51
1 Stream Condition Assessment of the Lake Tahoe Basin in 2009 and 2010 using the River Invertebrate Prediction and Classification System (RIVPACS) Report PO79 1 Alison O’Dowd and 2 Andrew Stubblefield 1 CoPrincipal Investigator Department of Environmental Science & Management Humboldt State University One Harpst St. Arcata, CA 95521 Phone: 7078263438 Fax: 7078263501 [email protected] 2 CoPrincipal Investigator Department of Forestry and Wildland Resources Humboldt State University One Harpst St. Arcata, CA 95521 Phone: 7078263258 Fax: 7078265634 [email protected] December 2013 Funding for this research was provided by the Bureau of Land Management through the sale of public lands as authorized by the Southern Nevada Public Land Management Act (SNLPMA). This Round 11 SNLPMA research grant was supported by an agreement with the USDA Forest Service Pacific Southwest Research Station.

Stream Condition Assessment of the Lake Tahoe Basin in ......beneficial uses prescribed by the Clean Water Act (Barbour et al., 1999; Bonada et al., 2006). Benthic macroinvertebrates

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

 

Stream Condition Assessment of the Lake Tahoe Basin in 2009 and 2010 using the River Invertebrate Prediction and Classification System 

(RIVPACS)   

Report PO79  1Alison O’Dowd and 2Andrew Stubblefield 

 

  

1 Co‐Principal Investigator  Department of Environmental Science & Management 

Humboldt State University One Harpst St. Arcata, CA 95521 

Phone: 707‐826‐3438 Fax: 707‐826‐3501 

[email protected]   

2 Co‐Principal Investigator  Department of Forestry and Wildland Resources 

Humboldt State University One Harpst St. Arcata, CA 95521 

Phone: 707‐826‐3258 Fax: 707‐826‐5634 

[email protected] 

  

December 2013  

Funding for this research was provided by the Bureau of Land Management through the sale of public lands as authorized by the Southern Nevada Public Land Management Act (SNLPMA). This Round 11 SNLPMA research grant was supported 

by an agreement with the USDA Forest Service Pacific Southwest Research Station. 

 

TABLE OF CONTENTS  

List of Tables ............................................................................................................................................................................. 3 

List of Figures............................................................................................................................................................................ 4 

ABSTRACT/SUMMARY .............................................................................................................................................................. 5 

INTRODUCTION ........................................................................................................................................................................ 5 

Background ........................................................................................................................................................................... 5 

Benthic Macroinvertebrates as Biological Indicators ........................................................................................................... 6 

Study Objectives ................................................................................................................................................................... 7 

METHODS ................................................................................................................................................................................. 7 

Study Sites ............................................................................................................................................................................ 7 

Sampling Design ................................................................................................................................................................... 9 

Field and Laboratory Methods ............................................................................................................................................. 9 

Habitat and Water Quality data ..................................................................................................................................... 10 

Biological Data ................................................................................................................................................................ 10 

RIVPACS Methods ............................................................................................................................................................... 11 

Analysis Methods ............................................................................................................................................................... 11 

Status Analysis ................................................................................................................................................................ 11 

Trend Analysis ................................................................................................................................................................ 12 

Habitat Stressor Analysis ................................................................................................................................................ 12 

RESULTS AND DISCUSSION ..................................................................................................................................................... 13 

Conditional Threshold Analysis .......................................................................................................................................... 13 

Status (2009 and 2010) ...................................................................................................................................................... 13 

Trend Analysis .................................................................................................................................................................... 15 

Hydrologic Conditions ........................................................................................................................................................ 17 

Impervious Surface ............................................................................................................................................................. 18 

Habitat Stressors ................................................................................................................................................................ 19 

Habitat Characteristics of “Marginal” Sites ........................................................................................................................ 21 

Regional Summary .............................................................................................................................................................. 24 

California Statewide Model .................................................................................................................................................... 27 

Summary ................................................................................................................................................................................ 27 

Recommendations ................................................................................................................................................................. 28 

ACKNOWLEDGEMENTS .......................................................................................................................................................... 28 

LITERATURE CITED .................................................................................................................................................................. 29 

APPENDICES ........................................................................................................................................................................... 33 

APPENDIX I: Attribute table of the eighty‐five sites sampled in the Lake Tahoe Basin in 2009 and 2010. ........................ 33 

APPENDIX II:  A step‐by‐step guide for using the RIVPACS model to calculate O/E scores ................................................ 36 

APPENDIX III: Photos of Marginal sites sampled in 2009 and 2010 in the Tahoe Basin ..................................................... 43 

 

 

LIST OF TABLES Table 1. Sampling schedule for the Lake Tahoe Basin showing number of stream sites sampled each year for status (new sites  randomly  selected  each  year),  trend  (sites  randomly  selected  first  two  years,  then  in  two‐year  rotation),  and reference (same eight sites sampled every year).  …….………………….………………………………..……………………………………….…………9 Table 2. Lake Tahoe Region Average Monthly Precipitation  (inches) during  the Study Period  (Western Regional Climate Center)………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………18 Table 3. Significant (P<0.05) Linear regressions between site  level habitat variables and benthic  invertebrate O/E scores. …………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………19 Table 4. Habitat variable analysis of marginal (O/E score < 0.7) sites…………………………………………………………………………………23     

   

 

LIST OF FIGURES  Figure 1. Locations of Lake Tahoe biossessment study sites sampled in 2009 and 2010 with last three digits of Site ID Code. Prefix 08722, 634009 and 634010 have been omitted for clarity. See Appendix 1 for full site IDs……………………………………….8 Figure 2. Categories of ecological condition based on RIVPACS scores, Lake Tahoe Basin 2009‐2010. ................................ 14 Figure 3. Histogram of conditional categories showing sample size of each for 85 sites sampled in the Lake Tahoe Basin in 2009 and 2010. ....................................................................................................................................................................... 15 Figure 4. Map of 2003 (yellow diamonds) and 2009‐2010 (black circles) benthic macroinvertebrate sampling sites  in the Lake Tahoe Basin. ................................................................................................................................................................... 16 Figure 5. Comparison of 2009‐10 O/E scores (p>0.5) with 2003 O/E scores for sites sampled in nearby (<200 m) locations. Site locations given in Figure 1. Paired t‐test indicated no sIgnificant difference (p‐value = 0.92). ...................................... 17 Figure 6. Percentage of watershed  in  impervious  land use  category  vs O/E  score.  FIgure A  represents  imperviousness within entire watershed. Figure B represents imperviousness within watershed <1 km upstream of site. .......................... 18 Figure 7. Map of Lake Tahoe Basin with color‐coded symbols related to condition categories based on O/E scores. boxes indicate regions of the Basin where patterns were observed (a – north shore/Incline Village, b – eastern shore (NV), c – south shore (Upper Truckee River and Trout Creek), and d‐ the southwest shore…………….………………………………………………25 Figure 8. Good and Excellent sites on Incline, Third, Wood and Griff Creeks on the north shore of Lake Tahoe. O/E scores shown in boxes relative to urban development, 2009 and 2010. This region shows Excellent quality despite adjacent and significant urbanization. Green circles denote Excellent and blue circles denote Good O/E scores……………….…………………..26 Figure 9. Low gradient reaches of Upper Truckee River and Trout Creek  in the south shore of Lake Tahoe with Marginal conditions. O/E scores in boxes. Impervious surface from TRPA 2010 layer……………………………………………………………………...27 Figure 10. Marginal  conditions on  the Upper Truckee River along Meyers Flat. O/E  scores  shown  in boxes.  Impervious surface from TRPA 2010 layer. Marginal condition indicated by red circle, Good condition by blue circle and Excellent by green circle…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…27  

LIST OF FIGURES IN APPENDICES Figure 11. Photo of site on General Creek (634R10GNL, O/E=0.53) ...................................................................................... 43 Figure 12. Photo of site on the Upper Truckee River (CAT08722‐013, o/E=0.62) .................................................................. 43 Figure 13. Photo of site on the Upper Truckee River (CAT08722‐017, O/E=0.61) ................................................................. 44 Figure 14. Photo of site on Glen Alpine Creek (CAT08722‐025, O/e=0.67) ............................................................................ 44 Figure 15. Photo of site on the Upper Truckee River (CAT08722‐041, O/E=0.46) ................................................................. 45 Figure 16. Photo of site on Trout Creek (CAT08722‐050, o/e=0.34) ...................................................................................... 45 Figure 17. Photo of site on the Upper Truckee River (CAT08722‐053, o/e=0.62) .................................................................. 46 Figure 18. Photo of site on Trout Creek (CAT08722‐061, 0.59) ............................................................................................. 46 Figure 19. Photo of site on Cascade Creek (CAT08722‐070, o/e=0.53).................................................................................. 47 Figure 20. Photo of site on the Upper Truckee River (CAT08722‐085, o/e=0.63) .................................................................. 47 Figure 21. Photo of site on Mckinney Creek (CAT08722‐103, o/e=0.25) ............................................................................... 48 Figure 22. Photo of site on Cascade Creek (CAT08722‐110, o/e=0.62).................................................................................. 48 Figure 23. Photo of site on the Upper Truckee River (CAT08722‐114, o/e=0.50) .................................................................. 49 Figure 24. Photo of site on the Upper Truckee River (CAT08722‐141, o/e=0.61) .................................................................. 49 Figure 25. Photo of site on North Canyon Creek (p‐TACHAT08722‐063, o/e=0.69) .............................................................. 50 Figure 26. Photo of site on Burke Creek (p‐TACHAT08722‐138, o/e=0.68) ........................................................................... 50 Figure 27. Photo of site on Burke Creek (p‐TACHAT08722‐074, o/e=0.60) ........................................................................... 51  

 

 

   

 

ABSTRACT/SUMMARY Of the many efforts aimed at evaluating conditions  in the Lake Tahoe Basin, the Stream Biological  Integrity Monitoring Program was  designed  to  characterize  the  biological  health  of  streams  in  the  Lake  Tahoe  Basin  by  sampling  benthic macroinvertebrates (BMIs) and a range of water quality and physical habitat parameters.  Benthic macroinvertebrates are the most  commonly  used  biological  indicator  in  stream monitoring  programs  because  they  are  ubiquitous  in  stream environments and  their species composition  in a sample can  indicate a  range of anthropogenic disturbance  levels. The main objective of  this project was  to  refine and develop data evaluation methods  for benthic macroinvertebrate data collected  in  the Lake Tahoe Basin  to better guide  the consistent evaluation and  reporting of  stream conditions and  to inform management and policy decisions. The River  Invertebrate Prediction and Classification System  (RIVPACS) model was selected to evaluate the Tahoe Basin benthic macroinvertebrate data because it can be used in regional comparisons and  is expected  to be one of  the primary  tools used  for bioassessment of California streams  in  the  foreseeable  future.  This study evaluated  the status and  trend of benthic macroinvertebrate data collected  in 2009 and 2010  from 85 sites located within  29 watersheds  of  the  Tahoe  Basin.    Approximately  56%  of  streams  sampled  in  2009  and  2010 were categorized as “Excellent,” 18% were categorized as “Good”, while 26% were “Marginal.”  Trend analysis of a sub‐set of sites revealed no significant differences between the 12 sites sampled in 2003 and nearby sites sampled in 2009‐2010 (p‐value = 0.92). Precipitation and discharge were near average  for the years examined, so climate was not  likely  to have exerted a bias on this assessment of the status and trends of aquatic resources for these years. There was no apparent relationship between biological condition and the percentage of impervious surface in the upstream watershed; this may be a result of overall  low  levels of  impervious surfaces Basin‐wide.   An  investigation of habitat variables with biological condition  found  that Marginal  sites  tended  to  have  higher water  temperatures, more  glide  and  pool  habitat,  larger coverage of non‐woody vegetation and more fine sediment.  Habitat variables associated with better biological condition included more  riffle  habitat,  boulders,  higher  slope  and  dissolved  oxygen.    Specific Marginal  sites  seemed  to  have common  sources  of  degradation  including  lower  stream  flow  discharge, more  bank  erosion  and more  sand  and  fine streambed substrate.   The stream evaluation methods presented  in this study are meant to serve as a model for future assessment of streams in the Lake Tahoe Basin. 

 

INTRODUCTION  

BACKGROUND   There are numerous efforts aimed at evaluating conditions in the Lake Tahoe Basin (hereafter Basin) in order to manage the natural  resources  and ecological  integrity of  the Basin.    In  the Environmental  Improvement Program  (EIP) update document, key goals for 2008‐2018  included: “refine and  implement monitoring and evaluation programs to assess the status  of  environmental  conditions  and  determine  the  effectiveness  of  EIP  restoration  projects”  (TRPA,  2010a).  Specifically, Subtheme 4b of the EIP seeks to  identify environmental  indicators and develop approaches  for monitoring and evaluation.   One of  the  efforts working  toward  the  EIP  goals  is  the  Lake  Tahoe  Status  and  Trend Monitoring &  Evaluation  (M&E) Program, which  is designed  to  assess  the  Lake  Tahoe  area’s  environmental  condition using  a  range of  environmental indicators (www.tahoemonitoring.org).   Environmental  indicators examined  in the M&E program  include: nutrients, fine sediment, air pollutants, forest vegetation, land use and streams.  More specifically, indicators of stream condition include pollutants, hydrology and biological integrity. In 2009, the Stream Biological Integrity Monitoring Plan was developed and implemented  to  characterize  the  relative  biological  health  of  Lake  Tahoe  stream  environments  by  sampling  benthic macroinvertebrates  (BMIs) and a range of water quality and habitat parameters throughout the Basin.    It  is envisioned that  these data will be  regularly collected, evaluated, and  reported over  time  in order  to  inform and adjust policy and management actions (TRPA, 2009; TRPA, 2010b) to better meet Regional environmental quality goals.  

 

 

BENTHIC MACROINVERTEBRATES AS BIOLOGICAL INDICATORS  Benthic macroinvertebrates  (or  BMI;  e.g.,  freshwater  insect  larvae,  snails, worms,  crustaceans)  are  one  of  the most commonly used biological  indicators  in stream monitoring programs (Merritt et al., 2008; Resh, 2008) because they can provide insight into current and past conditions, integrate the effects of cumulative stressors, and are directly related to beneficial uses prescribed by the Clean Water Act (Barbour et al., 1999; Bonada et al., 2006).  Benthic macroinvertebrates are long‐lived compared to algae and are ubiquitous in most stream environments compared to fish that can be limited by migrational barriers or poor water quality.  In addition, different BMI species can tolerate a range of disturbance levels in streams and are more cost‐effective to sample than toxicity and chemical testing (Rosenberg and Resh, 1993; Yoder and Rankin, 1995).  There are several ways  to explore and  interpret BMI data  for use  in monitoring and evaluation programs.   A common practice is to simply calculate biological metrics (measures of biological condition that respond predictably and reliably to independent measures of human disturbance).  An example of a biological metric is the proportion of the sample that is made up of “tolerant” organisms.  A higher proportion of tolerant organisms would indicate a more degraded condition.  However, many metrics are generated at a coarse scale  (e.g., the proportion of  individuals from the generally sensitive orders Ephemeroptera, Plecoptera and Trichoptera or  ‘EPT’  reflects  the  taxonomic composition at  the order  level) and can therefore lead to generalizations about stream condition or be misleading (Lenat & Resh, 2001).  Another common practice used  to  interpret BMI data  is  to calculate multimetric  indexes  (MMIs) by converting metrics representing different  tolerances,  trophic  levels or habits  into  to unitless  scores  and  summing  the  scores  to  evaluate biological condition at a site (Karr and Chu, 1999).   California does not currently have a statewide MMI, but there are a few existing multi‐metric biological  indices  that  can be  referenced  for use  in  the Tahoe Basin: 1)  the benthic  index of biological  integrity (B‐IBI) developed for the Pacific Northwest (Karr, 1998; Karr and Chu, 1999), 2) a northern California MMI (Rehn et al., 2005; Rehn et al., 2007) and 3) a Sierra Nevada MMI (Herbst and Silldorff, 2006).   In  2007,  a MMI  was  developed  for  the  Lake  Tahoe  Basin  based  on macroinvertebrate  samples  collected  from  171 locations on 10  streams  in 2003  (Fore, 2007).   The Tahoe Basin MMI was  composed of  six metrics  (stonefly  richness, caddisfly richness, number of long‐lived taxa, number of intolerant taxa, clinger richness, and % non‐insect taxa) that were highly correlated with  localized disturbances  (Fore, 2007). Although  the Tahoe Basin MMI can be useful  for evaluating conditions within the Tahoe Basin, it is less applicable for a comparison of conditions in other regions or climates.  Another method used in bioassessment that has greater potential for regional comparison is a predictive model called the River  Invertebrate  Prediction  and  Classification  System  or  RIVPACS  (Hawkins  et  al.,  2000).    This model was  originally developed in the 1970’s by the Institute of Freshwater Ecology in Great Britain (Wright, 1994), but has since been adopted by other countries and has influenced the European Union Water Framework Directive (WFD).  Models that predict BMI community structure based on environmental gradients at reference sites can be used to assess the health of disturbed streams by setting biological expectations as though the disturbance were absent. These models reduce  the  influence of bias and can be used  for regional assessments, detecting  trends caused by  land use or climate change,  and  evaluating  site‐specific  disturbances  or  restoration  efforts.  RIVPACS  uses  cluster  analyses  to  separate reference  sites  into  groupings  based  on  biology,  and  then  predicts  group  membership  based  on  physical  variables unaffected by human stressors such as watershed area,  latitude, geology, temperature, and precipitation.   Probabilities can then be generated for the  likelihood of observing species given the stream’s physical setting (Hawkins et al., 2000).  The Expected score (E)  is based on both the taxa present and the probability of detection  (how commonly found). Low ratios of Observed  to Expected numbers of  taxa  (O/E)  indicates degradation because many of  the species predicted  to occur may have been  lost as a result of anthropogenic disturbance.   Conversely, high O/E scores (closer to 1.0)  indicate that  the  assemblage  sampled  at  a given  site  (O) was more  similar  to  an undisturbed  reference  site  (E) and  therefore indicates higher quality, more pristine conditions.  All of  the bioassessment  techniques discussed above were considered  for use  in analyzing  the 2009 and 2010 benthic macroinvertebrate data collected in the Tahoe Basin, but after much consultation with bioassessment experts (R. Mazor, 

 

P. Ode, A. Rehn,  T.  Suk,  pers.  comm.,  2011)  it was  decided  that  the RIVPACS model would be most  prudent  for  the following reasons: 

The observed to expected ratio (O/E) is less influenced by a priori bias related to site characteristics and it allows for the determination of reference sites a posteriori; 

RIVPACS is more appropriate for use in regional comparisons compared to biological metrics or MMIs; and 

Biologists are currently working toward the development of a California statewide index that combines the ratio of observed to expected taxa (O/E) and a predictive multimetric index (pMMI). This combined index is called the “California  Stream  Condition  Index”  (CSCI)  and  is  expected  to  become  the  standard method  for  evaluating streams in California in the future (R. Mazor, pers. comm., 2013).       

STUDY OBJECTIVES  One  element  that  was missing  from  the  Stream  Biological  Integrity Monitoring  Plan  was  clear  guidance  on  how  to evaluate and report bioassessment information.  Consequently, the primary objectives of this project were to:  1) Refine and develop data evaluation methods for benthic macroinvertebrate (BMI) data in the Lake Tahoe Basin to 

better  guide manager’s  evaluation  and  reporting  of  stream  condition  information  to  decision makers  and  the public; 

2) Select methods  that  can  be  used  in  comparisons  with  other  regions  in  the  future  (e.g.,  California  statewide RIVPACS); 

3) Analyze BMI data collected  from  the Lake Tahoe Basin  in 2009 and 2010  to examine the status of streams  from those years;  

4) Compare 2009 and 2010 BMI results with earlier BMI data in the Tahoe Basin to look for possible trends;  5) Develop and recommend methods for future trend analysis; and  6) Explore potential  relationships between habitat parameters,  levels of urbanization, and O/E  scores  at each  site 

sampled  in 2009 and 2010. This analysis  is  intended  to determine  if physical habitat  variables gave  satisfactory explanations for low O/E scores and determine if certain types of habitats or stream conditions were more likely to have lower O/E scores.  

 The  resulting  analysis  from  this  effort will  aid  in  identifying  the  current  and  relative  condition  of  streams  (or  stream segments) so managers can better target restoration efforts.  In addition, this information will enable the characterization of  trends  in  stream  condition  over  time  and may  provide  some  evidence  of  the  effectiveness  of  overall  policy  and management actions.              

 

METHODS 

STUDY SITES Biological  (i.e., benthic macroinvertebrate), water quality, and physical habitat data were  collected between  June and September  in 2009 and 2010 from 85 sites  located within 29 watersheds of the Lake Tahoe Basin (see Figure 1 for site locations  and  Appendix  I  for  site  attributes).   Of  the  85  sites  sampled,  54  sites were  located  in  California  and were sampled by the Tahoe Regional Planning Agency (TRPA).  Thirty‐one sites located in Nevada were sampled by the Nevada Department of Environmental Protection  (NDEP).   Five sites were designated as  reference sites. Ten duplicate samples were collected for a total of 95 samples from 85 sites.   

 

FIGURE 2. LOCATIONS OF LAKE TAHOE BIOASSESSMENT STUDY SITES SAMPLED IN 2009 AND 2010 WITH LAST THREE DIGITS OF SITE ID CODE. PREFIX 08722, 634009 AND 634010 HAVE BEEN OMITTED FOR CLARITY. SEE APPENDIX 1 FOR FULL SITE IDS. 

 

SAMPLING DESIGN  The status and  trend sampling was designed  to examine  the status of streams each year,  trends over  time, and conditions at  targeted  locations  (Fore, 2007; TRPA, 2010b).   The status monitoring used a probabilistic sampling design  to  randomly  select  different  sampling  locations  each  year.  Random  selection  is  intended  to minimize potential influences of sampling bias (that can result from non‐random selection) and is more appropriate for use in regional comparisons (TRPA, 2010b). Four sites sampled by NDEP  in 2009 (i.e. TAH03GlenBk‐1, TAH03Logan‐1, TAH03MarlTrib‐1, and TAH03NFKLogan‐1) were not part of the probabilistic sampling, but were originally selected as  potential  reference  sites.    Two  of  these  four  sites  (TAH03GlenBk‐1,  TAH03NFKLogan‐1) were  designated  as reference sites, while the other two were not. For trend monitoring, sites were selected randomly in the first two years and then the same sites will be re‐sampled every two years to detect  if changes  in condition are occurring over time.  Lastly, targeted sites were selected in order to address specific questions such as those related to the effects of  land use practices and/or restoration efforts  in the watershed. Of the 48 sites sampled each year, the monitoring  plan  targeted  33%  (n=16)  of  sites  to  be  designated  for  status  monitoring,  50%  (n=24)  for  trend monitoring and 17%  (n=8)  for  targeted  reference site monitoring  (TRPA, 2010b)  (Table 1).   Random selection of sites was done by using a protocol developed by EPA  for selecting sites  in a manner appropriate  for status and trend monitoring  (Paulsen  et  al., 1998; Olsen  et  al., 1999; USEPA,  2006).  Site  locations used  in  the  2009‐2010 assessment are shown in Figure 1.  Table 1. Sampling schedule for the Lake Tahoe Basin showing number of stream sites sampled each year for status (new sites randomly selected each year), trend (sites randomly selected first two years, then in two‐year rotation), and reference (same eight sites sampled every year).   Years with fewer sites sampled were a result of dry conditions (B. Vollmer, pers. comm., 2013). Table adapted from TRPA (2010b). 

 Year 

 Total Sites  Status (33%) 

Trend A(25%) 

Trend B (25%) 

Reference (17%) 

2009  39  12* 24*  3 

2010  48  16* 24* 8 

2011  48  16* 24 8 

2012  45  16* 22 7 

2013  48  16* 24 8 

2014  48  16* 24 8 

Etc.     

* indicates randomly selected sites   Reference sites were selected randomly during the first two years (2009‐2010) and in subsequent years the same sites will be re‐sampled to make comparisons through time. During the first few years of the sampling program, additional reference sites (5–10) will also be monitored to help establish expected scores for streams with little or no human influence (TRPA, 2010b). In order to detect trends in urban/developed areas, 50% of sites were selected from urban/developed areas and 50% from the non‐urban areas. Urban boundaries were based on TRPA land use designation of either residential, tourist, or commercial.     

FIELD AND LABORATORY METHODS   Biological, water quality, and physical habitat field data were collected between June and September of 2009 and 2010  following  the methods of California’s  Surface Water Ambient Monitoring Protocol  (SWAMP)  (Ode, 2007).  The “basic” SWAMP method was used for collection of physical habitat and water quality data and the reachwide benthos (multihabitat) procedure was used for collection of benthic macroinvertebrates (Ode, 2007).    

  

10 

 

HABITAT AND WATER QUALITY DATA For the SWAMP reachwide procedure, 11 equidistant transects, arranged perpendicular to the direction of stream flow, were  established  along  a  150‐meter  reach  in  order  to measure  several  habitat  variables  in  a  systematic manner  (Ode, 2007). Ten  inter‐transects were established between  transects  as well. At each  transect, wetted width, bankfull width and heights were determined. Substrate size distribution was measured by doing a Wolman Pebble  count  (Wolman, 1954) of 105 particles  collected  across  the 11  transects  and 10  inter‐transects. Cobble embeddedness, gradient, and sinuosity were also measured at each transect. Canopy cover was measured using a densitometer  at  each  transect.  The  areal  cover  of  each  of  the  following  channel  features  were  recorded:  1) filamentous algae, 2) aquatic macrophytes, 3) boulders (>25 cm, intermediate axis length), 4) smaller woody debris (<0.3 m diameter), 5) larger woody debris (>0.3 m diameter), 6) undercut banks, 7) overhanging vegetation, 8) live tree roots, and 9) artificial structures and trash. Areal cover for each channel feature is estimated as: 1) absent, 2) sparse (<10%), 3) moderate (10‐40%), 4) heavy (40‐75%), or 5) very heavy (>75%).  Human  influence  factors were measured within a 10m x 50m plot at every main  transect.   The presence of 11 human  influence  categories  were  recorded  relative  to  this  zone:  1)  walls/rip‐rap/dams,  2)  buildings,  3) pavement/cleared  lots, 4) roads/railroads, 5) pipes (inlets or outlets), 6)  landfills or trash, 7) parks or  lawns (e.g., golf courses), 8) row crops, 9) pasture/ rangelands, 10) logging/ timber harvest activities, 11) mining activities, 12) vegetative  management  (herbicides,  brush  removal,  mowing),  13)  bridges/  abutments,  or  14)  orchards  or vineyards.  Riparian vegetation was also assessed within the 10m X 10m plot as follows. The vegetation was divided into three zones: ground cover (<0.5 m), lower canopy (0.5 m ‐ 5 m), and upper canopy (>5 m). The density of the following riparian classes were recorded: 1) upper canopy–trees and saplings, 2) lower canopy–woody shrubs and saplings, 3) woody ground cover–shrubs,  saplings, 4) herbaceous ground cover–herbs and grasses, and 5) ground cover–barren, bare soil and duff. For each vegetative class the areal cover was estimated as either: 1) absent, 2) sparse (<10%), 3) moderate (10‐40%), 4) heavy (40‐75%), or 5) very heavy (>75%).  The percentage of the stream falling  in each stream habitat type was  identified at each  inter‐transect. The types included: 1) cascades/falls, 2) rapids, 3) riffles, 4) runs, 5) glides, 6) pools, 7) dry areas. Discharge was measured using the velocity area method, or if necessary, the neutral buoyant object method.   Common ambient water chemistry measurements  (pH, DO, specific conductance, alkalinity, water  temperature) were taken at the downstream end of each reach  in accordance with the SWAMP protocol (Ode, 2007). Most of the  water  chemistry  measurements  (pH,  DO,  specific  conductance,  water  temperature,  and  salinity)  were measured with a YSI© Professional Plus. Alkalinity was measured with a Titration LaMotte© Field Kit. 

  

BIOLOGICAL DATA Benthic  macroinvertebrate  samples  were  collected  at  each  site  using  the  SWAMP  reachwide  benthos (multihabitat) procedure  (Ode, 2007).   The  reachwide procedure  for  sampling benthic macroinvertebrates used the same 11 transects from the physical habitat data collection to designate sampling  locations.   Beginning with the  furthest  downstream  transect,  benthic  macroinvertebrates  were  sampled  approximately  one  meter downstream from each transect and the position in the stream channel alternated between 25%, 50% and 75% of the wetted width at each transect  (Ode, 2007).   Each benthic macroinvertebrate sample was collected  in a 1  ft2 area  using  a  500  µm  D‐net with  the  opening  of  the  net  oriented  upstream.    The  upstream  substrate  and/or vegetation was agitated thoroughly  in  the sampling area to dislodge benthic macroinvertebrates  into  the D‐net.  The 11 samples collected at each reach were composited into a single sample and preserved in 95% ethanol. All benthic macroinvertebrate samples collected  in 2009 and 2010 were sorted and  identified by Aquatic Biology Associates, Inc.  in Corvalis, Oregon. All benthic macroinvertebrates were  identified using the standard taxonomic effort  (STE)  level  established  by  the  Southwest  Association  of  Freshwater  Invertebrate  Taxonomists  (SAFIT) (Richards  and  Rogers,  2006), which  for  insects was  typically  genus  or  species  (including  chironomids).    Upon 

11 

 

completion of the identification, Aquatic Biology Associates, Inc. provided a spreadsheet with taxa and counts for each biological sample.  

RIVPACS METHODS   In preparation for running the RIVPACS model, the ‘Predictive Models Primer’ on Utah State University’s Western Center for Monitoring & Assessment of Freshwater Ecosystems website (http://cnr.usu.edu/wmc/htm/predictive‐models/predictive‐models‐primer) should be read to gain a more in‐depth understanding of how RIVPACS works.    Several  tasks were  performed  in  order  to  generate O/E  scores  for  this  project  using  the  RIVPACS model  (see Appendix  II  for a more detailed  step‐by‐step guide of how  to  run  the RIVPACS model  to generate O/E  scores).  First,  the benthic macroinvertebrate data  collected  in 2009  and 2010  (by  TRPA  and NDEP) were  compiled  and organized  into a  single  spreadsheet. The  compiled data  sheet  retained as much  information about each  site as possible,  including  the minimum  three variables needed  to  run  the RIVPACS model: 1)  the unique name of  the sample, 2) the standard taxonomic effort (STE); and 3) the number of organisms of each taxon within each sample.  

Second, each unique taxonomic name was matched with a corresponding Operational Taxonomic Unit (OTU).  The OTU's  for  California  are  maintained  by  the  California  Department  of  Fish  and  Wildlife  (formerly  California Department of  the Fish and Game) Aquatic Bioassessment Lab.   The  reason  for matching  the  taxonomic names from the Tahoe Basin samples with the predefined OTU's is because the RIVPACS model has a standardized list of taxa that  is used to run the model.   Therefore, there cannot be any unrecognizable taxa names  in the file.   After matching the taxonomic names to the OTU's, the BMI data were subsampled to a standard of 300 organisms per sample by using an automated subsampling program in Fortran and then converted into a site by taxa matrix using a  downloadable  matrify.exe  program  from  the  Utah  State  University’s  Western  Center  for  Monitoring  & Assessment  of  Freshwater  Ecosystems  website  (http://www.cnr.usu.edu/wmc/htm/predictive‐models/usingandbuildingmodels).  The RIVPACS model is divided into three submodels based on the temperature and precipitation at each site.  Each of the Tahoe Basin sites were assigned to one of the three O/E submodels using the 30‐year average (1961‐1990) of  precipitation  and  temperature  data  from  the  PRISM  Climate  Group  at  Oregon  State  University (http://prism.oregonstate.edu/). Based on the temperature and precipitation results at each site, all of the sites in Lake  Tahoe  Basin  were  located  within  submodel  3,  so  taxa  were  predicted  on  the  basis  of  mean  monthly temperature and  log watershed area.   The  resulting BMI matrix and habitat predictor  file were used  to  run  the RIVPACS model.  Again, more detailed methods for running the RIVPACS model are included in Appendix II. 

  

ANALYSIS METHODS  

STATUS ANALYSIS There were several types of analyses conducted to address the study objectives.  First, thresholds for conditional categories based on O/E scores were established based on the standard deviation of the reference site O/E scores used  to  build  the  RIVPACS model  (C.  Hawkins,  pers.  comm.,  2012).    Evaluation  of  status  was  conducted  by examining  the  spatial  arrangement  of  O/E  scores  throughout  the  Tahoe  Basin  and  descriptive  statistics  to characterize status in 2009 and 2010.   

   

12 

 

TREND ANALYSIS Trend  analysis was  conducted  by  comparing  the  results  from  2009  and  2010 with  benthic macroinvertebrate sampling conducted in 2003 (Fore, 2007).  However, different collection methods were used in 2003, which limits the applicability of this analysis.  Overall and site‐specific trends were evaluated.       A comparison of 2009 and 2010 benthic macroinvertebrate data was also conducted and methods for  long‐term trend analysis developed.  First, in order to determine the sampling error in 2009 and 2010, the standard deviation of  the  differences  of  O/E  scores  for  eight  duplicates was  calculated.    This  standard  deviation  (0.11) was  the minimum amount that a site needed to differ between two given years in order to account for the sampling error.    Next, a two‐tailed t‐test was used to compare all sites that were sampled in 2009 with those sampled in 2010.  The mean of O/E scores in 2009 (0.81 ± 0.22) was significantly lower than the mean of O/E scores in 2010 (0.94 ± 0.24), with a p‐value of 0.00697.  However, this type of analysis only gives a coarse look at the data and does not reveal changes in condition at individual sites (i.e., if some sites improved and some sites got worse).  For  analyzing  changes  at  individual  trend  sites  between  two  different  years,  a  few  analysis  methods  are recommended.   First, a direct comparison of the RIVPACS scores at the same site between two years (e.g., 2009 and 2011) should be examined.  An increase or decrease is only considered if the difference in O/E scores is larger than the sampling error (which can be calculated using the methods described above).  It should also be noted if the change  in O/E  score between  two years puts  the  site  into a different conditional  category  (marginal, good, excellent).   Additionally, a paired t‐test can be used to see  if conditions at the trend sites are showing an overall change in O/E score between two years.  For analyzing changes at individual trend sites over the long‐term (once several years of trend data are available), a linear mixed effects model is recommended.  When using the linear mixed effects model, the O/E score is defined as the dependent variable, site is the random factor and time is the fixed factor. This analysis can be performed in R using the lme4 package. If time has a linear effect, you might be able to specify your model like this: lmer(OE ~ Year + (1 + Year|Site)).  In this specification, O/E is a function of Year, with Site as a random factor. Each site has its own intercept, and year has a different coefficient at each station (R. Mazor, pers. comm, 2013).  

It is important to keep in mind that trends may not actually exist in the data set and if they do, they are likely site specific.  Trends may also tend to be non‐linear.  For further data analysis, the ordination scores could be explored in addition to the O/E scores.    

HABITAT STRESSOR ANALYSIS Lastly, analysis of stressors was conducted at both a landscape‐ (using watershed attributes derived from GIS) and site‐level (habitat attributes derived from field data collected at the reach/site) scale.  At the landscape scale, the percentage  of  impervious  surface  cover  was  calculated  to  explore  the  impact  of  surrounding  urbanized  and developed land on individual sites. Calculations were performed in ArcGIS 9.0 (ESRI, Redlands, CA). The USGS 10m DEM was used to generate watershed area. Updated impervious surface coverages (coverage analysis completed in  September  2012  of  data  captured  in  August  of  2010)  were  obtained  from  the  Spatial  Informatics  Group. Percentage of impervious surface was calculated for two zones in each watershed: the entire watershed, and the portion of the watershed within a 1‐km radius upstream of each study site. Site‐level parameters included habitat data that were collected at the same time as the benthic macroinvertebrates at each site.  Seventy‐seven habitat parameters were examined as described above.  

   

13 

 

RESULTS AND DISCUSSION  

CONDITIONAL THRESHOLD ANALYSIS  There  have  been many  attempts  to  determine  conditional  thresholds when  evaluating  biological metrics  and indices  (e.g.,  SWAMP,  2006;  C.  Hawkins,  pers  comm.,  2012; Western  Center  for Monitoring &  Assessment  of Freshwater  Ecosystems,  2013).    The  thresholds  for  establishing  conditional  categories  used  in  this  study  are consistent with  other  types of  analysis  being done  in  the  Sierra Nevada  Region  (Furnish,  2013). Boundaries  in conditional  categories were  assigned  by using  a  standard deviation  of  0.15, which was  based  on  the  standard deviation of the reference site O/E scores originally used to build the RIVPACS submodel 3.  Therefore, sites with O/E scores one standard deviation above and below 1.0 (between 1.15 and 0.85) were categorized as ‘Excellent’, sites with O/E scores between one and two standard deviations below 1.0 (0.7 – 0.85) were categorized as ‘Good’, and  sites with O/E  scores more  than  two  standard deviations below 1.0  (<0.7) were  categorized as  ‘Marginal.’  Sites that were higher than 1.0 were also categorized as ‘Excellent', however if the sites scores were more than 2 standard deviations above an O/E score of 1.0 (>1.3) they were examined further.    

STATUS (2009 AND 2010)  The status of sites sampled in the Tahoe Basin in 2009 and 2010 found that the majority of sites were in Excellent or  Good  condition  (see  Figures  2  &  3).    Approximately  56%  (n=48)  of  samples  from  2009  and  2010  were categorized as Excellent, 18% (n=15) were categorized as Good, 26% (n=24) as Marginal. The finding of generally Good to Excellent conditions is not surprising as the majority of the watersheds are U.S. Forest Service lands in the Lake Tahoe Basin, have been managed  for conservation or  recreational purposes  for  the  several decades, have regional landuse policies that severely limit development or the destruction of stream habitat and have undergone extensive restoration efforts.       

14 

 

 FIGURE 3. CATEGORIES OF ECOLOGICAL CONDITION BASED ON RIVPACS SCORES, LAKE TAHOE BASIN 2009‐2010. 

15 

 

 

 

FIGURE 4. HISTOGRAM OF CONDITIONAL CATEGORIES SHOWING SAMPLE SIZE OF EACH FOR 85 SITES SAMPLED IN THE LAKE TAHOE BASIN IN 2009 AND 2010. 

 

TREND ANALYSIS A benthic macroinvertebrate study was conducted  in 2003  to  investigate potential  indices  for assessing  riverine ecological health (Fore, 2007). A comparison of RIVPACS results from the 2003 study with the results from the first two years of the TRPA monitoring program  (2009‐2010) provided an opportunity to  look for trends  in ecological condition over time. Figure 4 indicates the spatial location of sites sampled during the two time periods. The study design was different between time periods, with the 2003 study targeted riffle habitats along the major perennial streams,  and  the  more  recent  study  designed  to  capture  conditions  across  the  entire  Tahoe  Basin  using  a probabilistic sampling design of multiple stream habitat types (reachwide protocol). Studies have documented the comparability of  these  two  sampling protocols  (Gerth  and Herlihy 2006, Herbst  and  Silldorff  2006, Rehn  et  al. 2007). Despite this difference, it was possible to identify eleven sites sampled during both time periods that were within a few hundred meters of each other. The data follow a general 1:1 relationship. A paired t‐test indicated no significant differences between  the 12  sites  sampled  in 2003 and nearby  sites  sampled  in 2009‐2010  (p‐value = 0.92, see Figure 5 for individual site comparisons).   

Marginaln=24

Goodn=15

Excellentn=48

0

10

20

30

40

50

60

<0.7 0.7‐0.85 >0.85

Frequency

O/E score

Histogram of Conditional Categories

16 

 

 FIGURE 5. MAP OF 2003  (YELLOW DIAMONDS) AND 2009‐2010  (BLACK CIRCLES) BENTHIC MACROINVERTEBRATE SAMPLING SITES  IN THE LAKE TAHOE BASIN. 

17 

 

 

 

FIGURE 6. COMPARISON OF 2009‐10 O/E SCORES (P>.5) WITH 2003 O/E SCORES FOR SITES SAMPLED IN NEARBY (<200 M) LOCATIONS. SITE LOCATIONS GIVEN IN FIGURE 1. PAIRED T‐TEST INDICATED NO SIGNIFICANT DIFFERENCE (P‐VALUE = 0.92). 

 

HYDROLOGIC CONDITIONS Unusual weather  conditions  can  influence  the  reproductive  success  and  growth  of benthic macroinvertebrates (Resh  et  al., 2012).  Particularly dry  years  can  lower  invertebrate  abundance by  limiting habitat  availability  and quality, and food availability (Resh et al., 2012). Wet years can lower abundances if flood events scour the channel beds during  critical  life  stages. We examined  the average monthly precipitation during  the period of  the  study, 2009‐2010, and during the previous study, 2003, and compared it to long term averages (1890‐2012, Table 2). The results indicate that 2003 was slightly drier than average on the west (California Interior Basin) and east shores (NE Nevada) of Lake Tahoe. On the west shore, 2009 was wetter than average, while the climatic region influencing the east shore was drier than average that same year. For the west and east shore, 2010 was near average, but slightly drier than average on the east shore.  

 

The general trends of the precipitation data are supported by discharge data collected by the USGS. For example, the total annual flows for Ward Creek at the mouth for Water Year 2003 (21.8 million m3) are comparable to 2009 and 2010 (18.2 and 21.6 million m3 respectively). We conclude that because precipitation and discharge were near average for all years examined, climate was not likely to have exerted a bias on this assessment of the status and trends of aquatic resources for these years.  

   

   

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4O/E Score

Site Name and Number

Fore Data 2003 TRPA Data 09‐10

18 

 

TABLE 2.  LAKE TAHOE REGION AVERAGE MONTHLY PRECIPITATION  (INCHES) DURING THE STUDY PERIOD  (WESTERN REGIONAL CLIMATE CENTER). 

Basin Average 

1890‐2012 20031    20092  20102 

West Shore (California NE 

interior) 

1.14*  0.89 1.88 0.9 

  Dry  Wet  Dry 

East Shore (NW Nevada) 

0.78  0.68 0.53 0.8 

  Dry Dry Avg 

* All data shown  in  inches. 1Time period shows monthly rainfall during the 2003 benthic macroinvertebrate pilot collection (Fore, 2007). 2Time period covers data from 2009 and 2010, the first two years of the TRPA monitoring plan.  

 

IMPERVIOUS SURFACE  The results of the percentage  impervious surface analysis at full watershed scale and within a 1‐km radius of the upstream watershed of each  sample  site did not  show a  significant  correlation with O/E  scores  (Figure 6). This finding  is similar to what Fore  (2007) reported for the data collected  in 2003. For example, there were high O/E scores at  sites  in  the more urbanized  Incline Village area, and  low O/E  scores  in  forested upper elevation  sites along the east shore. It also may reflect the fact that urbanization levels across Lake Tahoe remain very low (0.2‐13%).    

        FIGURE 7. PERCENTAGE OF WATERSHED  IN  IMPERVIOUS  LAND USE CATEGORY VS O/E  SCORE.  FIGURE A REPRESENTS  IMPERVIOUSNESS WITHIN ENTIRE WATERSHED. FIGURE B REPRESENTS IMPERVIOUSNESS WITHIN WATERSHED <1 KM UPSTREAM OF SITE. 

    Considering the percentage of  impervious surface  in the full upstream watershed, only two of 83 sites evaluated had a percentage of impervious surface greater than 5% (Figure 6). Only six of 83 sites evaluated had impervious surface greater than 3%. Examining the 1‐km radius data, only three of 77 sites evaluated had impervious surface greater  than 15% and only nine of 77 sites had  impervious surface greater  than 10%  (although 0/E values were calculated for 85 sites, we were unable to calculate watershed area for all 85 due to modified drainage patterns in urban  areas).  These  statistics  reflect  the  tendency  towards  lake‐level  development  and  protection  of  upper elevations in National Forest, managed mainly for recreation and wildlife habitat. Typically, watershed studies find aquatic  impacts  of  watershed  development  initiating  at  5‐10%  impervious  area  (Schueler,  1994;  Booth  and Jackson, 1997; Wang et al., 1997). The principal agent of change is hydrological alteration such as the timing and 

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0% 5% 10% 15%

O/E Score

A. Impervious Area of Watershed

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0% 10% 20% 30%

O/E Score

B. Impervious Area in Watershed, <1 km upstream of site 

19 

 

size of peak flows (Booth, 2005). However, in large, urbanized metropolitan areas, low levels of imperviousness (5‐10%) still cause marked degradation to stream communities (Cuffney et al., 2010).  The  impervious surface analysis suggests that the majority of Lake Tahoe watersheds are under the threshold at which urbanization is expected to cause degradation of aquatic conditions (generally between 5‐10%) (e.g., Brabec et al., 2002).   TRPA policies  in place since 1987, significantly regulate  the rate of new development. Regulations also  limit  the  creation  of  new  impervious  coverage  in  stream  zones  (TRPA,  2012).  Furthermore,  the  overall undeveloped  surrounding  landscape  in  the Tahoe Basin held by  the  Lake Tahoe Basin Management Unit of  the United States Forest Service may serve as a  ‘buffer’ to  impacts of  imperviousness. We discuss exceptions to this observation from the Upper Truckee and Trout Creek watersheds below.      

HABITAT STRESSORS  We also investigated potential habitat stressors driving O/E scores at each site using two approaches. For the first approach, we plotted each of the 77 site‐level habitat variables against corresponding O/E scores and then looked for associations between 0/E score and habitat variables (Table 3).  In the second approach, we examined the full suite of habitat variables at each site that scored in the Marginal (<0.7) range to see if explanatory stressors were present.  

 

TABLE 3. SIGNIFICANT (P<0.05) LINEAR REGRESSIONS BETWEEN SITE LEVEL HABITAT VARIABLES AND BENTHIC INVERTEBRATE O/E SCORES.  

  

Habitat Variable 

  

Linear Regression 

  

r2*  

 

Description 

Glide O/E = 1.04 ‐ 0.00426 Glide (%)  16.1 

Positive Linear Relationship 

Pool O/E = 0.954 ‐ 0.00941 Pool (%)  17.6 

Negative Linear Relationship 

Riffle  O/E = 0.714 + 0.00415 Riffle (%)  19.6  Positive Linear Relationship 

Fish Cover Boulders O/E = 0.811 + 0.00303 boulders (%)  7 

Positive Linear Relationship 

Barren Ground Cover (<.5m) 

O/E = 0.719 + 0.00505 Barren Ground Cover (<0.5m)  22.3 

Positive Linear Relationship 

NonWoody Plants Ground Cover (<.5) 

O/E = 0.997 ‐ 0.00392 NonWoody Plants Grnd Cov (<.5m)  16.4 

Negative Linear Relationship 

Fines  O/E = 0.924 ‐ 0.00917 Fines (%)  13.2  Negative Linear Relationship 

Small Boulder  O/E = 0.801 + 0.00794 Small Boulder (%)  9.5 Positive Linear Relationship 

Large Boulder  O/E = 0.803 + 0.00777 Large Boulder (%)  8.3 

Slope  O/E = 0.805 + 0.0140 Slope (%)  8.7  Positive Linear Relationship 

Temperature O/E = 1.28 ‐ 0.0391 Temperature (°C) 19.6 

Negative Linear Relationship   

*All regressions significant at the alpha =  0.05 level except for Fish Cover Boulders (P‐Value = 0.053) and Large Boulders (P‐Value = 0.058)  

20 

 

  

Habitat Variable 

  

Linear Regression 

  

r2*  

 

Description 

Glide O/E = 1.04 ‐ 0.00426 Glide (%)  16.1 

Glide habitat was correlated with lower O/E scores 

Pool O/E = 0.954 ‐ 0.00941 Pool (%)  17.6 

Pool habitat was correlated with lower O/E scores 

Riffle O/E = 0.714 + 0.00415 Riffle (%)  19.6 

Riffle habitat was correlated with higher O/E scores 

Fish Cover Boulders O/E = 0.811 + 0.00303 boulders (%)  7 

Fish cover boulder habitat was correlated with higher O/E scores 

Barren Ground Cover (<.5m) 

O/E = 0.719 + 0.00505 Barren Ground Cover (<0.5m)  22.3 

Barren ground cover was correlated with higher O/E scores 

NonWoody Plants Ground Cover (<.5) 

O/E = 0.997 ‐ 0.00392 NonWoody Plants Grnd Cov (<.5m)  16.4 

Grass cover was correlated with lower O/E scores 

Fines O/E = 0.924 ‐ 0.00917 Fines (%)  13.2 

Fines were correlated with lower O/E scores 

Small Boulder  O/E = 0.801 + 0.00794 Small Boulder(%)  9.5  Small and large boulders were correlated with higher O/E scores Large Boulder 

O/E = 0.803 + 0.00777 Large Boulder (%)  8.3 

Slope O/E = 0.805 + 0.0140 Slope (%)  8.7 

Slope was correlated with higher O/E scores 

Temperature O/E = 1.28 ‐ 0.0391 Temperature (°C)  19.6 

Higher Temp. was correlated with lower O/E scores   

*All regressions significant at the alpha =  0.05 level except for Fish Cover Boulders (P‐Value = 0.053) and Large Boulders (P‐Value = 0.058)  

The significance of a  linear relationship between the habitat variables and O/E scores was determined using the regression coefficient  r2.   Nine habitat variables exhibited significant  (α= 0.05) correlations with O/E scores  (see Table  3), with  an  additional  two  variables  just  over  0.05.  The  sign  of  the  linear  correlations  shown  in  Table  3 indicate whether the correlations were positive or negative.  

 

For  stream  reach  types,  higher  percentages  of  glides  and  pools were  associated with  lower O/E  scores, while higher percentages of riffles were associated with higher O/E scores. This finding supports previous observations that higher densities of benthic macroinvertebrates are found in riffle habitat compared with other habitat types (Brown & Brussock,  1991).   Moreover,  increasing percentages  of boulders  providing  fish  cover,  and  increasing percentages  of  small  and  large  boulders  were  associated  with  higher  O/E  scores  compared  with  a  negative association between percentage of fines and O/E scores. This finding  is supported by previous observations that higher  benthic macroinvertebrate  diversity  is  generally  observed  in  coarser  grain  size  channel  beds  and  BMI communities are deleteriously affected by stream sedimentation (Jones et al., 2012).  

 

Stream reaches with lower slopes or higher temperatures tended to have lower O/E scores. The relationship with slope may be associated with the trends discussed previously, as steeper reaches are more able to flush away fine particles (Montgomery & Buffington, 1997).  Additionally low gradient sites tend to have more human disturbance. 

21 

 

Thus  these  sites are both vulnerable  to disturbance because of  their  low gradients, and  likely  to be  situated  in areas of high human disturbance. Temperature was negatively  correlated with O/E  scores. Higher  temperature sites did not support Expected (E) populations of benthic macroinvertebrates in the absence of disturbance. These findings  are  consistent  with  previous  studies  that  examined  the  effects  of  temperature  on  benthic macroinvertebrates (e.g., Burgmer et al., 2007). 

 

Finally, an  interesting correlation was observed between riparian ground cover and O/E scores. Sites with higher non‐woody ground cover  (grasses and herbaceous vegetation <0.5 m  in height) were associated with  lower O/E scores.  Moreover,  sites  with  higher  amounts  of  “barren  ground”  cover  (vegetation  <0.5  m  in  height)  were associated with higher O/E scores. Grass and riparian trees were inversely related. We infer that the sites with high non‐woody plant ground cover have more grasses and fewer riparian trees. Moreover, the sites with  less barren ground  (in  the  ground  cover  category,  i.e. <0.5 m  in height)  also have more  grass  and  fewer  riparian  trees.  In summary, areas with dense shrubs and trees cover had greater O/E scores then areas that were more open, sunny and  grassy.  Several  factors may explain  this  result. Open  areas  are more exposed  to  solar  radiation  and  cause greater stream temperatures than stream segments with shade created by riparian shrubs and trees. Thick riparian areas,  in  addition  to  providing  shade,  drop  leaf  litter  into  the  stream  supporting  the  base  of  the  benthic macroinvertebrate food web (Delong & Brusven, 1994). Also, the presence of grass may  indicate former pasture. Cattle and sheep grazing are  reported  for  their adverse effects on stream channels  (Trimble and Mendel, 1995; Belsky et al., 1999). These effects can persist for decades (Harding et al., 1998; Neff et al., 2005). It is possible that these sites have yet to recover from the impacts of over a century of grazing (now banned in the Basin).    

 

It  is worth noting that although nine habitat variables exhibited significant  (α=0.05) correlations with O/E scores (Table 3), a multi‐metric habitat  index might better reflect the multiple factors related the BMI assemblages and result in higher R2 values.  Multiple physical habitat factors influence BMIs (Barbour et al., 1999) and thus exploring the  influence  of  a  multiple  habitat  variables  at  once  could  be  more  informative  for  guiding  policy  and management.   Step‐wise or all‐possible multiple regression analysis are analytical methods that could be used  in the  future  to narrow  the  list of habitat variables  to  those  that explain most of  the variation  in O/E  scores  (i.e., identify those independent habitat variable that most consistently predict O/E scores).    

 

HABITAT CHARACTERISTICS OF “MARGINAL” SITES We  performed  further  habitat  analysis  for  sites with O/E  scores  in  the Marginal  (O/E<0.7)  range,  (Table  4)  to characterize  each  site  and  highlight  the  variables  that were most  descriptive  of  the  degraded  conditions  and possible causative stressors. The average of the values for the sites receiving Good and Excellent O/E scores are listed for comparison in Table 4. In the Marginal sites, we were able to identify possible causes for low O/E scores.  Photos of selected Marginal sites are included in Appendix III. 

 

Eleven of the 23 Marginal sites were located on the lower elevation reaches of the Trout Creek and Upper Truckee River watersheds. These sites, plus sites at Cascade Creek (634010110) and North Canyon Creek (08722‐030) had high  levels  of  fines,  sand  or  embeddedness,  and  bank  erosion. We  attribute  these  stressors  as  the  possible causative factors for the poor habitat conditions represented by the O/E scores. Most of the low gradient sites also had very open canopy conditions, with limited riparian shade, and the implication of limited localized allocthonous loading  (Delong & Brusven, 1994). However, high  levels of  fine  sediment/sand and open canopy  conditions are natural  features  of  low  gradient  streams  and  are  factors  that  the  RIVPACS model  does  not  accurately  assess.  However, the new California CSCI  is anticipated to do a better  job at evaluating  low gradient sites because more low gradient sites were used to develop the CSCI and the model uses more input parameters to determine a score for a site (R. Mazor, pers. comm, 2013). It will be helpful for TRPA to pay particular attention to the CSCI scores of low gradient sites  in the Tahoe Basin relative to the amount of  impact know about those sites as a way to gage how well the California statewide model performs for those sites. 

22 

 

 

The percentage of non‐woody plants in the <0.5 meter height ground cover category is an indication of grass and herbaceous cover.  Marginal sites had substantially higher grass cover than the average of the Good and Excellent O/E score sites  (Table 4). We suspect that sites with higher grass cover may be former pasture areas recovering from  the  sedimentation  and  channel  impacts  of  historical  overgrazing  as  discussed  earlier.  These  sites  also exhibited an open canopy cover because  they are  lower  in  the watershed, and  thus are  larger creeks, with  the broader floodplains characteristic of lower gradient reaches.  

 

Another group of sites with low O/E scores may be a result of a combination of sedimentation as described above (elevated sand and fines or substantial bank erosion) and very low flow conditions leading to poor habitat quality (Table 4). Most of these sites with low flow had good canopy cover (6 of 7 sites with canopy data). It is difficult to say, given  the sedimentation present,  if higher  flow  levels would have  improved O/E scores. The sites, with  the exception of Cascade Creek were all from watersheds on the drier east shore of Lake Tahoe. The eastern side of the Basin receives much less precipitation than the western side (Table 2).  

 

General Creek (634R10GNL) and Glen Alpine Creek (634009025) sites had  low O/E scores possibly resulting from low flow conditions and alteration of flow by beaver dams. Percentages of fines and sand were quite low at these sites, despite some bank erosion. The General Creek site was chosen as a reference site originally and in the 2003 assessment it had Excellent O/E scores. The fact that there has been no site disturbance or change since the 2003 sampling,  lends  support  to  the proposition  that  the  change  in discharge  led  to  the decline  in O/E  score  at  the General Creek (634R10GNL) site. At the Glen Alpine Creek (634009025) site, the low flow conditions may have led to elevated temperatures and low dissolved oxygen levels and resulted in a lower O/E score. 

 

Three sites appeared to be impacted for other reasons. A site on the Upper Truckee River (634010165) likely had a source of excess nutrients causing algal growth. Little signs of degradation could be found for the Logan Creek site (Tah3Logan‐1) and discharge data were not available for this site. As the North Fork Logan Creek had very low flow (Table 4), which  could be a  causative  factor  for  this  site as well. McKinney Creek  (634010103) had  low  canopy cover, and was relatively warmer with little evidence of sedimentation. 

 

Three  sites, not  in  the Marginal  categories  (Griff Creek  (63409040),  Trib  to Griff Creek  (63409024),  and  Lonely Gulch (63409075)) had low flow but reasonable O/E scores. One explanation for these sites is that they are small, narrow  creeks  (~1.5 m bankfull width)  as  compared  to 6m bankfull width  for  the General Creek  site  and Glen Alpine site. These sites had a smaller watershed area than the sites with large bankfull width and thus the RIVPACS model would  predict  fewer  BMI  taxa  and  the O/E  ratio would  be  higher  for  the  same  Observed  (O)  benthic macroinvertebrate results. 

 

Three sites had exceptionally high O/E scores (>1.3, Third Creek 08722‐028, First Creek 08722‐88, and Trout Creek 634R10TRT). Examination of habitat variables  for  the  sites  indicated  that  the “Excellent” condition classification was warranted. All three sites had low percentages of fines and sand, and high percentages of riparian canopy or dense cover of low canopy and shrubs (634R10TRT). All three sites had stream water with adequate depth (15‐29 cm), flow and cool temperatures. 

23 

 

TABLE 4. HABITAT VARIABLE ANALYSIS OF MARGINAL (O/E SCORE < 0.7) SITES. 

Site / Site Number O/E Score 

Discharge# (m3/s) 

Canopy Cover^  

NonWoody Gr.Cover  

Erod. Bank  

Vuln.  Bank  

Fines   Sand   Additional Factors Possible source of Degradation+ 

Avg  value  for  sites with O/E  of Good  or Excellent (>0.7) 

0.98  0.35  54  27.7  6  18  10.5  24    

Trout /050  0.34  0.57 0 86 0 0 39  60 FinesUpper Truckee /041  0.46  0.42 5 50 18 36 9  23 FinesUpper Truckee /114  0.5  0.55 7 64 14 50 10  60 13.7oC FinesTrout /061  0.59  0.46 46 54 4.5 14 17  20 38% fine gravel FinesUpper Truckee /141  0.61  0.99 0 75 23 50 3  36 14.2oC 29% hardpan Fines

Upper Truckee /017  0.61  0.18  65  5  0  18  3  16 10.6% slope 53% 

embed Fines 

Upper Truckee/013   0.62  1.47 1 50 0 59 25  30 14.4oC 22% fine gravel  FinesCascade/ 110  0.62  0.28 15 31 0 0 22  47 17.4oC Fines/TempUpper Truckee /053  0.62  0.19 41 56 14 27 4  15 39% embedded FinesUpper Truckee /085  0.63  0.08 9 33 32 45 16  48 FinesN Canyon /063  0.69  NA  29 85 NA NA 88  0 Fines

Slaughterhouse /111  0.47  0*  93 11 NA NA 86  8 Fines/FlowUnnamed /010  0.53  0.002 95 20 NA NA 44  56 Fines/FlowBurke/ 074  0.60  0.003 NA 85 NA NA 100  0 12.6oC Fines/FlowCascade /070  0.53  0.03 59 6 14 32 0  4 38% embedded Fines/FlowNFLogan/NFkLogan‐1  0.67  0.01 82 67 NA NA 30  54 Fines/FlowBurke /138  0.68  0*  94 0.0 NA NA 48  42 Fines/FlowMarlette /MarlTrib  0.69  0.015 76 76 NA NA 8  42 Fines/Flow

General /R10GNL  0.53  0.00 14 20 23 45 NA  10 FlowGlen Alpine Cr./ 025  0.67  0.02 40 24 0 50 17  7 DO: 3 mg/l 14.3oC Flow/TempLogan /Logan‐1  0.67  NA¥ 97 39 NA NA 4  24 Flow?McKinney /103  0.25  0.10 11 14 0 0 7  8 17.5oC Temp

Upper Truckee /165  0.55  0.18 7 44 0 32 NA  22 Algae‐ DO: 17 mg/l  Nutrients#Bolded numbers were greatly different than average values for Good and Excellent sites. ^ All values  in percent except for O/E scores and Discharge. *Too shallow to measure flow. NA indicates data not available. DO indicates Dissolved Oxygen. +Suspected cause of degradation: Flow = insufficient discharge; Fines = excess fines; Temp = high temperatures; Nutr. = excess nutrients. ¥While flow was not measured at Logan Creek, it is the suspected stressor as the wetted width was 58 cm and wetted depth 3.4 cm, and its tributary, the North Fork of Logan Creek, had low flow.  

24 

 

REGIONAL SUMMARY   Examining  the  entire Basin,  a  few  regional  trends were observed.  Figure 7  shows  the  four  regions of  the  Lake Tahoe Basin that are discussed below. 

 Figure 7. MAP OF LAKE TAHOE BASIN WITH COLOR‐CODED SYMBOLS RELATED TO CONDITION CATEGORIES BASED ON O/E SCORES. BOXES INDICATE REGIONS OF THE BASIN WHERE PATTERNS WERE OBSERVED (A – NORTH SHORE/INCLINE VILLAGE, B – EASTERN SHORE (NV), C – SOUTH SHORE (UPPER TRUCKEE RIVER AND TROUT CREEK), AND D‐ THE SOUTHWEST SHORE. 

 

25 

 

Starting on  the north  shore of  the  Lake  (Figure 7A), we uniformly observed O/E  scores  indicative of Good and Excellent conditions, despite adjacent urbanization  in the Incline Village area (Figure 8). We hypothesize that the high O/E scores in this region were a result of completely protected upper watersheds, riparian buffers with good canopy  cover  in  the  areas with  adjacent  urbanization,  and  steep  stream  gradients  right  up  to  the  lake which provide  the  ability  to  flush  out  fine  sediment  and  maintain  higher  quality  benthic  habitat  (Montgomery  & Buffington, 1997).  

 

 

Figure 8. GOOD AND EXCELLENT SITES ON  INCLINE, THIRD, WOOD AND GRIFF CREEK ON THE NORTH SHORE OF LAKE TAHOE. O/E SCORES SHOWN IN BOXES RELATIVE TO URBAN DEVELOPMENT, 2009 AND 2010. THIS REGION SHOWS EXCELLENT QUALITY DESPITE ADJACENT AND SIGNIFICANT URBANIZATION. GREEN CIRCLES DENOTE EXCELLENT AND BLUE CIRCLES DENOTE GOOD O/E SCORES. 

 

On the eastern shore of Lake Tahoe located within Nevada (Figure 7B) we observed high O/E scores close to lake level, and scores indicative of Marginal conditions (<0.7) at higher elevations on the same streams. All the sites in the region are located within forestland, with close to zero human disturbances. The forests have not been logged for several decades, although they were heavily grazed and  logged  in the 19th and first half of the 20th centuries (Leonard et al., 1979). For the Marginal sites on the eastern side of the Basin, we observed high levels of fines and sands, which can clog interstitial spaces, reducing habitat availability for benthic macroinvertebrates (Von Bertrab et al., 2013) This high  level of fine sediment reflects the parent material of highly erosive decomposed granite  in the eastern watersheds (USDA‐NRCS, 2007). However, the strongest stressor evident at these high elevation sites is very low stream flow levels. The east shore of Lake Tahoe receives lower precipitation than the rest of the basin (Table 2). If the creeks are intermittent at the upper elevations they will not support diverse or abundant aquatic communities. 

 

On the southern end of the Lake  the  trend  is reversed  (Figure 7C), with Excellent conditions  (O/E > 0.85)  in  the higher  elevation  sites  and Marginal  conditions on  the  large,  low‐gradient  stream  sites  (primarily on  the Upper Truckee  River  and  Trout  Creek)  close  to  lake  level  (Figure  9).  Further  south, Marginal  sites were  observed  in developed areas  in  the Meyers Flat area of  the Upper Truckee River  (Figure 10). These  sites at Meyers Flat, as described  in Table 5, are characterized by channel beds with sand and  fine particles,  low  riparian canopy cover percentages, and a high percentage of non‐woody, grass  cover.   The Meyers Flat  sites also have high  levels of 

26 

 

adjacent urbanization. The rivers and  floodplains of  this area have been altered  to accommodate bridges, roads and  houses,  for  grazing  purposes  as  mentioned  earlier,  and  for  the  South  Lake  Tahoe  Airport.  In  general, calculating  benthic  indices of  ecological  condition  for  low  gradient  reaches  can  be problematic  because of  the often  high  level  of  human  disturbance  and  lack  of  low  gradient  undisturbed  reference  sites  (Fore,  2007). Additionally,  low gradient rivers naturally tend to have more sand and fines and fewer oxygen‐generating riffles, even without human disturbance, creating conditions  for  lower a diversity of benthic macroinvertebrates  (Doisy and Rabeni, 2001).  

 

 FIGURE 9. LOW GRADIENT REACHES OF UPPER TRUCKEE RIVER AND TROUT CREEK IN THE SOUTH SHORE OF LAKE TAHOE WITH MARGINAL CONDITIONS. O/E SCORES IN BOXES. IMPERVIOUS SURFACE FROM TRPA 2010 LAYER. 

 

 

 FIGURE 10. MARGINAL CONDITIONS ON THE UPPER TRUCKEE RIVER ALONG MEYERS  FLAT. O/E SCORES SHOWN  IN BOXES.  IMPERVIOUS SURFACE FROM TRPA 2010 LAYER. MARGINAL CONDITION INDICATED BY RED CIRCLE, GOOD CONDITION BY BLUE CIRCLE AND EXCELLENT BY GREEN CIRCLE. 

 

27 

 

The western shore of Lake Tahoe appears to have Good and Excellent conditions with four exceptions, all  in the southwest  (Figure  7D).  A  site  on  General  Creek  (634R10GNL)  had  a  decline  in  O/E  score  compared  to  2003, evidently resulting from low flow conditions in 2010. The other three southwest sites that had low O/E scores all had high stream temperatures. A site on McKinney Creek (634010103) appears to have low canopy cover and very high water temperature. A site on Glen Alpine Creek (634009025) had low flow and high temperatures despite a 40% canopy cover. A site on Cascade Creek (634009070)  in addition to having high water temperature, had high levels of bank erosion and channel bed materials embedded in fines. The southwest part of the Basin is glaciated granitic  terrain.  It  is  possible  the  overall  stream  shading  is  low  from  lack  of  tree  cover  on  the many  granitic outcrops.   

 

CALIFORNIA STATEWIDE MODEL The  State  of  California  is  currently  in  the  final  stages  of  developing  a  new  tool  to  analyze  benthic macroinvertebrate data for bioassessment purposes.  This new tool is called the California Stream Condition Index (CSCI)  and will  calculate  both O/E  scores  based  on  a  California  statewide  RIVPACS model  and  predictive MMI (pMMI) scores (R. Mazor, pers. comm., 2013).   The O/E and pMMI scores will both be on a scale of 0‐1, so the final stream condition index (or CSCI) will be calculated by taking the average of the O/E and pMMI scores.  The State will provide documentation on how  to use  these new  tools once  they  are publicly  available.   Contact Raphael Mazor  (Southern  California  Coastal  Water  Research  Project  ‐  [email protected]),  Peter  Ode ([email protected]) or Andrew Rehn (CDFW ABL ‐ [email protected]) for more information. 

SUMMARY  

RIVPACS O/E scores were assigned to 85 stream sites within the Lake Tahoe Basin.  48 sites (56%) scored in the Excellent category, 15 sites (18%) in the Good condition, and 24 (26%) Marginal. Thus 74% of the sites in the basin were in Good or Excellent condition. 

O/E scores  in 2009‐2010 were compared with a pilot study performed  in 2003. Eleven sites were found that had been sampled during both time periods.  A paired t‐test indicated no significant differences between the 12 sites sampled in 2003 and nearby sites sampled in 2009‐2010 (p‐value = 0.92). 

Impervious surface cover was calculated as a measure of urbanization and was calculated at  the watershed scale and within a 1‐km radius extracted from the watershed upstream of each site.  Impervious surface was not  found  to be correlated with O/E score. Although some urbanized parts of  the Basin such as South Lake Tahoe had degraded water quality in urban areas, there were also regions such as Incline Village on the north shore with Good conditions  in urban areas, and regions such as the east shore, where poor conditions were observed in non‐urban areas. This is different than the findings of many scientific studies linking degradation of water quality with  increased  impervious area. The overall  impervious surface of Lake Tahoe Basin sites  is extremely  low, perhaps below the threshold at which  impacts are observed. Also  it was observed that many factors lead to stream degradation in the Basin besides the level of urbanization.   

Seventy‐seven habitat variables were collected for each site. Significant positive correlations between habitat variables and O/E score were observed  for dissolved oxygen,  riffle habitat,  fish cover provided by boulders, barren  ground  cover  (implying  greater  canopy  cover),  small  and  large  boulders,  and  slope.  Negative correlations  were  found  for  glide  and  pool  habitat,  nonwoody  plant  cover  (grass  and  herbs),  fines  and temperature. Correlation coefficients were not high because of the high variability between sites and diversity of factors affecting stream condition. A multimetric habitat index or multiple linear regression approach would provide greater predictive ability.  

Habitat  variables  for  sites  scoring  in  the Marginal  categories were  examined  closely  to determine possible stressors leading to the impaired conditions. It was observed that a group of sites on the larger rivers in South Lake  Tahoe were  impacted  by  sedimentation  and  bank  erosion.  A  group  of  sites  on  the  east  shore were affected by  low  flows  and  sedimentation. On  the  southwest  shore,  a group of  sites were  affected by high stream temperatures. 

28 

 

Four regions were observed around the Lake with characteristic conditions. O/E scores were high on the north shore  of  the  Lake  despite  urbanization  at  lake  level.  It was  thought  that  steep  stream  gradients,  riparian buffers and intact canopies created favorable conditions.  On the east shore, O/E values were high at lake level and  worse  at  upper  elevations.    Upper  elevations  were  thought  to  be  degraded  from  low  flows  and sedimentation  from  legacy  land uses  (pasture). On  the  south  shore,  the  trend was  reversed with Excellent conditions at upper elevations and Marginal conditions on larger rivers with lower gradients. The larger rivers were affected by sedimentation. This was attributed  to  intact  forest riparian cover at upper elevations, and channel modification and historic grazing at lower elevations. Low gradient reaches are less able to flush out sand  and  fines  to  maintain  good  benthic  habitat.  The  northwest  had  uniformly  good  conditions.  The southwest had several streams affected by high temperatures, with one affected by low flow. It was proposed that low forest cover over glacial outcrops may have led to increased solar heating.  

The  RIVPACS  method  for  evaluating  benthic  invertebrate  data,  in  conjunction  with  detailed  habitat assessment  according  to  SWAMP  protocols,  appears  to  be  a  powerful  method  for  determining  stream ecological condition in the Lake Tahoe Basin. 

 

RECOMMENDATIONS Based on the findings of this study we recommend the following: 

For  future statistical analysis  it  is more  important  to  resample  the same sites multiple  times  instead of sampling randomly selected status sites each year.  We recommend that all of the sites sampled become permanent sites. 

Once  the  CSCI  scores  are  acquired  for  the  Tahoe  sites  (data  for  2009,  2010,  and  2011  have  been submitted) we recommend that TRPA use the analysis methods described in this report to analyze those scores. 

 

ACKNOWLEDGEMENTS  We  thank  the  following  individuals  for  their assistance  in  this project:  Shane Romsos and Beth Vollmer  (Tahoe Regional  Planning  Agency),  Nicole  Shaw  (Tahoe  Environmental  Research  Center),  Raphael  Mazor  (Southern California Coastal Water Research Project), Peter Ode,  James Harrington,  and Andrew Rehn  (CDFW ABL), Chad Praul, P.E. (Environmental Incentives, LLC), Thomas Suk (Lahontan RWQCB), Leska Fore (Statistical Design), Joseph Furnish (USFS), Chuck Hawkins (Utah State University), and Marianne Denton (NDEP).     

   

29 

 

LITERATURE CITED  Barbour, M.T., J. Gerritsen, B.D. Snyder, and J.B. Stribling. 1999. Rapid bioassessment protocols for use in streams 

and wadeable rivers: periphyton, benthic macroinvertebrates, and fish (Second Edition). EPA⁄841‐B‐99‐002. U.S. Environmental Protection Agency, Office of Water. Washington, D.C.  

Belsky A. J., A. Matzke, and S. Uselman, 1999. Survey of livestock influences on stream and riparian ecosystems in the western United States. Journal of Soil and Water Conservation. 54(1): 419‐431  Bonada, N., N. Prat, V.H. Resh, and B. Statzner. 2006. Developments in aquatic insect biomonitoring: comparative analysis of recent approaches. Annual Review of Entomology 51:495‐523.  

Booth, D.B.  2005. Challenges and prospects for restoring urban streams: a perspective from the Pacific Northwest of North America. Journal of the North American Benthological Society 24:724–737.  Booth, D. B. and C.R. Jackson. 1997. Urbanization of aquatic systems: degradation thresholds, stormwater detection, and the limits of mitigation. Journal of the American Water Resources Association 33: 1077–1090. doi: 10.1111/j.1752‐1688.1997.tb04126.x  Brabec, E., S. Schulte, and P.L. Richards. 2002. Impervious surfaces and water quality: a review of current literature and its implications for watershed planning. Journal of Planning Literature 16(4):499‐514.  Brown, A.V. and P.P. Brussock. 1991. Comparisons of benthic invertebrates between riffles and pools. Hydrobiologia 220:99‐108.  Burgmer,  T.,  H.  Hillebrand,  and M.  Pfenninger.  2007.  Effects  of  climate‐driven  temperature  changes  on  the diversity of freshwater macroinvertebrates. Oecologia 151(1):93‐103.  Cuffney, T.F., R.A. Brightbill, J.T. May, and I.R. Waite. 2010. Responses of benthic macroinvertebrates to environmental changes associated with urbanization in nine metropolitan areas. Ecological Applications 20:1384–1401.  Delong, M.D. and M.A. Brusven. 1994. Allochthonous input of organic matter from different riparian habitats of an agriculturally impacted stream. Environmental Management 18(1):59‐71.  Doisy, K.E. and C.F. Rabeni. 2001. Flow conditions, benthic food resources, and invertebrate community composition in a low‐gradient stream in Missouri. Journal of the North American Benthological Society 20(1):17‐32.  Fore, L. S. 2007. Development and Testing of Biomonitoring Tools for Stream Macroinvertebrates in the Lake Tahoe Basin. Final report to USDA‐Forest Service, Lake Tahoe Basin Management Unit, South Lake Tahoe, CA.  Furnish, J. 2013. 2012 Annual Report on the Monitoring of Aquatic Management Indicator Species (MIS) in the National Forests of the Sierra Nevada Province: 2009‐2012.  Draft report for the US Forest Service, Pacific Southwest Region.  Gerth, W.J. and A.T. Herlihy. 2006. The effect of sampling different habitat types in regional macroinvertebrate bioassessment surveys. Journal of the North American Benthological Society 25: 501‐512.  Jones, J.I., J.F. Murphy, A.L. Collins, D.A. Sear, P.S. Naden, and P.D. Armitage. 2012. The impact of fine sediment on macro‐invertebrates. River Research and Applications 28:1055‐1071. 

30 

 

 Harding, J.S., E.F. Benfield, P.V. Bolstad, G.S. Helfman, and E.B.D. Jones III.  1998. Stream biodiversity: The ghost of land use past. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 14843–14847  Hawkins, C.P., R.H. Norris, J.N. Hogue, and J.W. Feminella. 2000. Development and evaluation of predictive models for measuring the biological integrity of streams. Ecological Applications 10:1456–1477.  Herbst, D.B. and E.L. Silldorff. 2006. Comparison of the performance of different bioassessment methods: similar evaluations of biotic integrity from separate programs and procedures. Journal of the North American Benthological Society 25:513–530.  Karr, J.R. 1998. Rivers as sentinels: using the biology of rivers to guide landscape management. River Ecology and Management: Lessons from the Pacific Coastal Ecosystem (Eds. R. J. Naiman & R. E. Bilby), pp. 502‐528. Springer, NY.  Karr, J. R. and E.W. Chu. 1999. Restoring Life in Running Waters: Better Biological Monitoring. Island Press, Washington, DC.  Lenat,  D.R.,  and  V.H.  Resh.  2001.  Taxonomy  and  stream  ecology  –  the  benefits  of  genus‐  and  species‐level identifications. Journal of North American Benthological Society 20(2):287‐298. 

 

Leonard, R.L., L.A. Kaplan, J.F.  Elder, R.N. Coats, and C.R. Goldman. 1979. Nutrient transport in surface runoff from a subalpine watershed, Lake Tahoe basin, California. Ecological Monograph 49:281‐310. 

 Merritt, R.W., K.W. Cummins, and M.B. Berg (eds). 2008. An introduction to the aquatic insects of North America. 4th Ed., Kendall/Hunt Publishing Co., Dubuque, Iowa.  Montgomery, D.R., and J.M. Buffington.  1997. Channel‐reach morphology in mountain drainage basins. Geological Society of America Bulletin 109:596–611.  Neff, J.C., R.L. Reynolds, J. Belnap, and P. Lamothe. 2005. Multi‐decadal impacts of grazing on soil physical and biogeochemical properties in southeast Utah. Ecological Applications. 15(1): 87‐95.  Ode, P. 2007. SWAMP bioassessment procedures: standard operating procedures for collecting benthic macroinvertebrate samples and associated physical and chemical data for ambient bioassessments in California. Aquatic Bioassessment Laboratory, Rancho Cordova, CA. http://www.swrcb.ca.gov/water_issues/programs/swamp/docs/phab_sopr6.pdf. Accessed 5/15/2012  Olsen, A. R., J. Sedransk, D. Edwards, C.A. Gotway, W. Liggett, S. Rathbun, K.H. Reckhow, L.J. and Young. 1999. Statistical issues for monitoring ecological and natural resources in the United States. Environmental Monitoring and Assessment 54:1‐45.  Paulsen, S. G., R. M. Hughes, and D. P. Larsen. 1998. Critical elements in describing and understanding our nation’s aquatic resources. Journal of the American Water Resources Association 34:995‐1005.  Resh, V.H. 2008. Which group is best? Attributes of different biological assemblages used in freshwater biomonitoring programs. Environmental Monitoring and Assessment 138:131‐138.  

Resh, V.H., L.A. Beche, J.E. Lawrence, R.D. Mazor, E.P McElravy, A.P. O’Dowd, D. Rudnick, and S.M. Carlson. 2012. Long‐term population and community patterns of benthic macroinvertebrates and fishes in Northern California Mediterranean‐climate streams. Hydrobiologia, doi: 10.1007/s10750‐012‐1373‐9. 

31 

 

 

Rehn, A. C., P. R. Ode, and J.T. May. 2005. Development of a benthic index of biotic integrity (B‐IBI) for wadeable streams in northern coastal California and its application to regional 305(b) reporting. Unpublished technical report for the California State Water Quality Control Board. www.swrcb.ca.gov/swamp/docs/northc1.pdf.  

 

Rehn, A. C., P. R. Ode, C. P. Hawkins. 2007. Comparisons of targeted riffle and reach‐wide benthic macroinvertebrate samples: implications for data sharing in stream condition assessments. Journal of the North American Benthological Society 26(2):332‐348. 

 Richards, A. B. and D. C. Rogers. 2006. List of freshwater macroinvertebrate taxa from California and adjacent states including and standard taxonomic effort levels. Southwest Association of Freshwater Invertebrate Taxonomists (SAFIT). www.safit.org/Docs/ste_list.pdf  Accessed 8/7/2012.  Rosenberg, D.M. and V.H. Resh (Eds). 1993. Freshwater biomonitoring and benthic macroinvertebrates. Chapman and Hall, Inc., New York, New York.  Schueler, T. R. 1994. The importance of imperviousness. Watershed Protection Techniques 1:73–75.  

Trimble, S.W. and A. C. Mendel. 1995. The cow as a geomorphic agent — A critical review. Geomorphology 13: 233‐

253.  

TRPA (Tahoe Regional Planning Agency). 2009. Tahoe Status and Trend Monitoring and Evaluation Program Manual. Version 1.0. Originally prepared by Environmental Incentives, LLC for the Tahoe Regional Planning Agency. Stateline, NV.  TRPA (Tahoe Regional Planning Agency). 2010a. Restoration in progress: environmental improvement program update: planning horizon through 2018. Stateline, NV. http://www.trpa.org/documents/docdwnlds/EIP/Update/EIP_Update_Pgs_1‐45.pdf  and http://www.trpa.org/documents/docdwnlds/EIP/Update/EIP_Update_Pgs_46‐end.pdf. Accessed 8/6/2012  TRPA (Tahoe Regional Planning Agency). 2010b. Draft Status and Trend Monitoring and Evaluation Plan for Assessing Stream Conditions in the Lake Tahoe Basin.   

TRPA  (Tahoe  Regional  Planning  Agency).  2012.  Tahoe  Regional  Planning  Agency  Regional  Plan.  Stateline,  NV. http://www.trpa.org/wp‐content/uploads/Regional_Plan_Goals_Policies_Final‐2012‐12‐12.pdf 

 USDA‐NRCS (United States Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service). 2007. Soil survey of the Tahoe Basin Area, California and Nevada. http://soils.usda.gov/survey/printed_surveys/ Accessed on February 23, 2013.  USEPA (United States Environmental Protection Agency). 2006. Aquatic resources monitoring web site. www.epa.gov/nheerl/arm Accessed August 6, 2012.  Von Bertrab, M.G., A. Krein, S. Stendera, F. Thielen, and D. Hering. 2013. Is fine sediment deposition a main driver for the composition of benthic macroinvertebrate assemblages? Ecological Indicators 24:589‐598.  

Wang, L., L.J. Lyons, P. Kanehl, and R. Gatti. 1997. Influences of watershed land use on habitat quality and biotic 

integrity in Wisconsin streams. Fisheries 22(6):6‐12.  

32 

 

Western Center for Monitoring & Assessment of Freshwater Ecosystems. Predictive Models Primer. URL: http://www.cnr.usu.edu/wmc/htm/predictive‐models/predictive‐models‐primer  Accessed July 5, 2013.  Wolman, M.G. 1954. A Method of Sampling Coarse River‐Bed Material. Transactions of the American Geophysical Union 35(6):951–956.  Wright, J.F. 1994. Development of RIVPACS in the UK and the value of the underlying data‐base. Limnética 10(1):15‐31.  Yoder, C.O. and E.T. Rankin, 1995. Biological response signatures and the area of degradation value: New tools for interpreting multimetric data. In: Biological assessment and criteria: Tools for water resource planning and decision making, W. Davis, and T. Simon (eds). Lewis Publishers, Boca Raton, Florida, pp. 263‐286. 

   

33 

 

APPENDICES  

APPENDIX I: ATTRIBUTE TABLE OF THE EIGHTY‐FIVE SITES SAMPLED IN THE LAKE TAHOE BASIN IN 2009 AND 2010. ‘REF’ INDICATES REFERENCE SITES. 

Site ID*  Waterbody Name Agency (State) 

Date sampled  Latitude  Longitude 

634R10BMW  Big Meadow Creek (ref)  TRPA (CA)  8/12/2010  38.77979  ‐119.9982 

634R10GNL  General Creek  (ref)  TRPA (CA)  8/17/2010  39.03003  ‐120.16003 

634R10SAX  Saxon Creek  (ref)  TRPA (CA)  7/1/2010  38.8575  ‐119.98592 

634R10TRT  Trout Creek (ref)  TRPA (CA)  7/7/2010  38.8546  ‐119.93976 

634R10UTR  Upper Truckee River (ref)  TRPA (CA)  9/8/2010  38.77929  ‐120.02834 

CAT08722‐013  Upper Truckee River  TRPA (CA)  7/30/2009  38.881427  ‐119.99828 

CAT08722‐017  Upper Truckee River  TRPA (CA)  8/5/2009  38.753293  ‐120.028038 

CAT08722‐018**  Grass Lake Creek  TRPA (CA)  9/1/2009  38.796565  ‐119.983644 

CAT08722‐021  Upper Truckee River  TRPA (CA)  7/23/2009  38.822495  ‐120.020192 

CAT08722‐023  McKinney Creek  TRPA (CA)  8/17/2009  39.065693  ‐120.146568 

CAT08722‐024  Unnamed  TRPA (CA)  7/29/2009  39.257892  ‐120.013288 

CAT08722‐025  Glen Alpine Creek  TRPA (CA)  8/18/2009  38.875481  ‐120.083476 

CAT08722‐033  Unnamed  TRPA (CA)  8/4/2009  38.763732  ‐120.015882 

CAT08722‐038  Cascade Creek  TRPA (CA)  8/10/2009  38.927314  ‐120.106425 

CAT08722‐039  Madden Creek  TRPA (CA)  8/13/2009  39.089136  ‐120.165736 

CAT08722‐040  Griff Creek  TRPA (CA)  7/28/2009  39.250641  ‐120.031554 

CAT08722‐041  Upper Truckee River  TRPA (CA)  8/12/2009  38.859614  ‐120.026852 

CAT08722‐042  Cold Creek  TRPA (CA)  8/6/2009  38.90786  ‐119.958649 

CAT08722‐049**  Upper Truckee River  TRPA (CA)  9/2/2009  38.7803  ‐120.02855 

CAT08722‐050**  Trout Creek  TRPA (CA)  8/27/2009  38.936635  ‐119.991903 

CAT08722‐053  Upper Truckee River  TRPA (CA)  8/11/2009  38.807434  ‐120.017092 

CAT08722‐054  Cold Creek  TRPA (CA)  8/21/2009  38.899091  ‐119.90403 

CAT08722‐055  Meeks Creek  TRPA (CA)  8/25/2009  39.005762  ‐120.164983 

CAT08722‐058  Cold Creek  TRPA (CA)  8/19/2009  38.898493  ‐119.92051 

CAT08722‐061  Trout Creek  TRPA (CA)  8/3/2009  38.884459  ‐119.977805 

CAT08722‐070  Cascade Creek  TRPA (CA)  9/3/2009  38.951131  ‐120.08044 

CAT08722‐075  Lonely Gulch Creek  TRPA (CA)  8/31/2009  39.01969  ‐120.119285 

CAT08722‐085  Upper Truckee River  TRPA (CA)  8/29/2009  38.829907  ‐120.019649 

CAT08722‐087  Quail Creek  TRPA (CA)  8/24/2009  39.075779  ‐120.152675 

CAT08722‐090**  Cold Creek  TRPA (CA)  8/18/2010  38.90838  ‐119.96027 

CAT08722‐103  Mckinney Creek  TRPA (CA)  6/29/2010  39.04391  ‐120.18303 

CAT08722‐104  Grift Creek  TRPA (CA)  8/5/2010  39.23851  ‐120.03065 

CAT08722‐105  Osgood Creek  TRPA (CA)  6/30/2010  38.85433  ‐120.03468 

CAT08722‐109  Saxon Creek  TRPA (CA)  7/22/2010  38.84889  ‐119.98768 

34 

 

Site ID*  Waterbody Name Agency (State) 

Date sampled  Latitude  Longitude 

CAT08722‐110  Cascade Creek  TRPA (CA)  7/27/2010  38.92223  ‐120.11441 

CAT08722‐113  Upper Truckee River  TRPA (CA)  8/10/2010  38.71745  ‐120.00666 

CAT08722‐114  Upper Truckee River  TRPA (CA)  8/24/2010  38.92193  ‐119.98848 

CAT08722‐117  Upper Truckee River  TRPA (CA)  7/26/2010  38.81871  ‐120.01887 

CAT08722‐119  Meeks Creek  TRPA (CA)  7/20/2010  39.01967  ‐120.14709 

CAT08722‐122  Heavenly Valley Creek  TRPA (CA)  6/22/2010  38.91724  ‐119.94593 

CAT08722‐123  Ward Creek  TRPA (CA)  9/2/2010  39.1327  ‐120.15781 

CAT08722‐125  Trout Creek  TRPA (CA)  7/6/2010  38.87902  ‐119.98085 

CAT08722‐133**  Echo Creek  TRPA (CA)  7/21/2010  38.84208  ‐120.03818 

CAT08722‐134**  Rubicon Creek  TRPA (CA)  6/24/2010  38.98923  ‐120.10772 

CAT08722‐136  Watson Creek  TRPA (CA)  8/25/2010  39.21944  ‐120.09324 

CAT08722‐139  Lonely Gulch Creek  TRPA (CA)  6/21/2010  39.01618  ‐120.12245 

CAT08722‐141  Upper Truckee River  TRPA (CA)  7/29/2010  38.89151  ‐119.99315 

CAT08722‐143  Ward Creek  TRPA (CA)  7/19/2010  39.13057  ‐120.22485 

CAT08722‐145  Upper Truckee River  TRPA (CA)  8/3/2010  38.76539  ‐120.03040 

CAT08722‐151  Quail Creek  TRPA (CA)  6/28/2010  39.07126  ‐120.15467 

CAT08722‐153  Angora Creek  TRPA (CA)  6/23/2010  38.88142  ‐120.03544 

CAT08722‐155  Burton Creek  TRPA (CA)  8/26/2010  39.20423  ‐120.16278 

CAT08722‐161  Upper Truckee River  TRPA (CA)  8/16/2010  38.78562  ‐120.01859 

CAT08722‐165  Upper Truckee River  TRPA (CA)  8/31/2010  38.8036  ‐120.01621 

p‐TACHAT08722‐010  Unnamed Tahoe Creek  NDEP (NV)  7/16/2009  38.961442  ‐119.92057 

p‐TACHAT08722‐012**  3rd Creek ‐ Mt. Rose  NDEP (NV)  7/24/2009  39.28863  ‐119.934259 

p‐TACHAT08722‐016  Incline Creek   NDEP (NV)  7/21/2009  39.249417  ‐119.93352 

p‐TACHAT08722‐028  3rd Creek @ Mountain Golf Course   NDEP (NV)  7/23/2009  39.266759  ‐119.946488 

p‐TACHAT08722‐032  Incline Creek   NDEP (NV)  7/22/2009  39.247308  ‐119.936653 

p‐TACHAT08722‐036  Logan House Creek   NDEP (NV)  7/27/2009  39.066105  ‐119.934114 

p‐TACHAT08722‐044**  3rd Creek   NDEP (NV)  7/23/2009  39.25641  ‐119.942203 

p‐TACHAT08722‐047  Secret Harbor Creek   NDEP (NV)  7/20/2009  39.139575  ‐119.92432 

p‐TACHAT08722‐052  Glenbrook Creek   NDEP (NV)  7/14/2009  39.087756  ‐119.935123 

p‐TACHAT08722‐056  Incline Creek Headwater   NDEP (NV)  7/28/2009  39.282843  ‐119.921032 

p‐TACHAT08722‐060  Unnamed Creek by Fairview Blvd   NDEP (NV)  8/3/2009  39.263879  ‐119.938139 

p‐TACHAT08722‐063  North Canyon   NDEP (NV)  7/30/2009  39.109287  ‐119.916893 

p‐TACHAT08722‐074  Burke Creek   NDEP (NV)  8/4/2009  38.97255  ‐119.939706 

p‐TACHAT08722‐076  Unnamed Tahoe Creek  NDEP (NV)  6/23/2010  39.277904  ‐119.941259 

p‐TACHAT08722‐080  Incline Creek  NDEP (NV)  6/25/2010  39.24508  ‐119.93926 

p‐TACHAT08722‐084  Zephyr Creek  NDEP (NV)  7/8/2010  39.01637  ‐119.9336 

p‐TACHAT08722‐088  First Creek  NDEP (NV)  6/24/2010  39.25827  ‐119.98603 

p‐TACHAT08722‐092  Wood Creek  NDEP (NV)  6/22/2010  39.26905  ‐119.96555 

p‐TACHAT08722‐096  Rosewood Creek  NDEP (NV)  7/7/2010  39.24738  ‐119.94465 

p‐TACHAT08722‐100  North Logan House Creek  NDEP (NV)  6/28/2010  39.06861  ‐119.94049 

35 

 

Site ID*  Waterbody Name Agency (State) 

Date sampled  Latitude  Longitude 

p‐TACHAT08722‐108**  Deer Creek  NDEP (NV)  6/29/2010  39.25701  119.94044 

p‐TACHAT08722‐111  Slaugherhouse Creek  NDEP (NV)  7/13/2010  39.1241  ‐119.91155 

p‐TACHAT08722‐112  Wood Creek  NDEP (NV)  7/1/2010  39.24657  ‐119.95778 

p‐TACHAT08722‐124  Rosewood Creek  NDEP (NV)  6/30/2010  39.25551  ‐119.94968 

p‐TACHAT08722‐138  Burke Creek  NDEP (NV)  7/6/2010  38.98018  ‐119.91818 

p‐TACHAT08722‐140  Third Creek  NDEP (NV)  7/5/2010  39.276619  ‐119.947277 

p‐TACHAT08722‐152  Second Creek  NDEP (NV)  7/9/2010  39.25549  ‐119.97428 

TAH03GlenBk‐1  Glenbrook Creek Trib. Upper   NDEP (NV)  7/22/2009  39.0758981  ‐119.89900 

TAH03Logan‐1  Logan House Upper   NDEP (NV)  7/20/2009  39.05579  ‐119.91100 

TAH03MarlTrib‐1**  Unnamed Trib to Marlette Lake   NDEP (NV)  7/31/2009  39.160889  ‐119.897905 

TAH03NFKLogan‐1  NF Logan House   NDEP (NV)  7/13/2009  39.072731  ‐119.919112 

*The last 3 digits of the Site ID is used in Fig 1 and Tables 4 & 6. **Duplicate sample taken at this site.  O/E values at these sites were calculated by taking the mean of the primary and duplicate samples. 

 

   

36 

 

APPENDIX II:  A STEP‐BY‐STEP GUIDE FOR USING THE RIVPACS MODEL TO CALCULATE O/E SCORES  In preparation for running the RIVPACS model, the ‘Predictive Models Primer’ on Utah State University’s Western Center for Monitoring & Assessment of Freshwater Ecosystems website (http://cnr.usu.edu/wmc/htm/predictive‐models/predictive‐models‐primer) should be read to gain a more in‐depth understanding of how RIVPACS works.    

STEP 1 – COMPILATION AND ORGANIZATION OF BENTHIC MACROINVERTEBRATE DATA First,  all  of  the  benthic macroinvertebrate  data  for  this  study  were  compiled  into  a  single  spreadsheet.  This required re‐formatting data from two different entities (TRPA and NDEP) into a single file.  The file was formatted with  the  samples  as  row headers  and  the  sample  attributes  as  column headers.    In  this  format, each  row had information about a single taxon from a single sample.   Therefore each sample had as many rows as number of taxa that were collected in that sample.   In  the compilation of data  from TRPA and NDEP, an effort was made  to retain as much  information about each sample as possible from each source (e.g.,  sample date, stream name, latitude, longitude, “sampling agency, etc.), but the three fields that were absolutely required to run RIVPACS were:  1) the unique name of the sample (e.g., ‘SampleID’ or  ‘ActivityID’ –  this  is different  from  the  ‘StationID’ because some sites will have multiple  replicates collected); 2) a field that includes the standard taxonomic effort (ste) level such as genus or species (e.g., ‘FinalID’ or ‘Characteristic’); and 3) the number of organisms of that taxon in the sample (e.g., ‘BAResult’ or ‘Results Value’).  Common  fields  (sometimes with  different  names)  from  each  data  source were matched  and  given  a  common column header (Table A). See Table B for an example of this format.  

Table A. Fields matched between NDEP and TRPA data sets 

NDEP field name  TRPA field name Combined dataset field name 

StationID StationCode StationCode

ActivityStartDate  SampleDate SampleDate

ActivityID  SampleID SampleID

Characteristic  FinalID FinalID

ResultsValue  BAResult BAResult

Site_Name  LabSampleID LabSampleID

37 

 

Table B. Example of spreadsheet that combines data from two sources (NDEP and TRPA). 

StationID  SampleDate  AgencyCode Replicate SampleID FinalID  BAResult StreamName

NDEP09M001  7/28/2009  NDEP  1 p‐TAHCAT08722‐056 Ameletus  2 Incline Creek

NDEP09M001  7/28/2009  NDEP  1 p‐TAHCAT08722‐056 Apatania  2 Incline Creek

NDEP09M001  7/28/2009  NDEP  1 p‐TAHCAT08722‐056 Baetis bicaudatus 3 Incline Creek

NDEP09M001  7/28/2009  NDEP  1 p‐TAHCAT08722‐056 Baetis tricaudatus 1 Incline Creek

NDEP09M002  8/3/2009  NDEP  1 p‐TAHCAT08722‐056 Ephydridae 12 Logan House Creek

NDEP09M002  8/3/2009  NDEP  1 p‐TAHCAT08722‐056 Empididae. 2 Logan House Creek

NDEP09M002  8/3/2009  NDEP  1 p‐TAHCAT08722‐056 Ferrissia  31 Logan House Creek

NDEP09M002  8/3/2009  NDEP  1 p‐TAHCAT08722‐056 Helicopsyche 10 Logan House Creek

NDEP09M002  8/3/2009  NDEP  1 p‐TAHCAT08722‐056 Helodon  1 Logan House Creek

634009018  9/1/2009  TRPA  1 CAT08722‐018 Serratella teresa 137

634009018  9/1/2009  TRPA  1 CAT08722‐018 Simulium. 21

634009018  9/1/2009  TRPA  1 CAT08722‐018 Turbellaria 3

634009018  9/1/2009  TRPA  1 CAT08722‐018 Ephydridae 46

634009018  9/1/2009  TRPA  2 CAT08722‐018_Dup  Hygrobates 4

634009018  9/1/2009  TRPA  2 CAT08722‐018_Dup Lebertia  19

634009018  9/1/2009  TRPA  2 CAT08722‐018_Dup Sperchon  2

634009018  9/1/2009  TRPA  2 CAT08722‐018_Dup Sperchonopsis 1

  Legend StationID =   the sampling site location name SampleDate =   the date the sample was collected AgencyCode =   the agency that collected the data Replicate =  the replicate number (1 indicates the first sample taken at that site, 2 indicates a duplicate sample at the same site) SampleID =  the unique identification name for the sample collected (a site can have multiple samples take) FinalID = the standard taxonomic level effort for the taxa collected BAResult=  the number of individuals collected of that corresponding taxa in the same row StreamName =  the name of the waterbody where the sample was collected

 

38 

 

STEP 2 – MATCHING OPERATIONAL TAXONOMIC UNITS (OTUS) Once all of  the benthic macroinvertebrate data were compiled  into a single Microsoft Excel spreadsheet  (called ‘combined.xls’) and formatted as described above, the standard taxonomic effort identification (in this case ‘Final ID’) column was matched with the proper Operational Taxonomic Unit or OTU (‘OTUName2’ to run the no midge model) in a file from the California Department of Fish & Game (Contact Andy Rehn; [email protected] for an updated version of the OTU file).    Microsoft  Access  was  used  to  initially  match  the  taxa  with  identical  names  in  the  FinalID  column  from  the combined spreadsheet with the OTU names.   In order to do this, the combined NDEP/TRPA spreadsheet and the OTU spreadsheet were separately  imported  into Microsoft Access (the  ‘External Data’ tab  in Access was used to get to the ‘Excel’ icon to import the excel spreadsheet).  The combined table initially included 445 unique FinalID taxonomic names.  Next, a  ‘Make Table Query’ was created  in Access (by going to the  ‘Create’ tab and then ‘Query Design’ button).   The  ‘combined’  and  ‘OTUs’  tables were  added  to  the Query.    A  relationship was  created  between  the  fields ‘FinalID’  in the combined table and  ‘OTUName2’  in the OTUs table.   A  ‘Make Table’ query was selected and the new table was named ‘OTUmatch.’  The Make Table query included the fields and criteria listed in Table C.  

Table C. Make Table query format to automatically match OTU names. 

Field:  FinalID  Taxon_Code_Name* OTUName2 

Table:  Combined OTUs OTUs

Total:  Group By Group By Group By

*this field included the lowest taxonomic level (usually genus or species). This contrasts with the OTU is a designated taxonomic level (not necessarily the lowest taxonomic level). 

 The field ‘Taxon_Code_Name’ was included to help see not only which taxa were identical to the OTU, but also the taxa names that were not  identical, but Taxon_Code_Name’ would show how FinalID and OTU were connected. The  resulting Make  Table was  named  “Match_FinalID_TaxonCodeName”  and was  exported  to Microsoft  Excel.  This table matched 155 taxa that had identical names to that of ‘Taxon_Code_Name’.  By having all three columns it was possible to see how the FinalID was related to the OTU column. Only the FinalID names that were absolutely consistent with the Taxon_Code_Name or OTU column matched up  in this process, the remainder needed to be matched manually.  In order to investigate the taxa that were not matched automatically in Microsoft Access (because the taxa names were identical), a new table was created in Excel to determine how unmatched ‘FinalID’ names could be renamed to match the appropriate OTU.  A new column was added to the spreadsheet named “OTUmatch” to provide a link between the original FinalID name and the appropriate OTU name.  Therefore ‘OTUmatch’ would be used to create the bug file for further use in the process.  An example of the manual matching table format used is shown in Table D. 

 

39 

 

Table D. Table created to manually match FinalID with OTUName2. 

Original FinalID (n=445)  OTUmatch OTUName2 Notes

Ablabesmyia  Tanypodinae Tanypodinae Genus  Ablabesmyia changed  to  subfamily Tanypodinae 

Acari  Acari  Acari Automatic match 

Acentrella  Acentrella Acentrella Automatic match

Allocosmoecus partitus  Allocosmoecus Allocosmoecus Species  Allocosmoecus  partitus  changed  to genus Allocosmoecus  

Ametor scabrosus  Ametor  Ametor Species  Ametor  scabrosus changed  to  genus Ametor 

Apataniidae     Deleted Apataniidae because  family  level  too high 

Apedilum  Chironominae Chironominae Genus  Apedilum changed  to  subfamily Chironominae 

Apsectrotanypus  Tanypodinae Apsectrotanypus is  a  genus  in  the  subfamily Tanypodinae.    Even  though  it  was  not explicitly  linked  to  an  OTUName,  the match was  Tanypodinae,  which  is  included  as  an OTU. 

Arctopsyche  Arctopsyche Arctopsyche Automatic match

Arctopsyche grandis  Arctopsyche Arctopsyche Species  Arctopsyche  grandis was  changed  to genus Arctopsyche 

Arctopsychinae  Deleted Apataniidae because  family  level  too high 

Rhyacophila Betteni Gr.  Rhyacophila_betteni_group     Manually matched OTU

Rhyacophila betteni group  Rhyacophila_betteni_group  Rhyacophila_betteni_group  Manually matched OTU

Rhyacophila Brunnea Gr.  Rhyacophila_brunnea_vemna_groups     Manually matched OTU

  

 

40 

 

Some of the FinalID names were eliminated from the data set because the taxonomic  level was too high and did not have a corresponding OTU (e.g., Apataniidae was deleted in Table 5 because family level was too high).    Once all of the FinalIDs were either matched or deleted a new table with only the fields ‘FinalID’ and ‘OTUmatch’ was  imported into Access.   Another Make Table query was created and linked the field ‘FinalID’  in the combined table with ‘FinalID’ in the OTUmatch table.  Table E shows the format of the Make Table query to create the bug file.  

Table E. Make Table query format to create bug file. 

Field:  SampleID OTUmatch BAResult

Table:  combined OTUmatch combined

Total:  Group By Group By Group By

Criteria:    Is Not Null

 The table created from this query had 3,279 rows and 162 unique taxa names that were linked to OTUs. This table was exported and  for  further processing.    It  is possible that the above steps could be done by the taxonomist  if they have access to the appropriate OTU file.  

STEP 3 ‐ SUBSAMPLE  The RIVPACS model  for mountainous California  requires  300‐count  samples,  so  the  Tahoe Basin  samples were subsampled  electronically  to meet  that  target.    The  electronic  subsample process was done by downloading  a Fortran  subsampling  program  created  by  Dr.  Dave  Roberts  that  runs  in  a  DOS  window  under  Windows® (subsample.exe  from  the  Utah  State  University’s Western  Center  for Monitoring &  Assessment  of  Freshwater Ecosystems  website  http://www.cnr.usu.edu/wmc/htm/predictive‐models/usingandbuildingmodels).    This program randomly  ‘samples’  individuals from each of the samples  in the original data file and creates a new file with no more 300 organisms in each sample. Samples with original counts less than 300 will not be affected. The original data must be a tab‐ or comma‐delimited text file, such as Windows Notepad, in the format shown in Table F (3 columns in which the first column contains sample names/codes, the second column contains OTU names, and the third column contains counts). This file cannot include taxa with zero counts (WCMAFE, 2012) and the filename cannot contain any punctuation.  

Table F. Format required to run the subsample.exe program 

Site  Taxon Count

634R10BMW Acari 4

634R10BMW Ameletus 1

634R10BMW Baetis 2

Etc. 

  To run subsample.exe, the bug file (in 3 column format) was placed in the directory containing the subsample.exe file or on the desktop. The subsample.exe program was  launched by double clicking on  the program name.  In a new window the name of the file containing the bug data was clicked and dragged into the program window. Next, the name of the file to create was entered. Then the number of  individuals to  include  in each sample  (300) was entered. Finally, a random number was entered to initiate the program. The program created a new file in which each sample contained 300 individuals, except for those original samples that contained fewer than 300 individuals (WCMAFE, 2012). The Program also will prompt: “Do you want to debug? Y/N?”  The 163 unique taxa names were reduced to 154 names after the subsample process was completed.  

  

 

41 

 

 

STEP 4 – MATRIFY The subsampled three column format was converted  into a site by taxa matrix by using the matrify.exe program from the Utah State University’s Western Center for Monitoring & Assessment of Freshwater Ecosystems website (http://www.cnr.usu.edu/wmc/htm/predictive‐models/usingandbuildingmodels). This program was also created by Dr. Dave Roberts. The matrify.exe program was used by placing  it  in the same directory as the subsampled bug file. After  launching the program the original and new file names were entered when prompted. The file was in comma‐separated format (.csv), so this was entered when prompted. Finally it was indicated that a zero (0) should be used for absences. The program created a rectangular matrix in which the OTUs and the sample names/codes are sorted  in alphabetical order. The resulting file was  inspected to make sure the program ran successfully.   At the completion of this step, the 154 taxa formed the column headers and the 95 samples filled the  rows.  

STEP 5 – DETERMINE SUBMODEL Each of  the  sites were  then assigned  to one of  the  three O/E  submodels using 30‐year average  (1961‐1990) of precipitation  and  temperature  data  from  the  PRISM  Climate  Group  at  Oregon  State  University (http://prism.oregonstate.edu/). Mean monthly  temperature was  determined  by  taking  the  average  of  PRISM maximum and minimum mean monthly temperatures. PRISM output is available as a geospatial coverage, so that climatic  variables  could  be  determined  for  each  specific  site  location within  the  Tahoe  Basin. When  using  the PRISM raster layer, the values given need to be divided by 10 to get the mean monthly temperature in Celsius. The criteria for determining submodel were: 

Submodel 1: mean monthly temperature >9.3 C and log mean monthly precipitation >2.952 cm 

Submodel 2: mean monthly temperature >9.3 C and log mean monthly precipitation <2.952 cm 

Submodel 3: mean monthly temperature <9.3 C   All of the sites  in Lake Tahoe Basin fell under submodel 3, so taxa were predicted on the basis of mean monthly temperature  and  log  watershed  area.   Watershed  area  for  each  site  was  calculated  from  from  10 m  digital elevation maps using the hydrology tools package in ArcGIS.   To calculate the watershed area of each site a series of steps need to be executed using the spatial analyst tools in ArcGIS. First, load a 10m DEM map and a layer of stream survey locations.  Second, after obtaining a license to run the spatial analyst tools, open the Hydrology toolbox to fill the sinks in th DEM layer.  Third, use the flow direction tool.   The output will be a  layer that when clicking on a point on the map,  it will calculate how many other cells flow into that particular cell.  Find how many cells flow into all the stream sites using the flow accumulation layer.  Using an excel table, divide this number by 1000 to calculate the area of accumulation in km2.  Then calculate the log of the area in km2 to get the log watershed area.   

STEP 6 – PREPARE PREDICTOR FILE A  three‐column comma‐separated  (.csv)  file was created  that  included  the  fields: 1) SiteCode, 2)  log watershed area (LOGWSA), and 3) monthly mean temperature (TMEAN_SITE).  The sample names/codes had to be the same and in the same order as those in the prepared bug file. The labels for the predictor variables and their order have to be exactly  the  same  as  expected by  the model  (case  sensitive)  as  listed  above  in parentheses. The units of measure and any transformations had to be the same as expected by the model.  

STEP 7 – RUN RIVPACS In order to run RIVPACS via Utah State University’s Western Center  for Monitoring & Assessment of Freshwater Ecosystems website, it is necessary to first obtain a login and password. Because the Center and its web resources 

 

42 

 

are no  longer supported by grants, user  fees are  required  to  support  software and web maintenance. All users except those using the software for educational purposes must pay a yearly fee prior to accessing the software. Users  must  contact  the  Center's  Director  regarding  fees  and  to  request  a  username  and  password (http://www.usu.edu/contact/).  Once a  login and password have been obtained,  the user  can  login at: http://cnr.usu.edu/wmc/htm/predictive‐models/predictivemodelsoftware. The predictive model software will ask which model the user would like to use.  In this study, we used the mountainous California submodel 3 “no midge” model (because midges were primarily grouped by subfamily instead of genus or species) or “CA_R3_NOMIDGES.”  The delimiter (tab‐, comma‐, or space‐) was then specified.  In this study the data were comma‐delimited.  Next the model asks to upload the bug file and habitat (predictor) file to run the model.  Once those two files are uploaded, simply press “submit data” to run the model.  The RIVPACS model generates four output files.  To read a description of each of these files and how to interpret them go to: http://www.cnr.usu.edu/wmc/htm/predictive‐models/usingandbuildingmodels  

The index was calculated as the number of predicted taxa Observed at the site (O) divided by the number of taxa Expected  to  occur  (E)  or O/E.  The O/E  scores  reported  in  this  study were  based  on  a probability  of  detection threshold  of  >0.5,  because  this  threshold  has  been  found  to  be more  precise  and more  sensitive  in  detecting effects of stressors (Hawkins et al., 2000) and it de‐emphasizes rare taxa.  

   

 

43 

 

APPENDIX III: PHOTOS OF MARGINAL SITES SAMPLED IN 2009 AND 2010 IN THE TAHOE BASIN 

 

Figure 11. Photo of site on General creek (634R10GNL, O/E=0.53) 

 FIGURE 12. PHOTO OF SITE ON THE UPPER TRUCKEE RIVER (CAT08722‐013, O/E=0.62) 

 

44 

 

 FIGURE 13. PHOTO OF SITE ON THE UPPER TRUCKEE RIVER (CAT08722‐017, O/E=0.61) 

 FIGURE 14. PHOTO OF SITE ON GLEN ALPINE CREEK (CAT08722‐025, O/E=0.67) 

 

45 

 

 FIGURE 15. PHOTO OF SITE ON THE UPPER TRUCKEE RIVER (CAT08722‐041, O/E=0.46) 

 FIGURE 16. PHOTO OF SITE ON TROUT CREEK (CAT08722‐050, O/E=0.34) 

 

46 

 

 FIGURE 17. PHOTO OF SITE ON THE UPPER TRUCKEE RIVER (CAT08722‐053, O/E=0.62) 

 FIGURE 18. PHOTO OF SITE ON TROUT CREEK (CAT08722‐061, 0.59) 

 

47 

 

 FIGURE 19. PHOTO OF SITE ON CASCADE CREEK (CAT08722‐070, O/E=0.53) 

 FIGURE 20. PHOTO OF SITE ON THE UPPER TRUCKEE RIVER (CAT08722‐085, O/E=0.63) 

 

48 

 

 FIGURE 21. PHOTO OF SITE ON MCKINNEY CREEK (CAT08722‐103, O/E=0.25) 

 FIGURE 22. PHOTO OF SITE ON CASCADE CREEK (CAT08722‐110, O/E=0.62) 

 

49 

 

 FIGURE 23. PHOTO OF SITE ON THE UPPER TRUCKEE RIVER (CAT08722‐114, O/E=0.50) 

 FIGURE 24. PHOTO OF SITE ON THE UPPER TRUCKEE RIVER (CAT08722‐141, O/E=0.61) 

 

50 

 

 FIGURE 25. PHOTO OF SITE ON NORTH CANYON CREEK (P‐TACHAT08722‐063, O/E=0.69) 

 

 FIGURE 26. PHOTO OF SITE ON BURKE CREEK (P‐TACHAT08722‐138, O/E=0.68) 

 

51 

 

 FIGURE 27. PHOTO OF SITE ON BURKE CREEK (P‐TACHAT08722‐074, O/E=0.60)