Principles for the Development
of Contemporary Bioassessment Indices
for Freshwater Ecosystems
Andrew L. Garey and Leonard A. Smock
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
2 The Reference Condition Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
2.1 Alternatives to the Reference Condition Approach . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 238
2.2 Reference Site Screening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
2.3 Reference Site Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
3 Predictive Modeling of Aquatic Assemblages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
3.1 The Observed-to-Expected (O/E) Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
3.2 Advances in Predictive Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
4 Index Development and Performance Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
4.1 Numerical Range . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
4.2 Accuracy and Precision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
4.3 Metric Redundancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
4.4 Metric Aggregation and Scoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
4.5 Index Validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
5 Expert Interviews: Challenges and Important Considerations in Bioassessment . . . . . . . . . 254
6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 257
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Abstract Bioassessment can be broadly defined as the use of biota to assess the
nature and magnitude of anthropogenic impacts to natural systems. We focus on an
important and specific type of bioassessment: the use of ecological assemblages,
primarily fish, macroinvertebrates, and algae, as indicators of anthropogenic
impairment in aquatic systems. Investigators have long known that biota provide
spatially and temporally integrative indicators of impairment. This chapter provides
an introduction to the process of developing assemblage-level indices that provide
A.L. Garey (*) • L.A. Smock
VCU Rice Rivers Center, Virginia Commonwealth University, Richmond, VA, USA
e-mail: gareyal@vcu.edu
© Springer International Publishing Switzerland 2015
T. Younos, T.E. Parece (eds.), Advances in Watershed Science
and Assessment, The Handbook of Environmental Chemistry 33,
DOI 10.1007/978-3-319-14212-8_9
233