Effet de la diversité sur les coefficients de remaniement sédimentaire

Effet de la diversité sur les coefficients de remaniement sédimentaire

La communauté intertidale à Macoma balthica de l’estuaire du SaintLaurent

Les zones intertidales de la rive Sud de l’Estuaire du Saint-Laurent à l’Est du Québec (Canada), sont constituées en majorité de vasières, avec un faible hydrodynamisme et une teneur en matière organique très élevée (2%). Un petit nombre d’espèces constituées d’un grand nombre d’ individus forment la communauté à M balthica de l’estuaire du Saint-Laurent (Desrosiers et al., 1984), dominé par l’annélide polychète Nereis virens (Il00-1600 ind/m2) et les deux bivalves lamellibranches Macoma balthica (2600-3000 ind/m2)) et Mya arenaria (254-770 ind/m2) (Mermillod-Blondin et al., 2003). L’éthologie de ces trois espèces est bien connue (Desrosiers et al. , 1984; Miron et Desrosiers, 1990; Miron et al. , 1991; Roseberry et al., 1991 ; Desrosiers et al., 1994; Azouzi et al., 2002; Mermillod-Blondin et al., 2003). Elles se distinguent essentiellement par leur mode différent d’enfouissement, de nutrition, de respiration et de remaniement sédimentaire (Figures 2 et 3): Après un recrutement larvaire réalisé dans le haut de la plage (0-10 mg poids humide) , et suite à une croissance de type segmentaire (3 à 4 années) (Desrosiers et al., 1988), les juvéniles de N virens « 200 mg poids humide) migrent vers le bas de plage où il y’a construction, établissement et maintenance du terrier par la population adulte (200-300 mg poids humide) (Miron et Desrosiers, 1990).

Processus de diagenèse précoce

La diagenèse représente l’ ensemble des processus qui modifient les dépôts sédimentaires (Berner, 1980; Henrichs, 1992). Les processus diagénétiques peuvent être subdivisés en deux groupes: les processus réactionnels et les phénomènes de transport (Jorgensen et Boudreau,2001 ).
• Les processus réactionnels permettent la production ou la consommation de solutés ou d’espèces chimiques solides, à l’intérieur du sédiment, via des moyens biotiques et abiotiques. Les réactions biologiques font intervenir les microorganismes qui participent
directement à la dégradation de la matière organique, au recyclage des nutriments et à l’oxydation des métaux et composés réduits. Ces microorganismes peuvent aussi participer indirectement au processus abiotiques (dissolution et précipitation minérales,réactions ioniques dans les eaux porales) quand les produits issus de l’activité biologique influencent les réactions inorganiques.
• La diffusion moléculaire, l’advection, la bioturbation et la bioirrigation sont les principaux vecteurs de transport permettant le déplacement des particules et des solutés dans le sédiment.

Les processus de dégradation de la matière organique contrôlent une large part des processus de diagenèse précoce (Berner, 1980). Ils se font théoriquement selon une succession spécifique de réactions d’ oxydoréduction qui obéissent aux lois de la cinétique et de la thermodynamique. Ces réactions diagénétiques chimiques sont en effet catalysées par des systèmes enzymatiques par les microorganismes (Froelich et al. , 1979). Elles s’établissent en fonction des vitesses de minéralisation ou cinétiques de réactions qui dépendent de la labilité de la matière organique (Berner, 1980).

Extent and significance ofinteraction among different functional groups

The effects of interactions on fluxes were estimated by comparing the observed fluxes with the fluxes one would have expected in the absence of interactions. The latter were estimated by simply adding the fluxes determined in the allopatric treatments (as in Raffaelli et al. , 2003), adjusted for the relative abundance of the species making up the assemblage. Differences between observed and predicted fluxes were tested with Student’s t-test. Net diversity effect on benthic fluxes was expressed as the ratio between expected and measured fluxes (Cardinale et al. , 2002).

Effects ofspecies diversity and functional group diversity on benthic fluxes

Each benthic flux was plotted against species and functional diversity at each date ofthe measurement. Species diversity was represented by the number of each species contained in each treatment (0, l, 2, 3 species), and functional diversity by the number offunctional groups in a treatment (0, 1, 2 functional groups). After verification of norrnality and variance homogeneity, linear regressions were used to determine if species and/or functional diversity.

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Table des matières

REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
ABSTRACT
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
INTRODUCTION GÉNÉRALE
ÉTAT DES CONNAISSANCES
LA COMMUNAUTÉ INTERTIDALE À MACOMA BALTH/CA DE L’ESTUAIRE DU SAINTLAURENT
IMPACT DE LA B10TURBATION SUR LE RECYCLAGE DE LA MATIÈRE ORGANIQUE
Processus de diagenèse précoce
Transport des particules et des solutés
Redistribution des métabolismes bactériens
Développement des communautés méiofauniques
Flux biogéochimiques à l’interface eau-sédiment
ÉTUDE DES RELATIONS ENTRE DIVERSITÉ BENTHIQUE ET FONCTIONNEMENT DES ÉCOSYSTÈMES INTERTIDAUX VIA LES APPROCHES EXPÉRIMENTALES
Diversité spécifique versus diversité fonctionnelle
Le concept de groupe fonctionnel
Les différents attributs fonctionnels des organismes benthiques
Effets des traits fonctionnels sur les réactions diagénétiques: quelques exemples
Quelques modèles de classification fonctionnelle
Étude des interactions
Variabilité temporelle
OBJECTIFS SPÉCIFIQUES
HYPOTHÈSES DE RECHERCHE
ORGANISATION DE LA DEUXIÈME PARTIE DU MANUSCRlT
CHAPITRE 1 THE FUNCTIONAL APPROACH TO BIOTURBATION: THE EFFECTS OF BIODIFFUSERS AND GALLERY-DIFFUSERS OF THE MACOMA BALTHICA
COMMUNITY ON SEDIMENT OXYGEN UPTAKE
RÉSUMÉ
ABSTRACT
INTRODUCTION
MATERlALS AND METHODS
Sampling site
Microcosms
Biovolume
Experimental design
Oxygen flux measurements
Sediment properties
Statistical analysis
RESULTS
Sediment properties
Oxygenfluxes
DISCUSSION
Effects oforganisms on oxygen uptake
Characteristics ofthe gallery-diffuser system
Characteristics ofthe biodiffuser system
Changes in oxygen uptake during the experiment
CONCLUSION
ACKNOWLEDGEMENTS
CHAPITRE 2 THE FUNCTIONAL GROUP APPROACH TO BIOTURBATION: II. THE EFFECTS OF THE MACOMA BALTHICA COMMUNITY ON FLUXES OF NUTRIENTS AND DISSOLVED ORGANIC CARBON ACROSS THE SEDIMENT-WATER INTERFACE
RÉSUMÉ
ABSTRACT
INTRODUCTION
MATERIAL AND METHODS
Sampling site
Microcosms
Experimental design
Flux measurements
Sediment properties
Statistical analysis
RESULTS
Visual observations
Sediment properties
Benthicfluxes
DISCUSSION
Effects ofthe Iwo functional groups on fluxes ofinorganic nutrients (NH4+, N03′, and
POl) and dissolved organic carbon (DOC)
Gallery-diffuser and benthicfluxes
Biodiffuser-inducedfluxes and intra-functional variability
ACKNOWLEDGEMENTS
CHAPITRE 3 THE FUNCTIONAL GROUP APPROACH TO BIOTURBATION: III. THE EFFECTS OF INTERACTIONS AMONG THE FUNCTIONAL GROUPS OF THE MACOMA BALTHICA COMMUNITY ON BENTHIC FLUXES
RÉSUMÉ
ABSTRACT
INTRODUCTION
MATERlAL AND METHODS
Sampling site
Microcosms
Experimental design
Flux measurements
Sedimentproperties
Statistical analysis
Extent and significance ofinteraction among difJerentfunctional groups
Effects ofspecies diversity andfunctional group diversity on benthicfluxes
RESULTS
Sedimentproperties
Benthicfluxes
Interactive effects among species andfunctional groups on benthic fluxes
Effects ofspecies andfunctio nal diversity on benthicfluxes
DISCUSSION
Experimental design
Influence ofmicrophytobenthos
Functional diversity versus species diversity
Effects and mechanisms offunctional interactions
Feeding strategies and partitioning offood
Spatial organization among functional groups
Burrowing depth
Stimulation ofbio-irrigation
CONCLUSIONS
ACKNOWLEDGMENTS
CHAPITRE 4.1 AN ALGORITHM FOR RAPID AUTOMATIC LUMINOPHORE COUNTING IN BIOTURBATION STUDIES
RÉSUMÉ
ABSTRACT
INTRODUCTION
MATERlAL AND PROCEDURES
Manual counting.
Image processing and automatic counting
ASSESSMENT – DISCUSSION
COMMENTS AND RECOMMENDATIONS
ACKNOWLEDGEMENTS
CHAPITRE 4.2 CARACTÉRISATION ET QUANTIFICATION DE L’EFFET DES GROUPES FONCTIONNELS ET DE LEUR DIVERSITÉ SUR LE REMANIEMENT SÉDIMENTAIRE ET LES CARACTÉRISTIQUES MICROBIENNES
RÉSUMÉ
MATÉRIEL ET MÉTHODES
Site d ‘étude
Microcosmes expérimentaux
Les luminophores
Quantification des luminophores
Le modèle d ‘advection-diffusion
Mesures bactériennes
Tests statistiques
Détermination des interactions entre groupesfonctionnels
Effet de la diversité sur les coefficients de remaniement sédimentaire
RÉSULTATS
Distribution des luminophores
Caractérisation du remaniement sédimentaire
Caractérisation des mesures bactériennes
Étude des interactions
Effet de la diversité sur le remaniement sédimentaire
DISCUSSION
CONCLUSIONS GÉNÉRALES ET PERSPECTIVES
CONCLUSIONS
P ERSPECTIVES DE RECHERCHES
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPIDQUES
ANNEXES
EXEMPLES DE DONNÉES BRUTES DE CONCENTRATIONS EN O 2