importante.


15

3.1.2) Quebrada negra L’étude s’est concentrée sur la Quebrada negra, cours d’eau naturel directement accessible depuis la station. Les cours d’eau néo-tropicaux sont des environnements très hétérogènes qui varient sur de très courtes distances. Dans un cours d’eau naturel, il existe plus ou moins une alternance entre des zones peu profondes, avec un courant rapide et un substrat graveleux (« riffles »), et des zones plus profondes, avec un courant plus lent et un substrat plus fin (« pools »). Sur les graphes suivants, on peut voir qu’une faible profondeur entraîne une vitesse élevée et qu’une zone profonde, induit une faible vitesse en surface.

f

On rappelle que les valeurs des vitesses données ne sont pas extrêmement précises, mais qu’elles sont suffisantes pour montrer l’enchaînement des « pool» et « riffle ». Cet enchaînement est présent dans tous les cours d’eau. Les « pool » semblent être plus profonds dans les cours d’eau plus importants. Fig. 10,11 et 12 Graphes de la vitesse et de la profondeur de la Quebrada Negra (25/05/2010).


16

On peut observer les « pool » et « riffle » sur ces deux cartes. On peut voir que les zones les plus profondes en bleu foncé, correspondent globalement aux zones sédimentologiques de substrat fin (<2mm) en jaune. Les autres cartes et le détail des profils morphologiques sont consignée en annexe 7 et 8

Fig. 13 Carte morphologique d’un tronçon de 100 mètres de la Quebrada Negra, à proximité de la Tropenstation

Fig. 14 Carte sédimentologique d’un transect de 100 mètres de la Quebrada Negra, à proximité de la Tropenstation


17

Le graphe suivant permet de montrer la réponse de la Quebrada Negra aux précipitations, du 25/04/2010 au 10/06/2010. On rappelle que le niveau zéro, correspond à la référence du 24/04. Depuis cette date, le niveau d’eau n’est pas descendu sous cette valeur. Les valeurs sont consignées en annexe 9. 160

25

140 20

100

15

80 10

60

Niveau d'eau [cm]

Précipitations [mm]

120

40 5 20

08-juin

06-juin

04-juin

02-juin

31-mai

29-mai

27-mai

25-mai

23-mai

21-mai

19-mai

17-mai

15-mai

13-mai

11-mai

09-mai

07-mai

05-mai

03-mai

01-mai

29-avr.

27-avr.

0 25-avr.

0

On peut observer l’évolution des précipitations du début de saison des pluies, et l’augmentation progressive du niveau d’eau moyen. On peut souligner la pluviométrie du 1er juin, journée durant laquelle, il a plu 144mm, ce qui représente plus d’un dixième des précipitations annuelles de la Bretagne. Les flèches signalent des augmentations du niveau d’eau, qui ne correspondent pas aux précipitations, du fait de précipitations en amont du lieu de relevé. La baisse moyenne d’une journée sans pluie est de 0,62 cm, cependant cette valeur est peu exploitable sur une si courte durée. 50

Ce graphique représente le nombre de

Nombre de journées

45

journées ayant atteint un certain niveau d’eau

40

(x), durant les 46 jours étudiés.

35 30 25

Plus de la moitié des journées se trouve au

20

dessus de 6mm. Le niveau le plus élevé observé

15

atteint 22mm. Si des relevés continus sont mis

10

en place sur tous les cours d’eau, ce type de

5

graphique permet de comparer leur réponse

0 1

3

5

7 9 11 13 15 17 19 21 Niveau d'eau atteint [mm]

aux intempéries.


18

L’évolution du niveau d’eau à court terme de la Quebrada negra est très typique et joue un rôle plus important que la fluctuation à long terme. Les niveaux d’eau augmentent rapidement après le début des précipitations, pour un retard de réponse (ρ = « rho ») calculé à 20 minutes. Le retard correspond à l’écart entre le pic des précipitations et le pic du niveau d’eau.

Fig. 16 Graphe d’évolution du niveau d’eau, en fonction des précipitations du 13/05/2010

Beaucoup de sols de sont très argileux, ou sont rocheux imperméables, et très peu d’eau de pluie rejoint les nappes souterraines. Un cours d’eau calme peut très rapidement se changer en torrent très rapide et boueux. Les niveaux augmentent rapidement mais redescendent également très rapidement, dus à la haute résilience de la Rainforest. Ceci constitue la règle générale des cours d’eaux de cette région du Costa-Rica (SCHIEMER).

[La mesure des solides en suspension n’a pas fonctionné du fait du filtre Buchner non utilisable. Les premiers résultats obtenus ne sont pas exploitables. Cette mesure pourrait être facile à mener, mais nécessite de racheter un tube plastique solide. Le temps d’attente avant la réception du tube, n’a pas permis de réaliser cette expérience].


19

Figure 18 Carte macro-échelonnée des relevés entomologiques, avec indications agricoles.


20

3.2) Entomologie 3.2.1) Alpha et Gamma diversités Sur les 10 zones de relevés, 427 individus d’Odonates adultes ont été relevés, représentant 26 espèces et 6 familles dont 5 Zygoptères et 1 Anisoptère. Tableau synthétique des relevés Sites

Famille

Espèce

Calopterygidae

F1

F2

F3

F4

CA1

CA2

CA3

Hetaerina fuscoguttata (Selys 1878)

-

-

-

-

4

3

-

13

-

-

Hetaerina occisa (Hagen 1853)

6

7

6

1

21

15

13

-

-

-

Acanthagrion inexpectum (Selys 1876)

1

-

1

-

4

5

-

-

2

17

Argia cupraurea (Calvert 1902)

-

-

2

-

26

6

2

-

-

-

Argia sp (Rambur 1842)

-

-

3

-

15

9

9

-

-

13

Enallagma novaehispaniae (Calvert 1907)

-

-

-

-

6

2

-

-

-

-

Ischnura capreola (Hagen 1861)

-

-

-

-

-

-

-

-

-

10

Heteragrion erythrogastrum (Selys 1886)

-

8

9

1

-

-

-

-

-

-

Philogenia zeteki (?)

-

-

7

-

-

-

-

-

-

Protoneuridae

Neoneura esthera (Williamson 1917)

-

-

-

-

-

2

1

-

-

-

Pseudostigmatidae

Mecitogaster modesta (?)

-

1

-

-

-

-

1

-

-

-

Libellulidae

Cannaphila insularis (Kirby 1889)

-

-

-

-

-

1

-

-

-

-

Cannaphila vibex (Hagen 1861)

-

-

-

-

-

-

-

1

-

-

Dythemis multiponctata (Kirby 1894)

1

-

-

-

-

-

-

-

6

6

Dythemis sterilis (Hagen 1861)

-

-

-

-

4

2

1

3

-

-

Erythrodiplax funerea (Burmeister 1839)

-

-

-

-

-

-

-

3

-

-

Erythrodiplax fervida (Erichson 1848)

-

-

-

-

-

-

-

1

1

-

Erythrodiplax fusca (Rambur 1842)

-

-

-

-

1

-

1

4

-

9

Erythrodiplax kimminsi (Borror 1942)

-

-

-

-

-

2

-

1

-

-

Eurythemis plebeja (?)

-

-

-

-

-

-

-

-

-

1

Macrothemis imitans (Karsch 1890)

-

1

-

-

1

-

-

-

-

-

Micrathyria pseudeximia(?)

-

-

-

-

-

-

-

-

17

11

Orthemis ferruginea (Fabricius 1775)

-

-

-

-

-

-

-

2

5

11

Perithemis mooma (Kirby 1889)

-

-

-

-

-

-

-

3

2

1

Rhodopygia (Kirby 1889) sp.

-

-

-

-

-

-

-

-

12

23

Uracis imbutata (Burmeister 1839)

-

-

-

-

-

1

1

11

13

-

Tramea binotata (?)

-

-

-

-

-

1

1

-

-

9

Coenagrionidae

Megapodagrionidae

-

CA4 FM1 FM2

Tableau 2 Tableau synthétique des relevés d’Odonates

Sur le disque compact ci-joint, vous pourrez trouver le guide d’identification des Odonates des cours d’eau de la région. Dans le cadre du monitoring, ce guide doit permettre de faciliter le suivi des populations d’Odonates, en donnant les caractères de reconnaissance, ainsi que des informations sur le comportement, les lieux de vie ainsi que leur répartition sur les continents américains. Un exemple de ces fiches est donné en annexe 11.


21

Un nombre d’espèces plus important a été rencontré en zones cultivées (ca = 15 espèces) qu’en forêt (f = 9 espèces), (Welch N=4, t=7.3 ddl¹=5 p<0.001, Détail du test en annexe 12), ce qui a été également prouvé par l’estimateur de richesse en espèces. Fig.19 Boîtes à moustache des espèces identifiées par habitat.

F

CA

FM

Note : Les points montrent la médiane du nombre d’espèces, la boîte montre l’intervalle 25-75% des espèces et les moustaches montrent les maximums et minimums.

Plus globalement les trois courbes d’accumulation montrent qu’un effort plus important aurait mené à un nombre plus important

d’espèces.

L’inventaire

d’espèces est effectué à 80% pour CA et

25 20 15

F FM

10

CA

75% pour F. L’estimation totale est de 30 espèces, qui représentent 11% des 286 espèces connues au Costa-Rica (ESQUIVEL,

5 0

2006). Fig. 20 Courbes d’accumulation d’espèces (Mao Tau) avec leur intervalle de confiance à 95%

Habitat F FM CA Total

Nb de relevés 8 4 8 20

Espèces identifiées 9 13 20 27

ACE² 13 25 30

Inventaire effectué à 70% 80% 90%

Familles 5 2 5 6

Genres 7 12 14 20

Tableau 3 Récapitulatif de l’inventaire, et estimation de richesse en espèces

Le nombre total d’individus observés est plus important dans les zones cultivées (203), qu’en forêt (55). Le nombre d’individus observés par site est également plus important en zone cultivée (moyenne= 50.75 écart-type=22,2) qu’en forêt (moyenne = 13,75 écart-type=6,3). (Welch : N=4, t=3,9, ddl¹=3.5, p=0.04).3

3

ddl : Degré de liberté obtenu par le test ²ACE : Abundance-based coverage estimator


22

Les espèces considérées comme « autochtones », sont celles uniquement réparties en Amérique centrale. On peut voir sur ces graphes, que la proportion d’espèces et d’individus « généralistes », parfois appelés « opportunistes » augmente avec la dégradation des habitats.

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

4 11

17

5

F Espèces autochtones

2

3

FM

CA

Espèces généralistes

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

26 115 192

29 54 11 F

Individus autochtones

FM

CA

Individus généralistes

Fig. 21 et 22 Histogramme des proportions relatives d’espèces et individus, autochtones et généralistes.

La distribution des espèces à travers les deux continents américains est reportée en Annexe 13, à partir des travaux du bio-géographe Carlos-Esquivel.


23

3.2.2) Beta diversité Dans l’objectif de comparer les paramètres influant sur les populations d’Odonates, différents tests de corrélations ont été menés. Explication des tests en annexe 14.

Les tests de corrélation (Spearman et Kendall) donnent une corrélation négative entre le nombre d’espèces et la couverture lumineuse significative au risque de 5%. Attention de ne pas y attribuer un lien de causalité. Une telle corrélation peut venir d’un autre paramètre indépendant non mesuré. Ce test affirme juste qu’on trouve plus de libellules au soleil qu’à l’ombre, de manière significative. Fig. 23 Graphique de la couverture lumineuse en fonction du nombre d’espèces.

Les tests de corrélation (Spearman et Kendall) ne donnent pas de relation significative entre le nombre d’espèces et la profondeur du cours d’eau, au risque de 5%. (p>0,05). Fig. 24 Graphique de la profondeur du cours d’eau, en fonction du nombre d’espèces.

Les tests de corrélation (Spearman et Kendall) ne donnent pas de corrélation significative entre le nombre d’espèces et la largeur du cours d’eau, au risque de 5%. Ces paramètres seront ensuite testés sur l’assemblage des espèces de chaque milieu. Fig. 25 Graphique de la largeur du cours d’eau, en fonction du nombre d’espèces.

Seule la couverture lumineuse a été déterminée, comme facteur corrélé au nombre d’espèces.


24

On compare la composition en espèces des différents milieux, à l’aide des distances de Bray-Curtis (Annexe 15)

Le graphe NMDS (Non metric dimensional scaling), met dans l’espace les distances (dissimilarités) calculées par la méthode de Bray-Curtis. Deux sites ayant une composition très semblable seront proches (distance proche de 0), tandis que deux sites avec une composition différente, seront éloignés (distance de 1). On peut voir que les sites de forêt et de zones cultivées forment deux clusters bien distincts. Les sites en marge de forêt forment un intermédiaire.

Fig. 26 Non metric dimensional scaling (NMDS), basé sur les indices de similarités de Bray-Curtis.

La composition en espèce diffère significativement entre les différents milieux (ANOSIM : Rglobal=0,692 p=0,02). Ceci reste vrai pour la forêt et les zones cultivées au risque de 5% (ANOSIM : test pour le couple F-CA, R=0.406 et p=0.029) Annexe 16. Ceci permet alors de réaliser les tests suivants pour connaître l’influence des différents paramètres sur l’assemblage des espèces. Le Mantel test a prouvé que la couverture lumineuse a une influence significative sur la composition en espèce (p<0.05), tandis que les autres facteurs n’influent pas (p>>0.05) Le test compare la matrice de similarités de Bray-Curtis, avec une matrice de différence de couverture lumineuse. Le test s’appuie ensuite sur les rangs de Spearman, pour montrer la corrélation (Annexe 17). Pour le graphique, les valeurs sont arrondies à la dizaine pour une meilleure lisibilité. Fig. 27 Graphes des similarités de bray-Curtis, en fonction des différences de canopy-cover.


25

Après avoir montré les facteurs influant ou non sur la composition en espèces des milieux, on s’intéresse de plus près à cette dernière, et aux similarités entre milieux. L’objectif est de définir des groupes (familles, genre, espèces) représentatifs des différents habitats, pour en faire un suivi plus précis dans le cadre du monitoring. Les toiles d’araignée représentent la répartition des individus des différents habitats, selon leur famille. On peut voir qu’il existe des différences significatives, dès ce niveau taxonomique. Le diagramme central présente le nombre d’espèces présentes dans chaque milieu, les nombre d’espèces partagées par deux milieux, et au centre, partagées par les trois milieux.

F

6

9 3

27

15 8

13

FM

Fig. 28 Résumé de la composition en familles, espèces et espèces partagées entre habitats

CA


26

Analyse SIMPER Elle permet d’observer les espèces qui caractérisent les différents habitats, par le calcul de contribution des espèces à la similarité (Annexe 18). Contribution des espèces à la similarité en Forêt (F) Espèces

Abondance moyenne 5,00 4,50 0,50

Hetaerina occisa Heteragrion erythrogastrum Acanthagrion inexpectum Similarité moyenne : 37,30

Similarité moyenne 25,88 10,14 1,28

Contribution [%] 69,39 27,17 3,44

Contribution cumulée [%] 69,39 96,56 100

Tableau 4 Contributions aux similarités en fôret

Pour les zones cultivées (CA). Les faibles contributions sont cachées à partir de 90% Espèces Hetaerina occisa Dythemis sterilis Argia cupraurea Hetaerina fuscoguttata Uracis imbuta Acanthagrion inexpectum Similarité moyenne : 33,34

Abondance moyenne 12,25 2,50 8,50 5,00 3,25 2,25

Similarité moyenne 16,70 3,83 3,72 3,40 1,50 1,25

Contribution [%] 50,09 11,50 11,16 10,21 4,49 3,74

Contribution cumulée [%] 50,09 61,59 72,75 82,96 87,44 91,18

Tableau 5 Contributions aux similarités en zone cultivée

Cette analyse doit être complétée par l’analyse suivante, des dissimilarités de composition entre les milieux, pour définir quelles sont les espèces qui les définissent le mieux. Dissimilarités du couple F-CA Espèces

Abondance Moyenne F Hetaerina occisa 5,00 Argia cupraurea 0,50 Hetaerina fuscoguttata 0,00 Heteragrion erythrogastrum 4,50 Uracis imbuta 0,00 Dythemis sterilis 0,00 Acanthagrion inexpectum 0,50 Philogenia zeteki 1,75 Erythrodiplax fusca 0,00 Ennalagma novahispaniae 0,00 Neoneura esthera 0,00 Erhytrodiplax kimminsi 0,00 Erythrodiplax funerea 0,00 Dissimilarité moyenne : 82,40

Abondance Moyenne CA 12,25 8,50 5,00 0,00 3,25 2,50 2,25 0,00 1,50 2,00 0,75 0,75 0,75

Tableau 6 contribution aux dissimilarités entre forêt et zone cultivée

Dissimilarité moyenne 18,20 12,02 8,63 8,19 6,26 4,33 3,84 3,78 2,89 2,83 1,70 1,41 1,37

Contribution [%] 22,09 14,59 10,47 9,94 7,59 5,25 4,66 4,59 3,51 3,44 2,06 1,71 1,67

Contribution cumulée 22,09 36,68 47,15 57,09 64,68 69,93 74,59 79,18 82,69 86,13 88,19 89,90 91,57


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4) Discussion 4.1) Limnologie Les données récoltées représentent un premier pas dans la connaissance des eaux du Bassin versant d’Esquinas. Les résultats des mesures hydrologiques et morphométriques, correspondent à ce que l’on aurait pu imaginer. Les cours d’eau d’ordre faible ont une largeur moins importante que les cours d’eau d’ordre plus élevé. La vitesse moyenne et la profondeur ne montrent pas ces tendances. Ceci est sûrement dû au choix aléatoire des zones de relevés. Les tronçons étaient parfois situés dans une zone de « pool », et parfois sur des tronçons de type « riffle ». Ces deux paramètres ne sont donc pas très comparables au sein de l’étude. Les résultats de la sédimentologie ont mis en valeur la différence de composition du lit de la rivière, entre les prises d’eau du Fila Golfito et les prises du Fila Cruces. La taille des sédiments dépend de nombreux facteurs très localisés. Ils dépendent de la vitesse du courant, de la profondeur et de l’inclinaison (« slope »), de la présence d’obstacles au cours d’eau, entre autres. Les rivières tropicales ont en général de faibles concentrations en constituants chimiques, comparées aux rivières des zones tempérées. Ceci est dû à un temps de résidence faible, du fait des fortes pluies journalières, mais la géologie locale joue également un rôle important. On a pu observer de nouveau une différence entre les rivières du Fila Cruces (Quebrada Mari, Rio Oro) et les autres, du point de vue de la composition chimique. Les valeurs de nitrates et phosphates sont élevées dans les zones cultivées, et l’exemple de la Quebrada Negra montre une influence certaine de l’utilisation des terres sur la qualité des eaux. Certains phénomènes d’eutrophisation ont été observés en aval de la Quebrada Gamba, lorsqu’elle rejoint le Rio Bonito. Ce phénomène semblerait dépendre d’un rapport modifié entre le phosphore et l’azote, notamment par l’apport de fertilisants. Le concept de zones tampons, ou de bandes enherbées pourrait assurément diminuer ces fuites de fertilisants vers les eaux. Les cartes créées de la morphologie, et de la sédimentologie des cours d’eau, ont mis en évidence la succession de pool et riffles de plusieurs portions de rivières du Bassin versant. Leur intérêt sera expliqué dans la discussion sur la notion de bio-indicateur. Le gros défaut de cette partie est le manque de matériel pour mesurer la vitesse du cours d’eau et pour pouvoir estimer le débit des cours d’eau. Cet élément sera nécessaire pour le monitoring dans l’objectif de définir clairement les paramètres des différents milieux.


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4.2) Entomologie 4.2.1) Richesse en espèces

Les résultats obtenus vont dans le sens d’études comparables sur le sujet. Il semblerait qu’il y ait une diversité d’espèces plus importante en zone cultivée, qu’en forêt primaire. Estimates (Estimateur de richesse en espèces) permet de voir que l’inventaire qui a été effectué dans les deux milieux est relativement complet (F 70% et CA 80%), et laisse supposer qu’un effort de relevé plus important n’affecterait pas les conclusions générales de cette étude. L’inventaire effectué instaure une base de référence pour le monitoring des rivières du Bassin versant. Des relevés en saison sèche permettraient assurément d’accroître le nombre d’espèces identifiées, dans l’aire d’étude. Certaines espèces endémiques du Costa-Rica, comme Cora semiopaca, sont rapportées pour se révéler en saison sèche. L’augmentation de richesse en espèces, des forêts primaires vers des zones plus perturbées a été trouvée dans plusieurs études, et a été expliquée par l’accroissement de la diversité d’habitats créés par la perturbation anthropique. Durant l’étude, on a pu trouver en très grande quantité Uracis imbuta dans les champs de riz. Les flaques créées, le peu de mouvement et la présence de végétation, sont un habitat idéal pour leurs larves, qui profiteraient même des fertilisants apportés (SUHLING 1999). Photographie 2 Vue macroscopique d’une exuvie d’Uracis imbuta rencontrée dans un champ de riz (Oryza sp.)

La végétation des rives, adaptée à une atmosphère très lumineuse, a été citée plusieurs fois comme facteur déterminant pour l’assemblage des espèces. Lors de cette étude, la couverture lumineuse est significativement influente sur cet assemblage. Une étude plus précise des macrophytes des rives seraient pertinentes dans le cadre du monitoring.


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4.2.2) Similarités Comme attendues, de fortes dissimilarités existent entre les assemblages des différents milieux. Certaines espèces peuvent être attribuées à un habitat particulier (Heteragrion erythrogastrum en forêt), tandis que d’autres s’adaptent aux conditions de plusieurs milieux (Hetaerina occisa). Les compositions en espèce des sites F1, F2 et F3 sont très semblables, sûrement dû au fait que les zones soient situées sur le même cours d’eau. Le site F4 est caractérisé par des conditions différentes. Il est constitué d’un cours d’eau étroit au fond d’une vallée pentue, avec plusieurs cascades, dans lesquelles se reproduit une espèce rare, qu’est Philogenia zeteki. L’analyse SIMPER montre que Heteragrion erythrogastrum est responsable de la dissimilarité calculée entre F et CA. Cette dernière est signalée comme vivant dans des zones sombres, dans lesquels elle peut s’immobiliser pendant près de quatre heures (ESQUIVEL C., 2004). Cette espèce est donc considérée comme représentative de la forêt. Les espèces Argia cupraurea et Hetaerina fuscoguttata peuvent être considérées, comme représentatives des zones cultivées. On ne peut rattacher directement Hetaerina occisa aux zones cultivées, du fait de son abondance relative importante en forêt, mais elle s’y développe encore plus facilement. Les zones cultivées disposent également de surfaces d’ombre importantes, notamment sur le site CA3 à la couverture lumineuse (cc%) relativement importante, cependant on notera l’absence totale d’Heteragrion erythrogastrum. On ne connaît pas dans quelle mesure la fragmentation et l’isolation de ces zones d’ombres et de forêts, empêche sa colonisation, et celle d’autres espèces « forestières ». Le cas particulier de Mecitogaster modesta peut être discuté. Cette espèce, rapportée pour être strictement associée à un habitat de type Forêt mature, a été retrouvée en zone cultivée (CA3). Il existe cependant une « galerie » d’arbres qui rejoint les sites de la forêt, au site CA3. Il serait intéressant d’approfondir cette notion d’isolation de zones d’ombres forestières, afin de discuter la nécessité d’un continuum forestier le long des cours d’eau. La communauté de libellules des zones cultivées est caractérisée par un nombre important d’espèces et d’individus généralistes (distribués à travers les deux continents Américains). On peut observer que les proportions relatives d’individus autochtones et généralistes forment un gradient, représentatif d’une perturbation anthropique croissante de la forêt vers les zones cultivées. Il existe des différences d’assemblage qui résident à un niveau taxonomique supérieur. En effet, on peut attribuer la présence de certaines familles, à certains milieux : -

Les Megapodagrionidae sont très fortement rattachés à la forêt.

-

Les Libellulidae (Anisoptères), dominent amplement les marges de forêt.

-

Les Protoneuridae sont rattachés aux zones cultivées.

La capacité d’autorégulation de température corporelle pourrait être un facteur déterminant de la répartition des familles (Position de l’obélisque et ventilation importante des Anisoptères).


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4.3) Limites de l’étude L’absence du tuteur professionnel aura été une des difficultés majeures de cette étude, cependant la collaboration d’Odonatologues et de M.Landry (tuteur IUT), aura permis de mener à bien cette recherche. Bien qu’on obtienne des résultats significatifs, certains paramètres non mesurés devraient avoir un impact supplémentaire sur les assemblages en espèces des différents milieux : 1- L’étude a été menée sur une période très courte en saison des pluies. Une investigation en saison sèche pourrait assurément améliorer l’efficience du monitoring. 2- PICHLER (2006) a reporté 23 espèces de poissons sur la Quebrada Negra, dont certains sont insectivores. La prédation des poissons sur les larves de libellules devrait également influer sur la répartition des adultes. Aucune étude n’a été menée sur les poissons des zones cultivées, cependant une composition différente de poissons insectivores aura un effet différent sur les communautés d’insectes aquatiques. L’étude de répartition des larves seraient particulièrement intéressante, bien que peu pratique dans le cadre d’un suivi de population. 3- Les zones de relevés entomologiques étaient disposées sur des cours d’eau d’ordre faible et les populations d’êtres vivants varient le long d’un cours d’eau (HAWKING 1999). Dans le cadre du monitoring, la base d’Odonates du Bassin versant doit s’étendre à des zones de relevés sur tous les cours d’eau. 4- Un certain nombre de paramètres n’ont pu être mesurés, tels que le débit de l’eau, qui influe assurément sur la présence d’insectes dans l’eau (qui constitue l’alimentation des Odonates), ou encore la turbidité (influant sur la présence poissons (PICHLER C., 2003). Les données chimiques des cours d’eau sont en faible quantité du fait du coût important de ces analyses. Une étude globale de la chimie des eaux du Bassin versant est nécessaire, avant la mise en place du monitoring. 5- Dans les zones où les libellules sont en très grand nombre, il est difficile d’affirmer que chaque individu relevé était différent. La capture des animaux est une méthode bien plus précise, cependant les dégâts écologiques provoqués sont incommensurables (Communication personnelle C. ESQUIVEL).

L’étude présente le désavantage d’un faible effort de relevé, avec une restriction temporelle à la saison des pluies, cependant ce travail représente une base pour la mise en place du monitoring.


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4.4) Les Odonates comme bio-indicateur La mise en place d’un bio-indicateur de la qualité de l’eau, semble être bien plus complexe que de suivre les populations d’Odonates sur des zones de relevés d’un Bassin versant. Les Odonates entrent dans un schéma plus global d’êtres vivants du réseau fluvial, et dépendent indirectement de la qualité propre de l’eau. Aucune relation directe n’a été établie entre les composantes chimiques de l’eau et les populations d’Odonates. Les facteurs influents mesurés, montrent que l’utilisation des terres a un effet significatif sur la qualité de l’eau, ainsi que sur les populations d’Odonates, mais les paramètres des différents habitats restent relativement méconnus à la fin de cette étude. Cette étude permet de justifier une fois encore, le besoin de protéger les zones sylvestres, comme réservoir de biodiversité important. L’augmentation de diversité de milieux, créée par les façons agricoles n’autorise que la colonisation d’espèces généralistes (Uracis imbuta, Dythemis sterilis…), plus tolérantes. Cependant la présence de Mecitogaster modesta en zone cultivée, permet de se poser quelques questions. Dans quelle mesure l’isolation de forêts secondaires le long des cours d’eau empêche la colonisation d’espèce locale ? N’y-a-t’il pas un intérêt à garder un continuum d’arbres le long des cours d’eau ? Ce concept de continuum est basé sur le concept de corridors biologiques qui autorisent des échanges d’êtres vivants, assez peu tolérants aux conditions des zones anthropisées (persistance de la dynamique de métapopulations, RIEDL I., 2000). Ces questions intéressent la station, dans son objectif de reforester des rives des cours d’eau, par des essences locales et protectrices des rives contre l’érosion importante [nonencore évaluée, mais possible grâce aux mesures des solides en suspension]. Dans l’objectif de protéger la qualité de l’eau et de préserver la diversité de sa bio-structure, il serait intéressant d’observer l’effet de la mise en place de « zones tampons », au sein du continuum préalablement décrit. Pour que le monitoring d’un Bassin Versant s’appuie sur des données biologiques, il est nécessaire d’avoir une vue globale de la bio-structure qui lui est associée, c’est pourquoi d’autres macro-invertébrés benthiques doivent être prospectés, avant de mettre en place un suivi régulier. Il existe des indices qui permettent de caractériser l’état écologique des masses d’eau, comme l’IGBN (Indice biologique Global normalisé) (Eaux et rivières Bretagne). Ce dernier utilise plusieurs organismes aquatiques, comme témoins de la capacité de l’eau à maintenir et entretenir la vie. Le suivi régulier des populations de plusieurs bioindicateurs serait nécessaire au bon fonctionnement du monitoring.


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La méthode de Rapid Bioassessment (RBP III), développée par l’Environmental Protection Agency (EPA, Etats-Unis, URL : www.epa.gov/OWOW/monitoring/techmon.html), correspond parfaitement aux besoins du monitoring. Ce protocole est une synthèse des méthodes existantes, utilisées par des agences de l’eau des Etats-Unis et d’Europe. Il préconise une approche « mono-habitat », qui consiste à n’échantillonner que les habitats à écoulement rapide, les « riffles ». Les méthodes de bio-surveillance correspondent au suivi de tous les organismes macro-invertébrés benthiques, sur des tronçons de 100 mètres. Suite à cela, une note de qualité écologique peut être appliquée, en affectant un coefficient de sensibilité à chaque famille, genre ou espèce présent (donnant l’IGBN). Une note de 1 à 20 est également attribuée aux paramètres physiques et chimiques, par rapport à une référence que sont les têtes de Bassin Versant (« sites de référence spécifique »). Il serait intéressant de mettre en place de tels protocoles, après une étude sur les populations présentes. Pour plus d’informations : Guide de surveillance biologique basée sur les macro-invertébrés benthiques d’eau douce du Québec, Plan Saint-Laurent. Il serait également préconisé de mettre en place un suivi permanent des paramètres physicochimiques de l’eau, par l’installation d’un matériel enregistreur. La mesure du débit est un paramètre important à ne pas négliger. Ce matériel permettra d’étudier l’influence d’évènement particulier sur les populations. Le protocole d’évaluation doit rester relativement simple et rapide. Pour ce faire, un guide des macro-invertébrés benthiques présents dans les cours d’eau pourrait être réalisé, dans le but de permettre un suivi continu par les étudiants qui viennent à la station.

Conclusion Le projet de monitoring n’en est qu’à ses premiers pas, et les limites et questionnements rencontrés vont permettre d’en améliorer l’efficience. Ces pré-projets établissent une première base de réflexion, pour la mise en place de protocoles d’évaluation de qualité écologique des eaux. Le suivi des Odonates aura montré l’influence de l’occupation des terres sur leur répartition, el les relevés limnologiques forment une première base de données, qu’il sera nécessaire d’alimenter par un suivi régulier. Le seul suivi de la population des odonates ne peut suffire aux besoins du monitoring, c’est pourquoi d’autres bio-indicateurs devront être prospectés, dans le cadre d’un protocole bien défini. Un travail conséquent reste à effectuer avant la mise en place du monitoring, mais le projet semble prometteur, et compte désormais parmi les objectifs importants de la station de recherche en biologie tropicale de La Gamba.


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5) Bilan personnel Ces pré-travaux auront été particulièrement stimulants durant les onze semaines de stage. L’absence d’aide du tuteur professionnel était d’abord effrayante, puis s’est rapidement transformée en un défi d’autonomie. La démarche de recherche est particulièrement plaisante, avec l’établissement de la problématique, les recherches bibliographiques, les contraintes matérielles et les relevés de terrain. La nécessité de réajuster en permanence les objectifs est très plaisante, et les contraintes matérielles ont toujours été essuyées grâce à l’aide des employés de la station.

La thématique étudiée entre parfaitement en accord avec mes attirances. Les problématiques de l’Eau ont souvent composé mes questionnements. Il m’a paru nécessaire dans le cadre de mes études d’agronomie, d’approcher les notions d’écologie et de s’en servir comme outil d’évaluation pertinent. L’idée d’un monitoring permanent me semble être une clé nécessaire à l’étude de l’influence agricole sur les cours d’eau. J’ai cependant quelques regrets quant aux objectifs de celui-ci. Une simple étude écologique de la qualité de l’eau, sans autre objectif que la connaissance scientifique m’a paru être une vision restrictive du monitoring. Au terme de cette étude, on constate encore une fois l’influence importante de l’agriculture sur la qualité des eaux, cependant aucune initiative de protection ne sera imaginée par la station. La ferme expérimentale de la station, pourrait jouer un rôle important dans la protection du réseau fluvial, mais l’absence totale de contacts avec les exploitants locaux lui ferait défaut.

Cette étude aura était extrêmement enrichissante, avec de nombreuses rencontres, de nombreux relevés, de par l’utilisation de nouveau logiciels et de méthodes statistiques très intéressantes. J’ajouterai à tout cela, l’immense plaisir d’apprendre la langue espagnole aux couleurs costaricaines ! La participation à d’autres études comme le projet OMV (Reforestation d’anciennes zones cultivées), ou encore l’étude des sols de la région avec un groupe d’étudiants de l’Université nationale du Costa-Rica, m’ont permis de voir la diversité des applications de l’agronomie dans un environnement tropical. La prise en compte de leur environnement écologique, social, économique et politique, m’auront fait apprécier pleinement ces projets. Ce stage de fin d’IUT, m’a confirmé une fois encore, que l’Agronomie est une science très large. Elle fait appel à de nombreux champs de compétences qui s’entremêlent, et qui constituent sa grande richesse, avec de multiples applications à travers le monde.


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Résumé Les problématiques de la qualité de l’eau sont aujourd’hui omniprésentes à travers le monde entier. L’Agriculture, les industries et les pollutions urbaines sont majoritairement responsables des perturbations des lacs et rivières, qui constituent nos zones de captage d’eau potable. L’étude menée à La Gamba, Costa Rica a pour objectif de montrer l’impact des activités anthropiques, sur l’intégrité écologique du Bassin Versant d’Esquinas (ordre 5). Une première partie traite de la structure géographique, ainsi que de paramètres physico-chimiques généraux des cours du réseau fluvial, et dans une seconde partie, sont observées les différences dans la structure des populations de Libellules et Demoiselles (Odonates), dans différents habitats du Bassin Versant. L’étude a été réalisée entre les mois d’Avril et Juin 2010, au début de la saison des pluies. Dans l’objectif d’analyser la structure physique du réseau fluvial, ont été mesurées les profondeurs, largeurs et vitesses moyennes de neuf cours d’eau. Des échantillons d’eau des différentes rivières ont été analysés selon différents paramètres tels que la température, l’oxygène dissout, les solides en suspension, le pH, la conductivité, la concentration en nitrates (NO 3) et phosphates (PO4). En plus de ces mesures a été conduite une étude plus précise de la morphologie d’un des cours d’eau, la Quebrada Negra(ordre 1), avec un suivi journalier du niveau d’eau, l’étude de la réponse à une forte pluie, la structure sédimentologie, et la vitesse du courant le long d’un tronçon de 100mètres. Le suivi des Odonates a été effectué en forêt primaire (4 sites), en marge de forêt (2 sites) et en zones cultivées (4 sites), dans l’objectif de mettre en valeur un gradient de perturbation entre les habitats. Ont été relevés 427 individus de 26 espèces, lors des vingt relevés. Les assemblages des espèces des différents habitats ont été comparés, et les différents paramètres relevés ont été testés, afin d’expliquer les différences de répartition. Cette étude aboutie avec une discussion sur les protocoles pertinents à suivre ou tester pour le monitoring, en questionnant la pertinence des Odonates comme bioindicateurs de la qualité des eaux.

Abstract In today’s world, questions about water quality are a constant issue. Agriculture, industry and urban pollution are majorly responsible for the disturbance of lakes and rivers, our freshwater basins. This model study in La Gamba, Costa Rica, shall show the impact of human activities on the biological integrity in the Esquinas’ drainage basin. While the first part of the study talks about the geographical structure of the river network as well as the general chemical and physical features of its water, the second, main part of the study assesses the different population structures of dragonflies and damselflies (odonata) in different habitats within the drainage basin. The study took place between April and June 2010, therefore in the beginning of the rainy season. In order to examine the physical structure of the river network, I measured current velocity, depth and width at different spots of nine rivers within the drainage basin. Of the same nine rivers, I took samples to learn about the water features, checking temperature, DO, suspended solids, pH, conductivity, NO3 and PO4. In addition to these measurements, I conducted a more detailed study of the morphology of one of the nine rivers, the Quebrada Negra, analyzing the daily change of water levels as well as level changes caused by rainfall, the sediment structure and the current velocity throughout a transect of 100 meters. The study of the dragonflies and damselflies’ distribution took place in the primary forest (4 sites), at forest margin (2 sites) and in cultivated areas (4 sites). 427 individuals of 26 species were identified during the twenty sampling periods. The species’ assemblages were compared, and different sampled parameters were tested, in order to explain the differences in the distribution. In the end, the study leads to a discussion about the suitability of various protocols for the monitoring.


Rapport monitoring qualité eau BV Piedras Blancas Costa Rica