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La dynamique du zooplancton au Lac Saint-Jean

Marion Alexandra. (2018). La dynamique du zooplancton au Lac Saint-Jean. Thèse de doctorat, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

La pêche commerciale et sportive sont importantes au Canada et ont d’importantes répercussions socio-économiques. Le lac Saint-Jean, lac naturel contrôlé par une retenue, est réputé pour sa pêche sportive à la ouananiche (saumon d’eau douce Salmo salar), également au doré jaune (Sander vitreus) et à la lotte (Lota lota). Le lac abrite la plus importante population de ouananiches en Amérique du Nord. Dès lors, il est devenu un attrait écotouristique important pour la région du Québec. Le zooplancton joue un rôle essentiel dans les écosystèmes aquatiques puisqu’il permet le transfert d’énergie de la production primaire vers les niveaux trophiques supérieurs. La productivité de la ouananiche, du doré jaune et de la lotte dépendent de celle de l’éperlan arc-en-ciel (Osmerus mordax), poisson fourrage du lac. Le lien entre ces espèces et l’éperlan est bien connu toutefois très peu d’études se sont intéressées à la relation entre l’éperlan arc-en-ciel et le zooplancton. Ces études ont montré que les larves d’éperlan pouvaient consommer de 60 à 70% par jour de leur masse corporelle au début de l’été et que leur diète était constituée de cladocères et de copépodes. Malgré l’importance du zooplancton pour ces larves, les connaissances sur le zooplancton du lac sont très limitées. Pour mieux comprendre le fonctionnement du système aquatique, il est fondamental de prendre en considération l’étude de la dynamique des populations zooplanctoniques du lac et de connaître les forces environnementales régissant le contrôle de ces populations. L’objectif de cette thèse était d’étudier la dynamique du zooplancton de ce réservoir oligotrophe du Bouclier boréal canadien. Cette étude visait à définir la dynamique du zooplancton du lac et également identifier les différents facteurs environnementaux interagissant sur cette dynamique. Pour étudier cette dynamique, un échantillonnage synoptique de zooplancton et de différentes variables environnementales a été réalisé de mai à octobre (période d’eau libre de glace) pendant deux années consécutives (2006 et 2007) afin d’étudier la dynamique de la structure saisonnière et spatiale de la communauté de crustacés zooplanctoniques ainsi que les processus ascendants et descendants contrôlant la dynamique de population des deux principales espèces de copépodes du lac. Un échantillonnage a été réalisé en 2008 à deux stations pendant cette période (mai à octobre) pour mettre en évidence les relations trophiques à l’intérieur de l’écosystème pélagique du lac à l’aide des isotopes stables de carbone et d’azote. Les résultats ont tout d’abord montré que la communauté de crustacés zooplanctoniques du lac était dominée par deux copépodes Leptodiaptomus ashlandi (calanoïde) et Diacyclops bicuspidatus thomasi (cyclopoïde). Cette communauté a révélé un changement saisonnier qui différait entre les deux années due principalement aux différents patrons d’abondance de L. ashlandi. Cette variabilité interannuelle peut être vraisemblablement expliquée par la prédation des vertébrés (jeunes de l’année d’éperlan arc-en-ciel Osmerus mordax) et la variabilité interannuelle dans la période de floraison printanière phytoplanctonique. La communauté de crustacés zooplanctoniques variait également spatialement avec une abondance d’organismes zooplanctoniques plus importante dans les zones stratifiées comparé aux zones non stratifiées, une conséquence probable d’une prédation des vertébrés de jeunes de l’année d’éperlan arc-en-ciel plus élevée dans les zones pélagiques peu profondes du lac. L’étude démographique de ces deux principales populations de copépodes par analyse transversale a ensuite montré que, pendant la période de croissance de chaque espèce, D. bicuspidatus thomasi avait des taux de mortalité journaliers plus élevés pendant la métamorphose (N6–C1) alors que L. ashlandi avait des taux de mortalité journaliers plus élevés pendant les stades naupliens. Le recrutement journalier différait également pour les deux espèces avec une plus grande perte de la population chez les jeunes stades du calanoïde. Les résultats ont suggéré que le recrutement du cyclopoïde était contrôlé par la reproduction (processus ascendant) alors que celui du calanoïde était gouverné par la reproduction et la mortalité (processus ascendant et descendant) bien qu’également influencé par la dynamique saisonnière de la biomasse phytoplanctonique. Pendant la période de croissance, le cannibalisme influençait la mortalité des jeunes stades du cyclopoïde alors que la température, la biomasse phytoplanctonique, la compétition et le cannibalisme influençaient différemment la mortalité des jeunes stades du calanoïde suivant les deux années. Les signatures isotopiques des organismes zooplanctoniques et des larves d’éperlan ont enfin montré que, de mai à juillet, la plupart des composants du réseau trophique pélagique du lac Saint-Jean dépendait de la matière organique particulaire autochtone bien que certains organismes dépendaient de sources allochtones. Entre août et octobre, le réseau trophique pélagique dépend seulement de sources autochtones. Ce réseau trophique pélagique est caractérisé par une omnivorie prépondérante impliquant des liens trophiques complexes. Les résultats provenant d’un modèle de mélange basé sur l’analyse d’isotopes stables ont suggéré la présence de prédation intraguilde et de cannibalisme au sein de la communauté zooplanctonique. Ces résultats supportent ainsi les différents facteurs impliqués dans la mortalité des jeunes stades des deux principales espèces de la communauté de crustacés zooplanctoniques du lac. L’étude souligne ainsi l’importance de prendre en considération les interactions entre les processus ascendants et descendants gouvernant la dynamique des populations de copépodes et offre un aperçu de la complexité des liens trophiques à l’intérieur de l’écosystème pélagique du lac Saint-Jean.

The commercial and recreational fisheries are important activities in Canada and have a major socio-economic impact. Lake Saint-Jean is known for its recreational fishing of landlocked Atlantic salmon (Salmo salar), also walleye (Sander vitreus) and burbot (Lota lota). The lake has the largest population of landlocked Atlantic salmon in North America, which is a great asset attracting ecotourists in the Québec region. Zooplankton plays an essential role in the aquatic ecosystems since it is an important link in the energy transfer from primary producers to the higher trophic levels. The production of landlocked Atlantic salmon, walleye and burbot are related to abundance of the rainbow smelt (Osmerus mordax), the key forage fish of the lake. The links between these species and the rainbow smelt are well known, though very few studies have been carried out on the relationships between the rainbow smelt and the zooplankton. These studies have shown that larval rainbow smelts can consume 60 to 70% of its body weight per day in early summer and that cladoceran and copepods were their main preys. Despite the importance of zooplankton for larval rainbow smelts, knowledge is rather limited regarding the zooplankton of Lake Saint-Jean. To better understand the aquatic ecosystem functioning, it is fundamental to take into consideration the study of zooplankton population dynamics of the lake and to know the environmental forces governing control of these populations. The aim of this thesis was to investigate the zooplankton dynamics of this oligotrophic reservoir from the boreal Canadian Shield. This study aimed to define the zooplankton dynamics of the lake and also to identify the different environmental factors interacting and driving with this dynamics. To study this dynamics, a synoptic sampling of zooplankton and environmental variables was carried out after the ice break-up from May to October over two years (2006 and 2007) to investigate the dynamics of the seasonal and spatial zooplankton structure as well as the different bottom-up and top-down processes controlling the population dynamics of the main two copepod species of the lake. Another sampling was performed at two stations in 2008 during the same period (May–October) to highlight the trophic relationships within the pelagic ecosystem of the lake using carbon and nitrogen stable isotopes. Firstly, results showed that the crustacean zooplankton community was dominated by two copepods Leptodiaptomus ashlandi (calanoid) and Diacyclops bicuspidatus thomasi (cyclopoid). This community showed a seasonal shift that differed between the two years mainly due to the different patterns in L. ashlandi abundance. This interannual variation can likely be explained by vertebrate predation (YOY rainbow smelt, Osmerus mordax) and the interannual variability in the timing of the phytoplankton spring bloom. This variation reflects the seasonal crustacean zooplankton assemblages. The crustacean zooplankton community was also spatially variable with a higher abundance of zooplankton in stratified zones compared to unstratified zones, a probable consequence of higher vertebrate predation of YOY rainbow smelts in the shallow pelagic areas. Secondly, the demographic study of these two copepod populations using the vertical life table approach showed that during the growing season, D. bicuspidatus thomasi had its highest daily mortality rate during metamorphosis (N6–C1) while L. ashlandi had its highest daily mortality rates during the naupliar stages. The daily recruitment was also different between the two species with a greater population loss in the calanoid early stages. Results suggested that recruitment of the cyclopoid was controlled by reproduction (bottom-up control) while recruitment of the calanoid was governed differently by reproduction and mortality/survival (bottom-up and top-down control) although influenced by seasonal dynamics of phytoplankton biomass. During the growing season, cannibalism influenced the mortality in early stages of the cyclopoid species while temperature, phytoplankton biomass, competition and cannibalism differently influenced the mortality of early stages of the calanoid species from year to year. Finally, the isotopic signatures of zooplankton and rainbow smelt larvae showed that, from May to July, most components of the pelagic food web relied on autochthonous particulate organic matter (POM), although some components relied on allochthonous sources. Between August and October, the pelagic food web relied only on autochthonous sources. This pelagic food web was characterized by a prevalent omnivory implying complex trophic links between organisms. Results from a mixed stable isotope analysis model suggested the occurrence of intraguild predation and cannibalism within the zooplankton community. These results sustained the different factors involved in the mortality of early stages of the two main species of the crustacean zooplankton community of the lake. The study emphasizes the importance to take into account the interplays between bottom-up and top-down controls governing the dynamics of copepod populations and provides a glimpse into the complexity of the trophic links within the pelagic food web of Lake Saint-Jean.

Type de document:Thèse ou mémoire de l'UQAC (Thèse de doctorat)
Date:Juin 2018
Lieu de publication:Chicoutimi
Programme d'étude:Doctorat en biologie
Nombre de pages:201
ISBN:Non spécifié
Sujets:Sciences naturelles et génie > Sciences naturelles > Biologie et autres sciences connexes
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences fondamentales > Programmes d'études de cycles supérieurs en ressources renouvelables, environnement et biologie
Directeur(s), Co-directeur(s) et responsable(s):Sirois, Pascal
Plourde, Stéphane
Mots-clés:dynamique des populations, isotopes stables, lac Saint-Jean, mortalité stade-spécifique, prédation intraguilde, réseau trophique, cannibalisme, dynamique des populations zooplanctoniques, omnivorie, recrutement, structure des communautés zooplanctoniques, cannibalism, food web, intraguild predation, Lake Saint-Jean, mortality, omnivory, recruitment, stable isotopes, zooplankton community structure, zooplankton population dynamics
Déposé le:10 oct. 2018 08:28
Dernière modification:10 oct. 2018 20:17
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