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Rôle du régime de perturbations sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes marins

Séguin, Annie (2014). Rôle du régime de perturbations sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes marins. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 168 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: Les perturbations naturelles et anthropiques jouent un rôle déterminant dans la structure des communautés naturelles. Sous l'effet des changements climatiques, le régime de ces perturbations est appelé à se modifier. Les perturbations seront ainsi plus fréquentes et de plus forte intensité. Il est essentiel d'être en mesure de détecter et de prédire efficacement l'effet des changements actuels et anticipés des régimes de perturbations sur la biodiversité, alors que le taux d'extinction des espèces serait présentement de 100 à 1000 fois plus élevé que les taux estimés dans le registre fossile. L'objectif principal de cette thèse était donc d'estimer expérimentalement les effets du régime de perturbations sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes marins. La chaine d'impact entre le régime des perturbations, la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes a été étudiée en deux temps. D'abord, nous avons testé l'effet combiné (chapitre 1) et indépendant (chapitre 2) des régimes de perfurbations (fréquence et intensité) sur la biodiversité. Puis, alors qu'il a été suggéré que l'identité fonctionnelle, une composante de la biodiversité, dominerait les effets d'extinctions sur le fonctionnement des écosystèmes, nous avons testé le potentiel prédictif de la taille des espèces au sein de systèmes multitrophiques (chapitre 3). Nous avons étudié le rôle des perturbations sur des communautés benthiques sessiles qui colonisent les cuvettes marines en zone intertidale. Ces espèces sont reconnues comme étant d'excellentes espèces sentinelles, qui nous aident à détecter des changements de biodiversité au sein d'autres systèmes, moins facilement accessibles et plus coûteux à échantillonner. Les chapitres 1 et 2 ont été réalisés directement sur le terrain au sein de cuvettes marines naturelles. Le chapitre 3 a été divisé en deux expérimentations, réalisé en parallèle dans des mésocosmes marins et lacustres. Notre premier objectif étart de vérifier si une augmentation de l'hétérogénéité spatiale de la structure d'une communauté sessile benthique (diversité bêta) était indicative d'un environnement perturbé (chapitre 1 et 2). L'effet des perturbations sur l'hétérogénéité spatiale s'est avéré beaucoup plus complexe. La réponse des communautés serait modulée par le régime (fréquence et intensité) associé à la perturbation. Selon qu'elle survienne à faible ou fort régime, une perturbation aurait des effets opposés sur l'hétérogénéité spatiale. La forme de la relation, à savoir si l'hétérogénéité augmente, diminue, linéairement ou non, a différé en fonction de la source de la perturbation appliquée. La fréquence et l'intensité de perturbations agiraient aussi indépendamment l'une de l'autre et n'affecteraient pas les mêmes composantes de la structure de la communauté. La fréquence d'une perturbation influence la composition, alors que l'intensité affecte plutôt le recouvrement des espèces. Les chapitres 1 et 2 ont aussi mis en évidence que l'hétérogénéité spatiale était une mesure de la biodiversité autant, sinon plus importante que la richesse spécifique (diversité alpha) pour évaluer l'effet des régimes de perturbations. Dans le chapitre 3, nous avons testé le potentiel de la taille des espèces, un trait fonctionnel facile à mesurer, relié aux taux d'extinctions et à plusieurs taux biologiques, à prédire les effets de la perte d'espèces sur le fonctionnement de systèmes multitrophiques. Nous avons montré un effet fort de la taille des espèces sur le fonctionnement. Cet effet serait toutefois plus important lorsque combiné à la position trophique, puisque conjointement, ces deux traits fonctionnels ont expliqué une large proportion de la variation observée dans le fonctionnement des écosystèmes . La taille fut un meilleur prédicteur de l'effet d'extinctions sur les fonctions reliées à la consommation. Nos résultats suggèrent également que l'étude de séquences d'extinction aléatoire sous-estime les effets de la perte d'espèces, comparativement à une séquence d'extinctions ordonnée en fonction de la taille, plus représentative des extinctions en milieu naturel. Cette thèse propose des approches à privilégier afin de détecter et prédire plus efficacement l'effet des perturbations. Les résultats obtenus se sont appuyés sur des plans expérimentaux souvent plus réalistes que ce qui avait été réalisé jusqu'à présent. Nous suggérons, sur la base de nos observations, qu'il serait plus facile qu'anticipé de prédire les effets des perturbations et de la perte de biodiversité associée sur le fonctionnement des écosystèmes. -- Mot(s) clé(s) en français : Perturbation, biodiversité, fonctionnement de l'écosystème, régime, cuvette marine, hétérogénéité spatiale, extinction, communauté benthique. -- ABSTRACT: Natural and anthropogenic disturbances play a key role in structuring natural communities. With climate change, the regime of these disturbances is expected to change. Disturbances will be more frequent and more intense. It is essential to be able to detect and predict efficiently the effects of current and anticipated changes of disturbance regimes on biodiversity, while the rate of species extinction is now 100 to 1000 times higher than the estimated rates in the fossil record. The main objective of this thesis was to estimate experimentally the effects of disturbance regime on biodiversity and the marine ecosystem functioning. The cascade of impacts between disturbance regimes, biodiversity, and ecosystem functioning was studied in two phases. First, we tested the combined (Chapter 1) and independent (Chapter 2) effects of disturbance regimes (frequency and intensity) on biodiversity. Then, while suggested that the functional identity, a component of biodiversity, dominates extinction effects on ecosystem functioning, we tested the predictive capacity of species body size in multitrophic systems (Chapter 3). We studied the role of disturbances on benthic sessile communities colonizing rock pools. These species are often considered as excellent sentinels for estimating changes in biodiversity in other systems, less accessible and more expensive to sample. Chapters 1 and 2 were conducted in situ in marine rock pools and Chapter 3 was carried out in parallel both in marine and freshwater mesocosms. Our first objective was to determine whether an increase in the spatial heterogeneity of a sessile benthic community structure (beta diversity) was diagnostic of disturbed environments (Chapter 1 and 2). We found that the effect of disturbances on spatial heterogeneity was actually much more complex, since the regime (frequency and intensity) associated to the disturbance modulated the response of communities. A disturbance could have opposite effects on spatial heterogeneity, depending on whether it occurs at low or high regimes. The form of the relationship, whether the heterogeneity is increasing, decreasing, linearly or not, depends on the source of the disturbance. The disturbance frequency and intensity also act independently and do not affect the same component of community structure. Disturbance frequency influences species composition, whereas intensity instead affects species cover. Chapters 1 and 2 also showed that spatial heterogeneity is a biodiversity measure as much, if not more important than species richness (alpha diversity) in evaluating the effect of disturbance regimes. In Chapter 3, we tested the potential of species body size to predict the effects of species loss on ecosystem functioning. This functional trait is easily measured and linked to extinction rates and several biological rates. We showed a strong effect of species body size on the functioning. However, this effect was stronger when combined with trophic position. Together, these two functional traits explained a large proportion of the variation observed in functioning. Species body size was a better predictor of species loss effects on functions directly related to consumption. Our results also suggest that the study of random multispecies sequential extinctions underestimates the effects of species loss, when compared to non-random sequential extinctions, ordered by body size, more representative of extinction in natural ecosystems. This thesis suggested approaches to detect and predict the disturbance effects more efficiently. Results were based on more realistic experimental designs. Our observations suggest that it may be easier than expected to predict disturbance effects and associated species loss on ecosystem functioning. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Disturbance, biodiversity, ecosystem functioning, regime, rock pool, spatial heterogeneity, extinction, benthic community.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Archambault, Philippe
Co-directeur(s) de mémoire/thèse: Gravel, Dominique
Informations complémentaires: Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en océanographie en vue de l'obtention du grade de docteur ès sciences.
Mots-clés: Ecosysteme Marin Communaute Benthique Biodiversite Perturbation
Départements et unités départementales: Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 01 févr. 2017 14:48
Dernière modification: 08 mars 2017 20:41
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1130

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