Ecological implications of road construction in an alum shale bedrock area : a State highway (Rv4) case study

Abstract

The construction and use of roads and tunnels takes a toll on natural resources and especially the biological integrity of downstream freshwater environments. Consequently, aquatic biota is exposed to elevated levels of a wide range of contaminants, both natural and man-made, which in turn may have negative physiological and ecological effects on resident species. Since the autumn of 2013, the Norwegian Public Roads Administration (NPRA) has been constructing a new tunnel and associated roads on Rv4 Gran. The bedrock is partly alum shale, which is known to cause a host of environmental issues, such as acidic runoff and subsequent release of metals (e.g. aluminium) and radionuclides (e.g. uranium). These impacts are of great concern, but there are unfortunately considerable knowledge gaps as to their specific impacts at all spatial scales. This study seeks to assess if the Rv4 project has imposed any negative ecological effects on benthic macroinvertebrate communities in streams and brooks inside impacted areas. In order to do so, benthic macroinvertebrates were sampled using kick-nets during spring and autumn in both 2013 (reference) and 2015 (impact). Macroinvertebrates are relevant bioindicators of environmental disturbance, and are frequently used to assess temporal changes in community composition and metal pollution history. Metals were analysed from mayflies (Ephemeroptera) and water quality variables were measured in situ. In general, although to varying degrees, when compared with reference sites impacted areas were associated with: lower taxa richness, lower taxa diversity, much higher proportion of tolerant than sensitive species, lower ASPT index scores, elevated levels of mayfly metals, and a slightly decreased pH. ASPT index scores were found to be significantly negatively correlated with mayfly metal concentrations (all tested metals and a largely metal-loaded principal component first axis), supporting the use of ASPT index as a relevant indicator and response variable for metal contamination. The results show that road and tunnel construction in areas with alum shale bedrock presents concerns related to ecological integrity and elevated metal concentrations, and measures ought to be taken in order to avoid compromising the health of recipient freshwater ecosystems.

Utbygging og bruk av veier og tunneler har en negativ effekt på naturressurser og spesielt den biologisk integriteten til ferskvannsmiljøer som ligger nedstrøms. Akvatisk biota utsettes derfor for forhøyede nivåer av et bredt spekter av forurensninger, både naturlige og syntetiske, som igjen kan ha negative fysiologiske og økologiske effekter på lokale arter. Siden høsten 2013 har Statens vegvesen holdt på å bygge en ny tunnel og tilhørende veistrekning på Rv4 Gran. Berggrunnen der består delvis av alunskifer, som er kjent for å forårsake en rekke miljøproblemer, som for eksempel sur avrenning og påfølgende utslipp av metaller (f.eks aluminium) og radionuklider (f.eks uran). Disse påvirkningene er av stor bekymring, men det er dessverre betydelige kunnskapshull med hensyn til deres spesifikke effekter på alle størrelsesnivåer. Dette studiet vil vurdere om Rv4-prosjektet har forårsaket negative økologiske påvirkninger på bentiske makroevertebrat-samfunn i elver og bekker innenfor påvirkede områder. For å gjøre dette så ble bentiske makroevertebrater samlet inn ved hjelp av sparkehåv i løpet av våren og høsten i både 2013 (referanse) og 2015 (påvirkning). Makroevertebrater er relevante bioindikatorer for miljøforstyrrelser, og blir ofte brukt til å vurdere tidsmessige endringer i samfunnssammensetning og historisk metallforurensning. Metaller ble analysert fra døgnfluer (Ephemeroptera) og vannkvalitets-variabler ble målt in situ. Generelt, om enn i varierende grad, når sammenlignet med referanseområder så var påvirkede områder assosiert med lavere rikdom og mangfold av taxon, vesentlig høyere andel av tolerante enn følsomme arter, lavere ASPT indeks score, forhøyede nivåer av døgnflue-metaller, og en litt redusert pH. ASPT score viste seg å være signifikant negativt korrelert med konsentrasjoner av metaller i døgnfluer (alle testede metaller og en svært metallbelastet hovedkomponent førsteakse), som støtter bruk av ASPT indeksen som en relevant indikator og responsvariabel for metallforurensning. Resultatene viser at vei- og tunnelbygging i områder med alunskifer presenterer bekymringer knyttet til økologisk integritet og forhøyede metallkonsentrasjoner, og tiltak bør tas for å unngå å svekke integriteten til mottagende ferskvannsøkosystemer.