Tributary effects in rivers: interactions of spatial scale, network structure, and landscape characteristics

Landscape characteristics in combination with the physical structure of branched stream networks define the environmental conditions available for lotic biota. From simple stream network 'laws' can emerge a spatially explicit understanding of habitat heterogeneity. Based on geographic information system analyses, we explore how stream networks integrate spatial heterogeneity of the landscape and form new characteristics as stream segments accumulate into progressively larger drainages and how these changes in landscape characteristics relate to confluence symmetry ratio and drainage size. Simple expectations for stream networks include the following: (i) abrupt changes in longitudinal patterns are more probable among the numerous small and diverse headwater streams than in large, rare, and characteristically similar tributaries, (ii) the many small tributaries flowing into large mainstem channels cause individually small, yet collectively gradual, changes in longitudinal patterns. Such a spatial understanding of where change is likely to occur helps to reconcile gradual river continuum and abrupt discontinuum views of patterns in rivers and predict the locations of important confluences, ecological transitions, longitudinal gradients, and patterns of biodiversity in stream networks. Les caracteristiques du paysage combinees a la structure physique des reseaux hydrographiques ramifies definissent les conditions ambiantes a la disposition du biote lotique. De << lois >> de reseaux hydrographiques simples peut emerger une comprehension spatialement explicite de l'heterogeneite des habitats. Sur la base d'analyses par systeme d'information geographique, nous examinons comment les reseaux hydrographiques integrent l'heterogeneite spatiale du paysage et forment de nouvelles caracteristiques au fil de l'accumulation de tronqons de cours d'eau pour produire des bassins versants de plus en plus grands, ainsi que le lien entre ces modifications des caracteristiques du paysage d'une part, et le rapport de symetrie des confluences et la taille du bassin versant d'autre part. Parmi les attentes simples pour les reseaux hydrographiques figurent ce qui suit: (i) les modifications abruptes de motifs longitudinaux sont plus probables parmi les petits cours d'eau d'amont, plus nombreux et varies, que parmi les grands affluents plus rares et presentant des caracteristiques semblables; (ii) les nombreux petits affluents qui se deversent dans les grands bras principaux entrainent de modifications petites a l'echelle individuelle, mais collectivement progressives des motifs longitudinaux. Une telle comprehension spatiale de l'emplacement probable de modifications aide a arrimer le continuum progressif des rivieres a des points de vue discontinus des motifs dans les rivieres et a predire l'emplacement de confluences, transitions ecologiques, gradients longitudinaux et motifs de biodiversite importants dans les reseaux hydrographiques. [Traduit par la Redaction]
Introduction Within a stream and its valley there are changes in physical and chemical properties from small headwater streams to large lowland rivers (e.g., flow volume, degree of shading, sediment [...]