Abstract Exploring and clearly defining the level of taxonomic identification and quantification approaches for diversity and biomonitoring studies are essential, given its potential influence on the assessment and interpretation of ecological outcomes. In this study, we evaluated the response of benthic macroinvertebrate communities to the restoration or construction of gravel bars conducted in the dam-impacted Trinity River, with the non-dam influenced tributaries serving as the reference sites. We aim to evaluate the performance of different taxonomic and numerical (i.e., abundance vs. presence/absence data) resolutions of DNA metabarcoding with consequent comparison to morphology-based identification and how it affects assessment outcomes. DNA metabarcoding detected 93% of the morphologically identified individuals and provided finer taxonomic resolution. We also detected significant correlations between morphological sample abundance, biomass, and DNA metabarcoding read abundance. We observed a relatively high and significant congruence in macroinvertebrate community structure and composition between different taxonomic and numerical resolutions of both methods, indicating a satisfactory surrogacy between the two approaches and their varying identification levels and data transformation. Additionally, the community-environmental association were significant for all datasets but showed varying significant associations against the physicochemical parameters. Furthermore, both methods identified Simulium spp. as significant indicators of the dam-impacted gravel bars. Still, only DNA metabarcoding showed significant false discovery rate proving the method’s robustness compared to morphology-based identification. Our observations imply that coarser taxonomic resolution could be highly advantageous to DNA metabarcoding-based applications in situations where the lack of taxonomic information, e.g., poor reference database, might severely affect the quality of biological assessments.

Background: River restoration efforts are expected to influence and change the diversity and functions of microbial communities following the recovery of habitat characteristics in the river ecosystem. The recreation or restoration of gravel bars in the Trinity River in California aims to rehabilitate the environmental heterogeneity downstream of the dam impounded channel. Here, we profiled the community composition, estimated diversity, and annotated putative metabolic functions of the sediment microbial communities to assess whether the construction and restoration of gravel bars in the Trinity River in California enhanced environmental heterogeneity, with the increase in the microbial beta diversity of these in-channel structures against the free-flowing reach of the main channel with comparison to its undisturbed tributaries. Results: Microbial community composition of the free-flowing (i.e., no gravel bars) communities were relatively closer regardless of dam influence, whereas the Trinity River gravel bar and tributaries gravel bar communities were highly dissimilar. Proteobacteria, Bacteroidetes, and Acidobacteria were the highly abundant sediment microbial phyla on most sites, specifically in the Trinity River gravel bar communities. Putative functional annotation of microbial taxa revealed that chemoheterotrophy and aerobic chemoheterotrophy were the most prevalent microbial processes, with the Trinity River gravel bars having relatively higher representations. The considerably large abundance of heterotrophic taxa implies that gravel bars provide suitable areas for heterotrophic microorganisms with metabolic functions contributing to the net respiration in the river. Conclusions: Our results provide supporting evidence on the positive impact of habitat restoration being conducted in the Trinity River with the non-dam influenced, undisturbed tributaries as the basis of comparison. Gravel bar recreation and restoration contributed to the increased microbial biodiversity through the restoration of environmental heterogeneity at the river scale. We provided valuable insights into the potential microbial processes in the sediment that might be contributing to the biogeochemical processes carried out by the microbial communities in the Trinity River. The significant positive correlation between the functional diversity of the identified microbial taxa and beta diversity suggests that differences in the detected metabolic functions were closely related to dissimilarities in community composition.

Abstract Microbial communities in the hyporheic zone (HZ) are important in self-purification as the riverbed is metabolically active and responsible for the retention, storage and mineralisation of organic matter transported to the surface water. However, studies exploring HZ microbial community responses to disturbances (e.g. floods) remain scarce. Here, we characterised the microbial community structure among the three (downwelling, upwelling and intermediate) HZ points within and among gravel bars at high and low discharge levels in a dam-regulated river using 16S rRNA metabarcoding. We observed significant dissimilarity in the microbial community at low discharge exhibiting local adaptation due to gravel bar spatial environmental heterogeneity. Moreover, the homogenisation effect resulted in similar microbial community structures among the three points within the gravel bars at high discharge. Microbial communities across adjacent gravel bars were dissimilar, potentially attributing to different bar morphologies. Our study highlights the role of spatial environmental heterogeneity in the biological processes that govern microbial community structure at three hyporheic points in gravel bars at two discharge levels. Our results are essential to understand the HZ microbial communities’ response to the river discharge levels.

Dam reservoirs often supply high amounts of plankton to downstream reaches, leading to a critical shift of trophic origins of stream ecosystems from natural sources (e.g. attached algae and terrestrial inputs) to reservoir-oriented plankton. Although this is a widely observed phenomenon, previous studies focused only on lotic habitats (e.g. riffles) rather than lentic habitats such as backwaters and isolated ponds (IP). Using a stable isotope three-source mixing model, we evaluated trophic contributions of reservoir-derived plankton, epilithon and terrestrial leaves to stream macroinvertebrates at four dam outlet reaches and two reference reaches in the Natori River catchment, Japan. We compared four different habitat types co-occurring within the reaches: lotic habitat (riffle and pool), bar-head (BH) lentic habitat, bar-tail (BT) lentic habitat (backwater) and isolated pond (IP) on sandy bars. The trophic contributions of reservoir-derived plankton were significantly lower in lentic habitats (BH, 15.4%; BT, 10.4%; IP, 9.1%) than in lotic habitats (mean, 27.7%). This was especially notable for filter feeders that feed on suspended fine particulate organic matter (SFPOM). The three-source model analysis indicated a lower biomass proportion of dam plankton in lentic SFPOM (mean, 21.2%) than in lotic SFPOM (mean, 35.6%). This difference in SFPOM composition was reflected in the lower trophic contribution of dam plankton to lentic filter feeders. The abundance ratio of filter feeders in the community was decreased in lentic habitats, while the abundance ratios of collector-gatherers, scrapers and shredders were increased. Macroinvertebrates in lentic habitats fed on sources less mixed with reservoir-derived plankton (e.g. benthic coarse particulate organic matter [BCPOM], benthic fine particulate organic matter [BFPOM] and epilithon); therefore, the trophic impact of reservoirs was indistinctive at the community level, indicating that lentic habitats can function as trophic refugia to mitigate the trophic impact of reservoirs. Because lentic habitats were decreased in area (accounting for 5.7% of average total area) in the downstream reaches of dams due to riverbed degradation, lentic habitats must be created in order to restore the trophic impact of reservoirs in river ecosystems.

Stream ecosystems are spatially heterogeneous, with many different habitat patches distributed within a small area. The influence of this heterogeneity on the biodiversity of benthic insect communities is well documented; however, studies of the role of habitat heterogeneity in species coexistence and community assembly remain limited. Here, we asked how habitat heterogeneity influences spatial structure (beta biodiversity) and phylogenetic structure (evolutionary processes) of benthic stonefly (Plecoptera, Insecta) communities. We sampled 20 sites along two Alpine rivers, including seven habitats in four different reaches (headwaters, meandering, bar-braided floodplain, and lowland spring-fed). We identified 21 morphological species and delineated 52 DNA-species based on sequences from mitochondrial cox1 and nuclear ITS markers. Using DNA-species, we first analysed the patterns of variation in richness, diversity, and composition by quantifing the contribution of each of the four reaches and seven habitats to the overall DNA-species diversity using an additive partition of species diversity analysis and distance-based redundancy analysis. Using gene-tree phylogenies, we assessed whether environmental filtering led to the co-occurrence of DNA-species using a two-step analysis to find a phylogenetic signal. The four reaches significantly contributed to DNA-species richness; with the meandering section displaying the highest contribution. However, we found that habitats had an effect on DNA-species diversity, where glide, riffle, and pool influenced the spatial structure of stonefly communities possibly due to a high species turnover. Among the habitats, the pool showed significant phylogenetic clustering, suggesting high levels of evolutionary adaptation and strong habitat filtering. This community structure may be caused by long-term stability of the habitat and the similar requirements for co-ocurring species. Our study shows the importance of different habitats on the spatial and phylogenetic structure of stonefly community assemblies and sheds light on the habitat-specific diversity that may help improve conservation practices.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.