Biodiversité et intégrité écologique des écosystèmes aquatiquesrevue par les archives sédimentaires des lacs forestiers soumis aux
perturbations naturelles et anthropiques
Reinhard PIENITZ
Département de Géographie
Université LavalPhoto: Reinhard Pienitz
Laboratoire de
Paléoécologie Aquatique
Les écosystèmes et habitats aquatiques d’eau douce sont influencés parl'environnement qui les entoure et en dépendent. La forêt dans un bassin versantrefroidit un plan d’eau en lui donnant de l'ombre, lui apporte des quantités variablesde matières organiques et d'éléments nutritifs, et l’aide à filtrer l'eau. Parconséquent, si la forêt du bassin versant subit des changements majeurs,l'écosystème aquatique- y compris les plantes et les animaux- est également modifié.
Photo: Vosagus / licence CC BY-SA 3.0 Via Wikimedia Commons
• Infiltration?
• Ruissellement?
• Sédiments?
Les effets de la végétation sur le ruissellement, les eaux
souterraines et le transport des sédiments
Plus de ruissellement
Plus de transport des sédiments
Moins d’infiltration
Dépôt de sédiments
Plus d’infiltration
Photos: 3.bp.blogspot.com; Figure: https://www.meted.ucar.edu/training_module.php?id=207
Les activités forestières ont le potentiel de causer desperturbations et d’amplifier un nombre de conditions ayant uneffet négatif sur les habitats et biotes aquatiques:
• Érosion des sols (forte turbidité, taux de sédimentation élevé)
• Modification des courants dans la colonne d’eau
• Modification du régime thermique du lac
• Concentration en nutriments (eutrophisation)
• Matière organique (biomasse)
• Niveaux d’oxygène (désoxygénation)
• Produits chimiques (pollution)
• Etc.
perte de la biodiversité
perte de services écosystémiques
Begon et al. 2006, Ecology: from individuals to ecosystems
L’effet de la déforestation sur le ruissellement
et la composition chimique des cours d’eau
DéforestationConcentrations d'ions dans
l'eau provenant du bassin
versant expérimentalement
déboisé et du bassin versant
de « contrôle » du ruisseau
Hubbard, É.-U.
Le moment de la
déforestation est indiqué par
la ligne pointillée rouge
(d’après Likens & Borman, 1975).
Ca 2+
K +
NO3-
Bassin versant déboisé
Bassin versant de contrôle
Populations de poissons: perturbations par les activités forestières, Jamésie
Dallaire 2006, CTRI
Objectif:
Démontrer l’utilité des données à long-terme de la paléolimnologie pour connaîtrel’évolution de la biodiversité passée dans les lacs forestiers (algues, invertébrés, chaînetrophique) sous l’influence des perturbations forestières (naturelles et anthropiques), pourainsi mieux prévoir les mesures de protection et de gestion.
Paléolimnologie
Science multidisciplinaire qui étudie l’information biologique, chimique et physique préservée dans les sédiments qui s’accumulent au fond des lacs
L’approche paléolimnologique
Indicateurs des changements dans les archives sédimentaires
alguesinvertébrés
L’approche du « Top-Bottom » ou « Avant-Après »en paléolimnologie
Hausmann & Pienitz 2009, Hydrobiologia
Variations saisonnières de la chimie de l'eau et des communautés de diatomées dans six lacs boréaux des Laurentides (Québec, Canada): impacts de la récolte du bois et du climat
Lac Maxi = seul lac dont le bassin versant
avait été entièrement dégagé peu avant
l'échantillonnage en 2002, alors que les
sols manquaient de couverture végétale
Hausmann & Pienitz, Hydrobiologia 2009
Moyenne composition chimiquede l’eau, profondeur Secchi (=turbidité), et concentration dechlorophylle a dans six lacs desLaurentides, Charlevoix (C =Cyprès, J = Joachim, M = Moreau, S= Sommet, E = Elysée, M = Maxi).Les échantillons ont été prélevésde mai à octobre en 2002 à desintervalles de deux semaines. Lesbarres d'erreur représentent ladéviation standard.
Lac Maxi présentait des
concentrations de P, PRS, N,
chlorophylle a et COD
significativement plus élevées, et
une turbidité plus forte
(profondeur Secchi 3 fois moins
profonde)
P(µg L-1)
N(µg L-1)
Chla(µg L-1) COD(mg L-1)
PRS(µg L-1)
Secchi (m)
Variations saisonnières de la chimie de l'eau et des communautés de diatomées dans six lacs boréaux des Laurentides (Québec, Canada): impacts de la récolte du bois et du climat
Hausmann & Pienitz 2009, Hydrobiologia
Maxi
Asterionella formosa = typique des milieux eutrophes !
Walden Pond, Massachusetts, États-Unis
Köster et al. 2005, Aquatic Ecosystem Health & Management
Walden Pond, Massachusetts, États-Unis:
effets de l’exploitation forestière
Köster et al. 2005, Aquatic Ecosystem Health & Management
• 430 à 1750 AD : période de stabilité environnementale• 1750 AD à aujourd’hui : exploitation forestière dans le bassin
versant de Walden Pond
Pollens
Köster et al. 2005, Aquatic Ecosystem Health & Management
Walden Pond, Massachusetts, États-Unis:
effets de l’exploitation forestière
Diatomées
Apparition massive d’espèces d’algues indicatrices d’une productivité primaire élevée !
Biomasse totale moyenne annuelle de différents groupes d’algues dans des lacs du Bouclier Canadien, Québec. R = lacs de référence/contrôle; D = lacs déboisés; B = lacs brûlés.
R D B R D B R D B
Impact des effluents d’usines de pâtes et papiers sur les biotes aquatiques du lac Päijanne (Finlande)
Meriläinen et al. 2001, J. Paleolimnology
Concentration d'acides résiniques de l'industrie de transformation chimique du bois dans les sédiments du lac Päijanne
Impact des effluents d’usines de pâtes et papiers sur les diatomées et chironomidés à travers le temps dans les sédiments du lac Päijanne (Finlande)
Meriläinen et al. 2001, J. Paleolimnology
chironomidés
diatomées
Ordination ACP (analyse des composantes principales)pour les diatomées dans les sédiments du lac Päijanne, Finlande
Meriläinen et al. 2001, J. Paleolimnology
Exemple reconstitution biodiversité par méthodes ADN
en paléolimnologie
Domaizon et al. 2017, J. Paleolimnology
groupes ne produisant pas de restes morphologiques adéquats, mais dont l'ADN pourrait être utilisé en paléolimnologie
groupes produisant des restes morphologiques adéquats
Reconstitution de la paléo-biodiversité
Nombre d'espèces (indice de richesse) à n'importe quelle
période de temps dans le passé
(ex., indices de Shannon, Simpson)
Différences dans la composition en espèces
à travers le temps
(angl. compositional turnover = CT)
Diversité BetaDiversité Alpha
Reconstitution de la paléo-biodiversité
Engels, Medeiros et al., in prep.
lac T 02
expansion des arbustes
α-div. ß-div.
Conclusions et perspectives (1)
• Sédiments lacustres = documents polyvalents des impacts d’activités forestières sur la biodiversité et l'intégrité écologique des écosystèmes aquatiques en milieu boisé;
• Paléolimnologie fournit une perspective à long-terme et une référence de base (« background ») qui permet aux décideurs de développer des stratégies de protection adéquates (durables) dans le cadre de plans de gestion des écosystèmes;
• Analyse ADN contribue à l'élaboration de nouveaux scénarios de biodiversité (multiples dimensions de la diversité, nouveaux indicateurs) face aux pressions environnementales à travers le temps.
Général
Impacts des coupes forestières• L’exploitation forestière change la capacité de rétention des nutriments
par le bassin versant des lacs, et modifie leurs conditions physiques, chimiques et biologiques;
• Changements coïncident principalement à l’augmentation des apports externes en sédiments organiques et de produits de décomposition dissous des sols à partir du bassin versant;
• Pas d’effet significatif sur lacs en forêt localisés sur le Bouclier Canadien avec faible développement de sols;
• Situation différente pour les lacs du Bouclier Canadien avec sols épais dans leur bassin versant;
• Durée des impacts sur les lacs peut varier en fonction de plusieurs facteurs (ex, épaisseur et type de sol, temps de régénération de la végétation, ratio superficie déboisée/superficie lac, temps de séjour des eaux, etc.).
Conclusions et perspectives (2)
Remerciements
• Mme Marie-France Barrette, MFFP
• Membres du LPA, Université Laval
Laboratoire de Paléoécologie Aquatique