Influence of eastern hemlock (Tsuga canadensis) forests on aquatic invertebrate assemblages in headwater streams Craig D. Snyder, John A. Young, David P. Lemarié, and David R. Smith Abstract: We conducted a comparative study in the Delaware Water Gap National Recreation Area to determine the potential long-term impacts of hemlock forest decline on stream benthic macroinvertebrate assemblages. Hemlock forests throughout eastern North America have been declining because of the hemlock woolly adelgid, an exotic insect pest. We found aquatic invertebrate community structure to be strongly correlated with forest composition. Streams draining hemlock forests supported significantly more total taxa than streams draining mixed hardwood forests, and over 8% of the taxa were strongly associated with hemlock. In addition, invertebrate taxa were more evenly distributed (i.e., higher Simpson’s evenness values) in hemlock-drained streams. In contrast, the number of rare species and total densities were significantly lower in streams draining hemlock, suggesting that diversity differences observed between forest types were not related to stochastic factors associated with sampling and that streams draining mixed hardwood forests may be more productive. Analysis of stream habitat data indicated that streams draining hemlock forests had more stable thermal and hydrologic regimes. Our findings suggest that hemlock decline may result in long-term changes in headwater ecosystems leading to reductions in both within-stream (i.e., alpha) and park-wide (i.e., gamma) benthic community diversity. Résumé : Une étude comparative dans le Delaware Water Gap National Recreation Area nous a permis de déterminer l’impact potentiel à long terme du déclin des forêts de pruches sur les communautés de macroinvertébrés des cours d’eau. Le déclin des forêts de pruches dans tout l’est de l’Amérique du Nord est causé par le puceron lanigère de la pruche, un ravageur exotique. La structure des communautés d’invertébrés aquatiques est fortement reliée à la composition de la forêt. Les cours d’eau qui coulent dans des forêts de pruches contiennent significativement plus de taxons que ceux qui sont dans des forêts de bois durs mixtes et plus de 8 % des taxons sont fortement associés à la pruche. De plus, les taxons d’invertébrés sont répartis de façon plus régulière (i.e. des valeurs plus élevées de l’indice d’équitabilité de Simpson) dans les cours d’eau des forêts de pruches. En revanche, les nombres d’espèces rares et les densités totales sont significativement plus bas dans les cours d’eau des forêts de pruches, ce qui laisse croire que les différences de diversité observées entre les divers types forestiers ne sont pas reliées à des facteurs stochastiques dus à l’échantillonnage, mais que les cours d’eau qui irriguent les forêts de bois durs mixtes sont probablement plus productives. Une analyse des données sur l’habitat révèle que les régimes thermiques et hydrologiques des cours d’eau des forêts de pruches sont plus stables. Nos résultats laissent entrevoir que le déclin des pruches amènera probablement des changements à long terme dans les écosystèmes d’amont des bassins hydrographiques qui réduiront la diversité des communautés benthiques, tant à l’échelle des cours d’eau individuels (i.e. la diversité alpha) qu’à celle de l’ensemble du parc (i.e. la diversité gamma). [Traduit par la Rédaction] Snyder et al. 275 Introduction Eastern hemlock (Tsuga canadensis) forests have declined substantially in the last two decades (McClure 1991). Wide- spread hemlock defoliation and mortality have largely been attributed to the hemlock woolly adelgid (Adelges tsugae), an exotic insect that is native to the Far East. Hemlock woolly adelgid is rapidly spreading throughout the eastern U.S., and once infected, hemlock stands may suffer com- plete mortality within 5 years (McClure 1991). Recent stud- ies suggest that hemlock regeneration following infestation is largely absent, and no infested tree or stand has been found to exhibit any sign of recovery (Orwig and Foster 1999). A similar lack of regeneration occurred during the mid-Holocene period when hemlock forests throughout North American went through a period of rapid, pathogen-induced decline (Fuller 1998). During that bottleneck, it took about 2000 years for hemlock to recover from the decline. The ecological impact of losing this important climax for- est species is poorly understood but has the potential for sig- nificant disturbance to biotic communities by changing the energy availability, microclimate, and distribution and abun- dance of habitat. Recent paleoecological studies suggest that Can. J. Fish. Aquat. Sci. 59: 262–275 (2002) DOI: 10.1139/F02-003 © 2002 NRC Canada 262 Received 14 February 2001. Accepted 18 December 2001. Published on the NRC Research Press Web site at http://cjfas.nrc.ca on 28 February 2002. J16216 C.D. Snyder, 1 J.A. Young, D.P. Lemarié, and D.R. Smith. United States Geological Survey, Biological Resources Division, Leetown Science Center, 1700 Leetown Road, Kearneysville, WV 25430, U.S.A. 1 Corresponding author (e-mail: craig_snyder@usgs.gov).