Resumo: Avaliações biológicas que usam a abordagem de condição de referência se baseiam na comparação entre a biota observada em locais teste e a presente em locais íntegros ou minimamente impactados. Entretanto, em muitas regiões do mundo, estes locais são escassos ou inexistentes. Neste estudo, a abordagem alternativa proposta por Chessman e Royal, que consiste no biomonitoramento baseado em filtros ambientais sem o uso de áreas de referência, foi testado para o Brasil. Esta abordagem assume que características ambientais chave agem na seleção de colonizadores potenciais, a partir do pool regional de táxons, baseado nos traços ecológicos (tolerância) de cada táxon. A abordagem foi desenvolvida através da: (1) determinação do pool regional, baseado em uma ampla base de dados do bioma Mata Atlântica; 2) seleção de filtros ambientais (elevação, vegetação original e tipo de solo); e 3) inclusão de informações sobre a tolerância e preferência ambiental dos insetos aquáticos à esses filtros. Essas informações possibilitam determinar os táxons esperados sob condições naturais (ausência de impacto) e comparar com os táxons observados em cada local, desenvolvendo um índice preditivo (Observado/Esperado). Embora esta abordagem proponha a predição da fauna na ausência de áreas de referência, estas áreas foram incluídas com o propósito de testar a resposta, precisão e sensibilidade desta abordagem. Os resultados indicam que o índice desenvolvido foi capaz de distinguir diferentes classes de impacto (F=56.9; p<0,001), obteve alta precisão, o que foi observado com o baixo desvio padrão obtido para os valores de locais de referência (SD=0.098) e alta sensibilidade, observado através da correlação significativa com variáveis ambientais sensíveis a alterações antrópicas (r=0.74, p<0.01). Além disso, o índice foi fortemente correlacionado com índices multimétricos desenvolvidos especificamente para diferentes regiões hidrográficas, mostrando concordância entre diferentes métodos no que se refere a avaliação da integridade ecológica. Apesar do bom desempenho do índice preditivo neste estudo, nós fizemos algumas considerações para melhorar a sensibilidade e o potencial da abordagem de filtros ambientais em aplicações futuras.

Abstract: Biological assessments that use the reference condition approach are based on the concept of comparing a site's observed biology to sites where disturbance is minimal or absent. However, in many regions of the world, such areas are scarce or nonexistent. In this study, an alternative approach proposed by Chessman and Royal for bioassessment without reference areas based on environmental filters was tested in Brazil. This approach assumes that key environmental features act in the selection of potential colonists, from a regional pool of taxa, based on the ecological traits (tolerances) possessed by each taxon. We developed the approach by: 1) determining the regional pool, based on a large Atlantic Forest biome database; 2) selecting environmental filters (elevation, original vegetation and soil type); and 3) including information on the tolerance and preferences of aquatic insects to these filters. With this information we were able to determine the expected taxon under natural conditions and compare with observed taxon, developing a predictive index (Observed/Expected). Although the model was intended to predict the fauna in regions without reference sites, we included reference areas to test the model responsiveness, precision and sensitivity. Our results indicated that the index was able to discriminate impairment classes (F=56.9; p<0,001), it has high precision due to low standard deviation across reference sites values (SD=0.098) and high sensitivity due the correlation with environmental variables that are sensitive to human alteration (r=0.74, p<0.01). Also, it was strongly correlated with multimetric indices developed for multiple watersheds in the state, showing agreement between the methods in relation to ecological quality classification. Even though the predictive index had performed well in our study, we make some considerations that may help to improve its sensitivity of similar methods that are being tested using the environmental filters approach.

Resumo: Índices Multimétricos (MMIs) são ferramentas amplamente aplicadas ao monitoramento ecológico de ecossistemas aquáticos continentais. A maior dificuldade na utilização dos MMIs em amplas escalas espaciais consiste no aumento da variabilidade ambiental associado ao aumento da escala. A covariância entre os impactos antropogênicos e o gradiente ambiental natural pode atuar como fator de confusão, dificultando a avaliação das respostas biológicas às pressões antropogênicas. Este estudo consiste no desenvolvimento e validação de um índice multimétrico preditivo para avaliar a condição ecológica de riachos vadeáveis da Mata Atlântica, utilizando macroinvertebrados bentônicos. Todas as métricas biológicas foram ajustadas a variação natural através da análise de regressão múltipla (“stepwise-forward”) e a distribuição dos resíduos foi utilizada para descrever variação de cada métrica na ausência de gradiente ambiental natural. Para a seleção das métricas foram considerados critérios de normalidade da distribuição, variação explicada pelos modelos, redundância entre métricas e sensibilidade para diferenciar gradiente de impacto. Foram selecionadas cinco métricas para compor o índice final: riqueza total, %MOLD (Mollusca+Diptera), %Coleoptera, riqueza de EPT (Ephemeroptera+Plecoptera+Trichoptera) e abundância de Chironomidae. Os resíduos das métricas selecionadas foram transformados em probabilidades e o valor final do índice foi obtido através da média dessas probabilidades. O índice teve ótimo desempenho em discriminar o gradiente de impacto e mostrou alta correlação (r = 0.85, p <0.001) com um índice desenvolvido especificamente para uma das bacias, indicando sensibilidade similar. O índice desenvolvido nesse trabalho pode ser utilizado em todo o estado do Rio de Janeiro e acreditamos que este tipo de abordagem constitui uma contribuição importante para o desenvolvimento e implementação de um programa de monitoramento biológico no Brasil.

Abstract: Multimetric Indices (MMIs) have been widely applied for ecological assessment in freshwater ecosystems. Most MMIs face difficulties when scaling up from small spatial scales because larger scales usually encompass great environmental variability. Covariance of anthropogenic pressures with natural environmental gradients can be a confounding factor in assessing biologic responses to anthropogenic pressures. This study presents the development and validation of a predictive multimetric index to assess the ecological condition of Atlantic Forest wadeable streams using benthic macroinvertebrates. To do so, we sampled 158 sites for the index development. We adjusted each biological metric to natural variation through multiple regression analyses (stepwise-forward) and considered that the residual distribution describes the metric variation in the absence of natural environmental influence. For metric selection we considered normal distribution, variation explained by the models, redundancy between metrics and sensitivity to differentiate reference from impaired sites. We selected five metrics to the final index: total richness, %MOLD, %Coleoptera, EPT richness and Chironomidae abundance. The residuals were transformed into probabilities and the final index was obtained through the mean of these probabilities. This index performed well in discriminating the impairment gradient and it showed a high correlation (r = 0.85, p <0.001) with a specific index developed for a particular basin indicating a similar sensitivity. This index can be used to assess wadeable streams ecological condition in Atlantic Forest biome, so we believe that this type of approach represents an important step towards the application of biomonitoring tools in Brazil.