Soutenance mémoire
Réseaux trophiques aquatiques
Les écosystèmes contiennent une myriade d’interactions trophiques, qui dans leur ensemble sont appelées le réseau trophique (Ricklefs et Miller, 2005, Fig. 1.1). Un réseau trophique représente les différentes voies par lesquelles l’énergie passe à travers les populations dans les communautés. En fait, il montre « qui mange qui » (Fig. 1.1). En considérant les différents niveaux trophiques comme des étapes à un processus de transformation d’énergie, il apparaît alors clairement que le cycle de la matière de même que le flux d’énergie qui y est associé permettent de caractériser la structure de l’écosystème (Ricklefs et Miller, 2005). Le premier limnologiste à formuler le concept de réseaux trophique a été Elton en 1927. Il a également mis en évidence que certaines espèces, dites espèces clés, ont un rôle important au sein des écosystèmes par leur influence sur plusieurs autres espèces pouvant être réparties dans différents niveaux trophiques (Elton,1927). En 1942, le premier modèle conceptuel sur la structure trophique des écosystèmes lacustres a été publié par Lindeman. Lindeman a montré que la chaîne alimentaire était formée de différentes niveaux, appelées niveaux trophiques : les producteurs primaires, les herbivores et les carnivores. Les producteurs primaires utilisent la lumière solaire comme source d’énergie pour fabriquer, par photosynthèse, la matière organique (MO); les herbivores se nourrissent des producteurs primaires et les carnivores se nourrissent des herbivores (Lindeman, 1942; Ricklefs et Miller, 2005). Dans les écosystèmes aquatiques, les principaux producteurs primaires sont le phytoplancton , le périphyton et les macrophytes (Closs et al., 2004, Fig . 1.1). Les principaux herbivores sont certaines espèces du zooplancton et les invertébrés benthiques qui se nourrissent d’algues et d’autres végétaux fixés sur le fond (Closs et al. , 2004, Fig. 1.1). Il ya aussi des espèces plus omnivores consommatrices de végétaux, de zooplancton et autres invertébrés, et enfin des espèces strictement carnivores, comme certains poissons (Closs et al.,2004, Fig. 1.1). Les communautés piscicoles sont situées au sommet de la chaîne alimentaire. La façon dont les poissons acquièrent le carbone qui les constitue dépend donc de l’ensemble des voies de transfert de carbone aux niveaux inférieurs du réseau trophique.
Coupes forestières
La coupe forestière s’est beaucoup intensifiée dans les dernières décennies dans la forêt boréale canadienne. La forêt boréale est une vaste zone de végétation qui occupe plus de 70 % du territoire Québécois (Ministère des Ressources naturelles et de la Faune du Québec, 2009). Cette forêt fait l’objet d’une récolte dans le cadre de contrats d’aménagement et d’approvisionnement forestier (CAAF) accordés par le gouvernement du Québec aux différentes compagnies forestières.L’exploitation de la matière ligneuse représente la plus importante industrie d’exploitation des ressources naturelles au Canada qui est le plus grand exportateur de produits ligneux au monde. Au Québec, approximativement 1 % de la forêt boréale est coupée annuellement (Ministère des Ressources naturelles et de la Faune du Québec, 2009). Les coupes forestières sont au cœur de débats publics depuis déjà quelques années. Avec la publication du rapport de la commission d’étude sur la gestion de la forêt publique québécoise (Coulombe et al. , 2004), plusieurs reproches ont été faits sur l’industrie forestière. On lui reproche de surestimer la possibilité forestière et de faire mauvais usage du principe de précaution énoncé dans les termes du développement durable en coupant sans connaître les réels impacts de ces activités sur l’environnement. Les constats du rapport Coulombe exigent en ce sens une meilleure connaissance des impacts environnementaux de l’exploitation forestière sur les écosystèmes afin d’exploiter cette ressource de façon plus rationnelle.L’aménagement forestier durable vise à maintenir et à améliorer la santé à long terme des écosystèmes forestiers, tout en assurant aux générations actuelles et futures de bonnes perspectives écologiques, économiques, sociales et culturelles(Conseil canadien des ministres des forêts, 2012). Selon ce concept, il est ainsi primordial que l’exploitation forestière s’assure du maintien des écosystèmes terrestres et aquatiques. Les données scientifiques étant incomplètes, il est nécessaire de mieux documenter les impacts des coupes forestières sur ces écosystèmes afin d’améliorer la gestion des ressources naturelles associées à la forêt boréale.
Isotopes stables
L’analyse de la composition en isotopes stables du carbone et de l’azote est un outil qui permet d’aborder les réseaux trophiques dans le cadre d’une approche écosystémique (Fry, 1991). Le principe de cette méthode est basé sur la mesure de carbone et d’azote isotopique des organismes en se basant sur le transfert énergétique entre les différents niveaux de la chaîne alimentaire (Vander Zanden et al., 1999). Il est donc possible d’estimer la structure et la dynamique des systèmes écologiques selon la signature isotopique des organismes (Post, 2002). L’abondance de chaque isotope d’un élément chimique est très différente. Par exemple, pour le carbone (C), le 12C est le plus abondant, -98,9% et le 13C très rare, – 1,1 %; pour l’azote (N), le 14N est le plus abondant, -99,63% et le 15N très rare, -0,37%. Comme traceurs naturels on utilise l’abondance relative, soit le rapport isotopique (R) : concentration de l’isotope rare sur la concentration de l’isotope abondant. La valeur de R est très petite, pour cette raison on multiplie le é (différence relative des rapports isotopiques d’un échantillon et d’un étalon) par 1000. La mesure de la composition isotopique en carbone ou azote de la MO est effectuée par spectrométrie de masse à flux continu couplée à des analyses élémentaires (Lajtha et Michener, 1994; Ghashghaie et al., 2001). La composition isotopique des tissus du consommateur dépend de celle de sa nourriture. L’une des façons d’identifier le type de nourriture assimilée par un consommateur consiste à analyser la composition en isotopes naturels stables des différentes composantes étudiées (James et al., 2000). À cause du fractionnement isotopique entre la proie et le prédateur, la composition isotopique augmente, à chaque niveau, au long de la chaîne trophique. De Niro et Epstein (1978) ont analysé les relations entre la signature isotopique de la nourriture et celle des consommateurs. Pour le carbone, la composition isotopique de l’ensemble du corps du consommateur reflétait la composition isotopique de la nourriture, avec un enrichissement moyen en 13C de O,8±1 , 1%0. Pour l’azote, des études similaires ont été menées pour tracer la signature Ù15 N dans les réseaux trophiques (De Niro et Epstein, 1981 ; Minagawa et Wada, 1984). Si les producteurs primaires montraient des signatures très variables, les consommateurs montraient un enrichissement en 15N en moyenne similaire à chaque niveau trophique, étant de 3,4±1 , 1%0. Lors d’une transition trophique, le carbone et l’azote circulent de pair de la proie au prédateur. L’analyse des isotopes du carbone est très souvent couplée à celle de l’azote puisque le fractionnement isotopique de l’azote lors d’un transfert trophique en fait un marqueur intéressant des relations prédateurs – proies.
Sample preparation and analyses
Water samples for the determination of chi a were filtered (200 ml or more) onto Whatman GF/F filters. Pigments were extracted for 24 h in 90% acetone, at 5°C in the dark without grinding. Chi a was determined using Welschmeyer et al. (1993) method. DOC was determined by filtering subsamples of water through precombusted (500°C, 5 h) Whatman GF/F filters. The filtrate was placed in glass P04 (10 ~l ml ). DOC values were obtained using a TOC-5000A analyzer (Shimadzu, Kyoto, Japan),following the protocol of Whitehead et al. (2000). DOC reference standards were produced by the Hansell’s Certified Reference Materials (CRM) program. Total phosphorous (TP) was measured using the molybdenum blue method (Staiton et al. ,1977) after autoclaving 50 ml samples with 0.5 9 of potassium persulfate for 1 h at 120°C. For the determination of isotopie signatures of POM, subsamples of water were filtered through precombusted (500°C, 5 h) Whatman GF/F filters and stored frozen at -20°C until analysis. Terrestrial detritus, macrophytes, periphyton and SOM samples were cleared and separated with aid of a dissecting microscope. Benthic macroinvertebrates and zooplankton samples were identified at the order or family level using Merrit and Cummins (1998) and Edmondson (1959) respectively. After identification, benthic macroinvertebrates were frozen separately at -20°C while zooplankton was frozen as a pool of organisms at -20°C. The total length of each brook trout was recorded. A 2 cm square and 1 cm deep block of dorsal white muscle without skin sam pie was taken from 25 brook trout in each lake. Ali muscle samples were kept frozen at -20°C in scintillation vials until analysis.
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Table des matières
CHAPITRE 1 INTRODUCTION GENERALE
1.1 Réseaux trophiques aquatiques
1.2 Coupes forestières
1.3 Isotopes stables
1.4 Objectifs et hypothèses
1.5 Méthodologie
CHAPITRE Il DETERMINATION OF FOOD SOURCES FOR BENTHIC INVERTEBRATES AND BROOK TROUT (SALVELINUS FONT/NA LIS) IN CANADIAN BOREAL SHIELD LAKES USING STABLE ISOTOPE ANALYSIS
2.1 Abstract
2.2 Introduction
2.3 Methods
2.3.1 Study area
2.3.2 Sampling
2.3.3 Sam pie preparation & analyses
2.3.4 Stable isotope analyses
2.3.5 Data analyses
2.4 Results
2.4.1 Benthic consumers and potential food sources
2.4.2 Brook trout diet breadth
2.4.3 Trophic position
2.4.4 Size-related diet shifts of brook trout
2.5 Discussion
2.5.1 Carbon flow in lake food webs
2.5.2 Trophic position
2.5.3 Brook trout diet breadth
2.5.4 Brook trout size-related diet shifts
CHAPITRE 3 IMPACT OF FOREST HARVESTING ON WATER QUALITY AND FLUORESCENCE CHARACTERISTICS OF DISSOLVED ORGANIC MATTER IN EASTERN CANADIAN BOREAL SHIELD LAKES
3.1 Abstract
3.2 Introduction
3.3 Methods
3.3.1 Study area
3.3.2 Sampling
3.3.3 Water quality measurements
3.3.4 Absorption and fluorescence measurements
3.3.5 Data analyses
3.4 Results
3.5 Discussion
CHAPITRE IV LAND-USE EFFECTS ON TROPHIC STRUCTURE OF EASTERN CANADIAN BOREAL SHIELD LAKES: INSIGHTS FROM STABLE ISOTOPE ANALYSES
4.1 Abstract
4.2 Introduction
4.3 Methods
4.3.1 Ethic statement
4.3.2 Study area
4.3.3 Sampling
4.3.4 Sam pie preparation and analyses
4.3.5 Stable isotope analyses
4.3.6 Data analyses
4.4 Results
4.5 Discussion
4.5.1 C sources supporting food webs
4.5.2 Brook trout diet breadth
4.5.3 Size-related diet shifts of brook trout
CHAPITRE V CONCLUSION GÉNÉRALE
5.1 Contexte et originalité de l’étude
5.2 Rappel des objectifs
5.3 Principaux résultats avant les coupes forestières
5.3.1 Description du réseau trophique lacustre
5.3.2 Régime alimentaire de l’omble de fontaine
5.4 Principaux résultats après les coupes forestières
5.4.1 Impact des coupes forestières sur la qualité de l’eau
5.4.2 Impact des coupes forestières sur la nature du COD
5.4.3 Impact des coupes forestières sur le réseau trophique littoral
5.4.4 Impact des coupes forestières sur l’alimentation de l’omble de fontaine
5.5 Conclusion
5.6 Portée de l’étude
5.7 Limitations de l’étude
5.7.1 Variabilité naturelle
5.7.2 Limitations de l’analyse en isotopes stables
5.7.3 Variabilité temporelle
5.7.4 Proies terrestres
5.8 Perspectives
5.8.1 Effets de la hausse du COD sur l’alimentation de l’omble de fontaine
5.8.2 Contenus stomacaux
5.8.3 Rendement de croissance de l’omble de fontaine
5.8.4 Impact de la coupe forestière à long terme
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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