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Étude des facteurs environnementaux structurant la diversité et la distribution des communautés benthiques de l'Arctique canadien = Studying environmental factors structuring benthic diversity and community distribution in the canadian Arctic

Roy, Virginie (2014). Étude des facteurs environnementaux structurant la diversité et la distribution des communautés benthiques de l'Arctique canadien = Studying environmental factors structuring benthic diversity and community distribution in the canadian Arctic. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 315 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: L'océan Arctique subit déjà et à un rythme accéléré les effets du réchauffement climatique global. La baisse constante de la couverture de glace multiannuelle et l'allongement de la période d'eau libre en été alimentent des intérêts économiques croissants dans l'Arctique canadien en raison de l'ouverture du passage du Nord-Ouest à la navigation et du potentiel d'exploitation d'hydrocarbures. Les impacts éventuels des changements climatiques et des activités anthropiques sur l'écosystème marin benthique peuvent être sévères, mais sont difficiles à évaluer et à prévoir, car peu de données de référence documentant les conditions actuelles de cet écosystème existent. L'objectif principal de cette thèse est ainsi de décrire la diversité et la distribution des communautés benthiques de l'Arctique canadien et de comprendre comment les facteurs environnementaux les structurent. Le premier recensement à ce jour de la diversité des communautés de la mégafaune benthique à l'échelle de l'Arctique canadien (chapitre 1) a permis d'étudier les facteurs environnementaux les structurant (chapitre 2). Ensuite, une étude à l'échelle régionale a permis de créer des modèles prédictifs des patrons de distribution des communautés de la macro faune (chapitre 3). Finalement, la variabilité spatiale de réponses fonctionnelles du réseau trophique benthique le long de gradients environnementaux (chapitre 4) a été examinée afin de mieux comprendre les processus générant les relations environnement - communautés observées dans les premiers chapitres. Tout d'abord, le chapitre 1 montre qu'au total 527 taxa de la mégafaune ont été dénombrés sur un ensemble de 78 stations à travers l'Arctique canadien. Les richesses taxonomiques moyennes observées dans cinq régions de l'Arctique canadien sont dans l'ensemble similaires, mais environ 34 % à 59 % des taxa restent à être documentés dans chacune des régions. Malgré une grande hétérogénéité d'habitats (diversité bêta), la région du golfe d'Amundsen présente une plus faible richesse taxonomique que dans la région voisine de la mer de Beaufort. Les communautés benthiques sont également similaires entre les régions, sauf dans le cas de la mer de Beaufort où la rivière Mackenzie influence de façon distincte la composition taxonomique. Le chapitre 2 illustre qu'à l'échelle de l'Arctique canadien c' est une combinaison de variables environnementales, variant sur plusieurs échelles spatiales (continentale, régionale et locale), qui structurent les six communautés de la mégafaune benthique définies sur la base de la similarité de leur composition taxonomique. Dans l' ensemble, la biomasse, la densité et la richesse de la mégafaune diminuent avec la profondeur et augmentent avec la disponibilité des ressources. Cependant, le pouvoir explicatif de toutes les relations statistiques analysées est modéré, car des conditions biologiques et physiques locales et régionales, telle la présence de polynies ou de courants de fond, interfèrent avec les tendances à l'échelle continentale. Le chapitre 3 étudie spécifiquement les facteurs environnementaux structurant les communautés de la macro faune benthique de la mer de Beaufort et du golfe d'Amundsen, des régions où l'exploration et l' exploitation de sources d'hydrocarbures devraient s'intensifier dans un avenir rapproché. La faible variabilité temporelle des communautés a permis d'assembler plusieurs bases de données en provenance de divers programmes scientifiques entre 1973 et 2012 dans le but de créer des modèles prédictifs. Les patrons de richesse et de densité, de même que les communautés, sont distribués régionalement en fonction de la profondeur et de la salinité. À une échelle spatiale plus fine, sur le plateau continental « 200 m), les communautés sont distribuées en fonction de la granulométrie du substrat. Finalement, via l'examen de la variabilité spatiale de la composition des isotopes stables du carbone (Ô l3C), le chapitre 4 indique que la source principale de carbone des invertébrés benthiques de l'archipel arctique canadien provient des algues de glace. Ce fort couplage algues de glace - benthos est particulièrement évident dans les détroits de Barrow et d'Éclipse où se trouvent d'ailleurs les plus fortes biomasses d'algues de glace répertoriées jusqu'à maintenant dans l'Arctique canadien. La variabilité des ratios isotopiques de l'azote (Ô I5N) montre que comparativement à leurs homologues du plateau continental « 200 m), les consommateurs primaires des stations profondes (2: 200 m) assimilent de la matière organique dégradée et les prédateurs-charognards ont une diète principalement omnivore. Cette thèse lègue dans l'ensemble de nombreuses données originales de référence pour l'Arctique canadien, entre autres sur la diversité de la mégafaune benthique. Cette recherche a permis également de montrer la complexité des relations environnement - communautés sur plusieurs échelles spatiales et apporte de nouvelles connaissances quant à l' importance actuelle des algues de glace comme source principale de carbone des communautés benthiques de l'Arctique canadien. Les résultats obtenus quant aux facteurs environnementaux principaux structurant la diversité et la distribution des communautés pourront servir dans les processus canadiens de désignation des zones d' importance écologique et biologique (ZIEB) et dans la planification nationale d' aires marines protégées et de stratégies de conservation. En outre, ces résultats aideront à orienter de futures études scientifiques ayant comme objectif l'approfondissement des processus et des mécanismes à l'origine des relations identifiées dans cette thèse. -- Mots clés: Arctique canadien, benthos, macrofaune, mégafaune, diversité, écologie des communautés, facteurs environnementaux, variabilité spatiale, isotopes stables, couplage pélago-benthique. --ABSTRACT: The Arctic Ocean is already subject at an accelerated rate to the effects of global warrning. The constant decrease of multiannual ice coyer along with the lengthening of the ice free period in summer permit the opening of the Northwest Passage to navigation and potential hydrocarbon exploitation. This supports increasing economic interest in the Canadian Arctic. The eventual impacts of climate change and anthropogenic activities on benthic marine ecosystems can be severe, but are difficult to evaluate and predict, because few reference data documenting present conditions of this ecosystem exist. The general objective of this thesis is therefore to describe the diversity and the distribution of benthic communities of the Canadian Arctic, and to evaluate how environmental factors structure them. The first census of the diversity of megabenthic communities to this day at the Canadian Arctic scale (chapter 1) has enabled the study of environmental factors structuring them (chapter 2). Following this, a study at regional scale led to the creation of predictive models on the distribution of macrobenthos patterns (chapter 3). Finally, the spatial variability of benthic food-webs' functional responses along environmental gradients (chapter 4) has been examined in order to better understand the processes generating the environment - communities relationships described in the first three chapters. First of aIl, chapter 1 demonstrates that 527 taxa of the megafauna have been identified out of 78 stations across the Canadian Arctic. The mean taxonomic richness observed in five Canadian Arctic regions are overall similar but it is predicted that there are 34 % to 59 % of taxa remaining to be documented in each region. Despite a high habitat heterogeneity (beta diversity), the Amundsen Gulf region showed a lower taxonomic richness than in the neighboring region of the Beaufort Sea. Megabenthic communities are overall similar across regions, except in the case of the Beaufort Sea region, where the Mackenzie River influences distinctively the community composition. Chapter 2 shows that, at the Canadian Arctic scale, it is a combination of environmental factors at different spatial scales (continental, regional and local) which structure the six megafaunal benthic communities defined on the base of their taxonomic composition similarities. Overall, biomass, density and megafaunal richness decrease with depth and increase with food supply proxies. However, strength of aIl the statistical relationships analyzed was moderate, because local- to regional-scale physical and biological conditions, such as the presence of polynyas or of deep currents, interfere with continental-scale trends. Chapter 3 looks specifically at environmental factors structuring communities of benthic macrofauna in the Beaufort Sea and Amundsen Gulf, regions where the exploration and exploitation of hydrocarbon sources are expected to intensif y in the near future. Low temporal variability of communities has allowed assembling several databases from various scientific programs between 1973 and 2012 in order to create predi cti ve models. Patterns of richness and density, as weil as communities,are distributed regionally as a function of depth and salinity. At a finer scale on the continental shelf « 200 m), communities are distributed in function of sediment grain size. Finally, via the assessment of spatial variability of stable isotope compositIOn of carbon (ô l3C), chapter 4 indicates that the principal source of carbon for benthic invertebrates in the Canadian Arctic Archipelago originates from ice algae. This strong ice algae - benthos coupling is particularly evident in Barrow Strait and Eclipse Sound, two are as across the Canadian Arctic where highest ice algal biomass has been recorded until now. The variability of the nitrogen stable isotope composition (Ô 15N) demonstrates that, compared to their counterparts on the continental shelf « 200 m), benthic primary consumers of deep stations (2: 200 m) assimilate degraded organic matter and predatorscavenger feeders have principally an omnivorous diet. This thesis overall provides numerous benthic baseline data for the Canadian Arctic, such as a census on megafauna benthic diversity. This research has also demonstrated the complexity of environment - community relationships acting at several spatial scales and brings new knowledge about the current importance of ice algae as a principal carbon source for Canadian Arctic benthic communities. Results on the principal environmental factors structuring corn munit y diversity and distribution could serve to identify ecologically and biologically significant areas (EBSAs), as weil as in national designation process of marine protected areas and conservation strategies. AIso, these results will assist to orient future scientific studies having as a goal a deeper understanding of processes and mechanisms of the relations identified in this thesis. -- Keywords: Canadian Arctic, benthos, macrofauna, megafauna, diversity, community ecology, environmental variables, spatial variability, stable isotopes, pelagic-benthic coupling.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Archambault, Philippe
Co-directeur(s) de mémoire/thèse: Conlan, Kathleen
Informations complémentaires: Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en océanographie en vue de l'obtention du grade de philosophiae doctor, océanographie.
Mots-clés: Benthos Arctique Canada Diversite Ecologie
Départements et unités départementales: Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 05 mai 2016 14:51
Dernière modification: 05 mai 2016 14:53
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1063

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