Benthic macroinvertebrates as indicators of water quality: A case study of estuarine ecosystems along the coast of Ghana

• DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e28018
• Publication Date: 2024-03-13T03:31:54Z
• Authors: Dorothy Khasisi L...; Paul Kojo Mensah; Noble Kwame Asare; Margaret Fafa Awu...; Charles Abimbola ...
• Keywords: Benthic zone; Marine Biodiversity and Ecosystem Functioning; Management, Monitoring, Policy and Law; Oceanography; Gene; Biochemistry; Environmental science; Importance of Mangrove Ecosystems in Coastal Protection; Importance of Marine Spatial Planning in Ecosystem Management; Invertebrate; Biology; Ecosystem; Ecology; Estuarine Quality; Estuary; FOS: Earth and related environmental sciences; Pollution; Earth and Planetary Sciences; Dominance (genetics); Water quality; Fishery; FOS: Biological sciences; Environmental Science; Physical Sciences; Ecosystem Functioning; Research Article

Increasing human activities in coastal areas of Ghana have led to the degradation of many surface waterbodies, with significant consequences for the ecosystems in the affected areas. Thus, this degradation extremely affects the health of ecosystems and disrupts the essential services they provide. The present study explored the use of benthic macroinvertebrates as an indicator of estuarine degradation along the coast of Ghana. Water and sediment samples were collected bimonthly from Ankobra, Kakum and Volta estuaries for physicochemical parameters, nutrients and benthic macroinvertebrates. The findings revealed the dominance of pollution-tolerant taxa such as Capitella sp., Nereis sp., Heteromastus sp., Tubifex sp., Cossura sp. and Chironomous sp. in Kakum Estuary while pollution-sensitive taxa such as Scoloplos sp., Euridice sp., Lumbriconereis sp. and Pachymelania sp. in the Volta Estuary. The species-environment interactions showed dissolved oxygen, temperature, salinity, orthophosphate, nitrates, ammonium, electrical conductivity, turbidity, and chemical oxygen demand as the most significant parameters that complement the use of benthic macroinvertebrates as indicators of environmental quality in the studied estuaries. There were correlations of some benthic macroinvertebrate taxa with environmental factors in the estuaries suggesting low, moderate and high levels of pollution in the Volta, Kakum and Ankobra estuaries, respectively. Nevertheless, the study finds Kakum Estuary to be the ecologically healthiest estuary than the Volta and Ankobra Estuaries. Therefore, the study has shown benthic macroinvertebrates as a key indicator of ecosystem health alterations, and it is recommended that they should be incorporated with other environmental data for pollution monitoring in Ghanaian coastal waters.<br/>El aumento de las actividades humanas en las zonas costeras de Ghana ha llevado a la degradación de muchas masas de agua superficiales, con consecuencias significativas para los ecosistemas de las zonas afectadas. Por lo tanto, esta degradación afecta extremadamente la salud de los ecosistemas e interrumpe los servicios esenciales que brindan. El presente estudio exploró el uso de macroinvertebrados bentónicos como un indicador de la degradación del estuario a lo largo de la costa de Ghana. Se recolectaron muestras de agua y sedimentos bimensualmente de los estuarios de Ankobra, Kakum y Volta para parámetros fisicoquímicos, nutrientes y macroinvertebrados bentónicos. Los hallazgos revelaron el predominio de taxones tolerantes a la contaminación como Capitella sp., Nereis sp., Heteromastus sp., Tubifex sp., Cossura sp. y Chironomous sp. en el estuario de Kakum, mientras que los taxones sensibles a la contaminación como Scoloplos sp., Euridice sp., Lumbriconereis sp. y Pachymelania sp. en el estuario de la Volta. Las interacciones especie-ambiente mostraron oxígeno disuelto, temperatura, salinidad, ortofosfato, nitratos, amonio, conductividad eléctrica, turbidez y demanda química de oxígeno como los parámetros más significativos que complementan el uso de macroinvertebrados bentónicos como indicadores de calidad ambiental en los estuarios estudiados. Hubo correlaciones de algunos taxones de macroinvertebrados bentónicos con factores ambientales en los estuarios que sugieren niveles bajos, moderados y altos de contaminación en los estuarios Volta, Kakum y Ankobra, respectivamente. Sin embargo, el estudio encuentra que el estuario de Kakum es el estuario ecológicamente más saludable que los estuarios de Volta y Ankobra. Por lo tanto, el estudio ha demostrado que los macroinvertebrados bentónicos son un indicador clave de las alteraciones de la salud de los ecosistemas, y se recomienda que se incorporen con otros datos ambientales para el monitoreo de la contaminación en las aguas costeras de Ghana.<br/>أدت الأنشطة البشرية المتزايدة في المناطق الساحلية في غانا إلى تدهور العديد من المسطحات المائية السطحية، مع عواقب وخيمة على النظم الإيكولوجية في المناطق المتضررة. وبالتالي، فإن هذا التدهور يؤثر بشدة على صحة النظم الإيكولوجية ويعطل الخدمات الأساسية التي تقدمها. استكشفت هذه الدراسة استخدام اللافقاريات القاعية الكبيرة كمؤشر على تدهور مصبات الأنهار على طول ساحل غانا. تم جمع عينات المياه والرواسب كل شهرين من مصبات أنكوبرا وكاكوم وفولتا للمعلمات الفيزيائية والكيميائية والمغذيات واللافقاريات القاعية. كشفت النتائج عن هيمنة الأصناف المقاومة للتلوث مثل Capitella sp.، Nereis sp.، Heteromastus sp.، Tubifex sp.، Cossura sp. و Chironomous sp. في مصب كاكوم بينما الأصناف الحساسة للتلوث مثل Scoloplos sp.، Euridice sp.، Lumbriconereis sp. و Pachymelania sp. في مصب فولتا. أظهرت التفاعلات بين الأنواع والبيئة الأكسجين الذائب ودرجة الحرارة والملوحة والأورثوفوسفات والنترات والأمونيوم والموصلية الكهربائية والتعكر والطلب على الأكسجين الكيميائي كأهم المعلمات التي تكمل استخدام اللافقاريات القاعية كمؤشرات للجودة البيئية في مصبات الأنهار المدروسة. كانت هناك ارتباطات بين بعض أصناف اللافقاريات القاعية الكبيرة والعوامل البيئية في مصبات الأنهار مما يشير إلى مستويات منخفضة ومتوسطة وعالية من التلوث في مصبات الأنهار فولتا وكاكوم وأنكوبرا، على التوالي. ومع ذلك، وجدت الدراسة أن مصب كاكوم هو المصب الأكثر صحة من الناحية البيئية من مصب فولتا وأنكوبرا. لذلك، أظهرت الدراسة اللافقاريات القاعية كمؤشر رئيسي للتغيرات في صحة النظام الإيكولوجي، ويوصى بدمجها مع البيانات البيئية الأخرى لرصد التلوث في المياه الساحلية الغانية.<br/>L'augmentation des activités humaines dans les zones côtières du Ghana a entraîné la dégradation de nombreux plans d'eau de surface, avec des conséquences importantes pour les écosystèmes des zones touchées. Ainsi, cette dégradation affecte extrêmement la santé des écosystèmes et perturbe les services essentiels qu'ils fournissent. La présente étude a exploré l'utilisation des macroinvertébrés benthiques comme indicateur de la dégradation des estuaires le long de la côte du Ghana. Des échantillons d'eau et de sédiments ont été prélevés deux fois par mois dans les estuaires d'Ankobra, de Kakum et de Volta pour les paramètres physico-chimiques, les nutriments et les macro-invertébrés benthiques. Les résultats ont révélé la prédominance de taxons tolérants à la pollution tels que Capitella sp., Nereis sp., Heteromastus sp., Tubifex sp., Cossura sp. et Chironomous sp. dans l'estuaire de Kakum tandis que les taxons sensibles à la pollution tels que Scoloplos sp., Euridice sp., Lumbriconereis sp. et Pachymelania sp. dans l'estuaire de la Volta. Les interactions espèce-environnement ont montré que l'oxygène dissous, la température, la salinité, l'orthophosphate, les nitrates, l'ammonium, la conductivité électrique, la turbidité et la demande chimique en oxygène étaient les paramètres les plus significatifs qui complètent l'utilisation des macroinvertébrés benthiques comme indicateurs de la qualité de l'environnement dans les estuaires étudiés. Il y avait des corrélations de certains taxons de macroinvertébrés benthiques avec des facteurs environnementaux dans les estuaires suggérant des niveaux de pollution faibles, modérés et élevés dans les estuaires de Volta, Kakum et Ankobra, respectivement. Néanmoins, l'étude conclut que l'estuaire de Kakum est l'estuaire le plus sain sur le plan écologique que les estuaires de la Volta et d'Ankobra. Par conséquent, l'étude a montré que les macroinvertébrés benthiques étaient un indicateur clé des altérations de la santé des écosystèmes, et il est recommandé de les intégrer à d'autres données environnementales pour la surveillance de la pollution dans les eaux côtières ghanéennes.<br/>