Ce mémoire a comme objectif de présenter une revue de la littérature et une analyse comparative des différents modèles existants pour le calcul de la capacité de support d’un plan d’eau aux apports en phosphore. Ce document a aussi pour but d’évaluer les différentes options pour l’utilisation de ce genre d’outil au Québec, ainsi que d’amorcer une réflexion sur les applications possibles de ce concept au niveau local, en lien avec l’aménagement du territoire des bassins versants. L’analyse comparative des modèles théoriques, combinée à la réflexion d’acteurs clés impliqués actuellement dans un processus qui consiste à tester leur utilisation dans les Laurentides au Québec, a permis de mettre en relief l’importance de calibrer les modèles régionalement. De plus, certains avantages semblent résider dans l’utilisation d’un modèle de nature empirique afin d’effectuer les prédictions sur les apports naturels et totaux en phosphore pour les lacs de cette région. Par contre, l’utilisation d’une approche de type « bilan de masse », s’avère tout de même indispensable afin de relativiser l’importance des différents apports anthropiques en phosphore du bassin versant. Dans l’avenir, l’utilisation de tels modèles permettra possiblement de justifier certaines mesures restrictives au développement des bassins versants, qui pourront s’insérer parmi les outils d’urbanisme actuels. Ce sont principalement les municipalités qui détiennent les pouvoirs nécessaires afin d’intégrer les prescriptions découlant de ce genre d’analyse à l’aménagement du territoire des bassins versants. Plusieurs outils d’urbanisme, tels que les plans d’aménagement d’ensemble (PAE) ou bien les règlements de zonage et de lotissement, semblent donner assez de latitude afin de permettre aux municipalités d’intervenir en ce sens. Toutefois, les modèles de capacité de support ne pourront pas être utilisés afin de calculer un nombre précis d’habitations qu’il est possible de construire dans le bassin versant d’un lac. / This study presents a literature review of current carrying capacity models developed in Ontario and Quebec (Canada) for the estimation of phosphorus (P) loading in lakes. Another objective is to evaluate their applications to land and watershed management practices in Quebec. A comparison of theoretical and empirical models, combined with the observations of keys stakeholders, confirms the importance of calibrating models regionally. The analysis further reveals that empirical models estimate more accurately P concentrations in lakes. However, the use of traditional mass balance approaches is still a necessity for the estimation of different P sources in the watershed. These models can support decision makers and land managers in Quebec in the application of more restrictive measures in lakes where the carrying capacity is currently exceeded. In Quebec, the use of the models and their implementation in the legislation will be a municipal responsibility. Many urbanism tools already allow this kind of intervention (zoning, « outils à caractère discrétionnaire »). But, model use alone will not be sufficient to justify a total interdiction of land development in a watershed or to impose a strict limit to house and cottage development.

Doctorat réalisé en cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université Paul Sabatier-Toulouse III / Il est maintenant reconnu que les changements climatiques ont des impacts importants sur l’ensemble des organismes vivants. Parmi les facteurs de ces changements, la température occupe une place prépondérante pour les organismes ectothermes car elle régule leur métabolisme. Toutefois, bien que les effets de la température sur les individus d’une espèce soient largement connus, les connaissances demeurent limitées quant aux conséquences sur les interactions trophiques. Dans ce contexte, notre étude s’intéresse aux effets de la température sur un système biologique composé d’une plante, le poivron Capsicum annuum L., d’un herbivore, le puceron Myzus persicae Sulzer (proie extraguilde), ainsi que de deux de ses ennemis naturels : la coccinelle maculée Coleomegilla maculata lengi Timberlake (prédateur intraguilde) et la cécidomyie prédatrice Aphidoletes aphidimyza Rondani (proie intraguilde). Dans ce but, nous avons opté pour une approche multiple comprenant : (1) la modélisation des interactions prédateur-proie et intraguilde (prédation entre deux compétiteurs d’espèces différentes qui exploitent une même ressource), (2) la réalisation d’expériences empiriques en laboratoire permettant de tester les prédictions des modèles et de caractériser l’effet de la température et de ses variations sur les composantes du système biologique étudié. Conformément aux prédictions d’un premier modèle, nous mettons en évidence que, lorsque la température augmente, C. maculata est plus efficace pour trouver et manipuler ses proies, ce qui augmente le taux de prédation. En revanche, à haute température son efficacité de recherche décroît, ce qui entraîne une diminution du taux de prédation. L’activité de prédation se limite donc à une fenêtre thermique en dehors de laquelle elle est réduite ou nulle. Par la suite, nous comparons un modèle linéaire et un modèle non-linéaire (saturant à haute densité de proies) afin de déterminer lequel de ces deux modèles décrit le mieux la réponse fonctionnelle d’un prédateur intraguilde, c’est-à-dire la relation entre le nombre de proies consommées et la densité de proies. Nos résultats expérimentaux démontrent que les prédictions du modèle non-linéaire correspondent bien aux observations empiriques, tandis que le modèle linéaire surestime largement le nombre de proies consommées et la fréquence des interactions intraguildes. Par la suite, nous dérivons le modèle non-linéaire afin d’y inclure l’effet de la température. Comme prédit par ce dernier modèle, la prédation intraguilde devient plus fréquente lorsque la température augmente mais diminue lorsqu’il y a davantage de proies extraguildes. Dans une dernière étude, nous soumettons le système biologique à des pics de température. Nos résultats démontrent que ces pics diminuent la fécondité des pucerons, l’accroissement de leurs populations, le poids des larves de coccinelles et le contrôle des pucerons par les coccinelles mais n’ont pas d’effets sur la plante et les relations plante-insecte. Le système biologique s’avère également plus résistant aux pics de température en présence de coccinelles qu’en leur absence. En conclusion, notre étude souligne l’importance de considérer la température dans les interactions trophiques puisqu’elle influence le comportement des organismes et la fréquence de leur interaction, ce qui se répercute au niveau des populations et des communautés. / There are several pieces of evidence that climate change significantly impact plants, herbivores, and predators. For ectotherms, temperature is the most important factor associated with these changes as it regulates their metabolism. Although the effects of temperature on individual organisms or populations have been well documented, our understanding about their consequences on trophic and guild interactions remains limited. In this context, we investigated the effects of temperature on complex interactions between a plant, the pepper Capsicum annuum L.; an herbivore, the aphid Myzus persicae Sulzer (extraguild prey); and two of its natural enemies, the ladybeetle Coleomegilla maculata lengi Timberlake (intraguild predator) and the predatory midge Aphidoletes aphidimyza Rondani (intraguild prey). We combined two approaches: (1) modeling predator–prey and intraguild (predation between two species that compete for the same resource) interactions, and (2) testing model predictions and characterizing the effects of temperature on components of our biological system through laboratory experiments. As predicted by the first model, we found that when temperature rises, C. maculata is more efficient at finding and handling prey, which increases predation rate. However, search rate decreases at high temperatures, leading to a reduction in predation. The predatory activity is therefore limited to a temperature window outside of which predation is reduced or absent. The next objective was to compare two models, one linear and one nonlinear, to determine which one best describes the functional response (the relationship between the number of prey consumed and prey density) of an intraguild predator. Results indicated that predictions of the nonlinear model (i.e., saturating at high prey densities) fit empirical observations well while the linear model greatly overestimates the number of prey consumed and the incidence of intraguild predation. Subsequently, we derived the nonlinear model to include the effect of temperature. As predicted by this model, we found that the incidence of intraguild predation increases with temperature but decreases when extraguild prey are more abundant. In a last experiment, we investigated the effects of temperature peaks on each component of our biological system. Results showed that temperature peaks reduce aphid fecundity and thereby population growth, decrease the weight of ladybeetle larvae, and decrease aphid control by ladybeetles, but have no effect on plants or plant–insect relationships. We also observed that the food chain is more resistant to temperature peaks when ladybeetles are included in the system than when they are absent. This suggests that ecosystems with predators exerting strong biotic control on prey population should be more resistant to climate change than ecosystem lacking them. In conclusion, our study highlights the importance of considering temperature in trophic and guild interactions since it influences the behavior of organisms as well as the frequency of interactions that affect population and community dynamics.

Un animal qui s’approvisionne en groupe peut rechercher soi-même sa nourriture (tactique producteur) ou tenter de se joindre à des parcelles déjà découvertes par un autre individu (tactique chapardeur). Bien que les modèles de jeu producteur-chapardeur partent du principe que les gains moyens à l’équilibre associés à chacune de ces tactiques sont égaux et ne dépendent pas des caractéristiques des individus, de plus en plus d’études démontrent que le gain de chaque tactique est influencé par certaines caractéristiques phénotypiques (agressivité, capacités d’apprentissage,…). Dans cette étude, nous nous intéressons aux effets de la testostérone sur le choix des tactiques d’approvisionnement chez les mâles de diamant mandarin (Taeniopygia guttata). La testostérone est connue pour influencer le développement du cerveau et l’agressivité, nous avons donc testé les effets d’une exposition prénatale à la testostérone ainsi que durant l’âge adulte sur le choix des tactiques d’approvisionnement lorsque la nourriture est cryptique ou défendable. Nous avons réalisé deux expériences : nous avons tout d’abord utilisé la longueur du tarse ainsi que la différence entre les longueurs des doigts 2 et 4 comme des indicateurs de l’exposition prénatale à la testostérone puis testé si ces différences morphologiques se traduisent par des différences dans le choix des tactiques dans une condition défendable et une condition cryptique. Nous avons trouvé que le choix des tactiques chez les diamants mandarins était limité par le phénotype. Une exposition précoce à la testostérone au cours du développement prénatal pourrait donc être la cause d’au moins une part de la variation observée dans le choix des tactiques d’approvisionnement. Ensuite, nous avons manipulé le taux de testostérone plasmatique chez des mâles adultes grâce à des implants hormonaux sous-cutanés puis comparé le comportement des individus lorsqu’ils portaient un implant hormonal et un implant contrôle et ce, dans chacune des deux conditions d’approvisionnement. Nous n’avons mis en évidence aucun effet du taux de testostérone plasmatique sur le choix des tactiques à l’âge adulte. Nos résultats sont en accord avec l’hypothèse que le choix des tactiques d’approvisionnement peut être influencé par les hormones. Notre conclusion est que les hormones stéroïdiennes peut affecter le choix des tactiques via l’existence d’effets maternels dans le jeu producteur-chapardeur. / An animal foraging in groups can search for its own food (producer tactic) or try to join food patches previously discovered by another group member (scrounger tactic). Although producer-scrounger game models assume that the payoffs associated with both tactic are equal at equilibrium and so do not depend on individual characteristics, there is recent evidence that tactic choice is constrained by certain phenotypical traits (aggressivity, learning abilities…). In this study, we examined the effect of testosterone on tactic use in male zebra finches (Taeniopygia guttata). Because testosterone is known to affect both brain development and aggressiveness, we tested whether differences in testosterone exposure either during development or in adulthood had an effect on producer-scrounger tactic use, when food was cryptic or defendable. First, we measured the tarsus length and the distance between the end of the fourth and the end of the second digit as proxies of prenatal exposure to testosterone, and tested whether they were correlated with foraging tactic use under both conditions. We found that tactic choice in zebra finches is phenotypically constrained. We suggest that early exposure to sex hormones during the embryonic period could be responsible for at least a part of the variation in tactic choice. Second, we manipulated the circulating level of testosterone in adult male zebra finches using subcutaneous testosterone implants, and compared the behavior of individuals when they had either a control implant or a testosterone implant. This time we found no effect of plasmatic level of testosterone on tactic choice. Our results are consistent with the hypothesis that tactic choice in zebra finches could be mediated by hormones. Our finding that steroid hormones can affect tactic use provides evidence for maternal effects in producer-scrounger games.

La variabilité spatiale et temporelle de l’écoulement en rivière contribue à créer une mosaïque d’habitat dynamique qui soutient la diversité écologique. Une des questions fondamentales en écohydraulique est de déterminer quelles sont les échelles spatiales et temporelles de variation de l’habitat les plus importantes pour les organismes à divers stades de vie. L’objectif général de la thèse consiste à examiner les liens entre la variabilité de l’habitat et le comportement du saumon Atlantique juvénile. Plus spécifiquement, trois thèmes sont abordés : la turbulence en tant que variable d’habitat du poisson, les échelles spatiales et temporelles de sélection de l’habitat et la variabilité individuelle du comportement du poisson. À l’aide de données empiriques détaillées et d’analyses statistiques variées, nos objectifs étaient de 1) quantifier les liens causaux entre les variables d’habitat du poisson « usuelles » et les propriétés turbulentes à échelles multiples; 2) tester l’utilisation d’un chenal portatif pour analyser l’effet des propriétés turbulentes sur les probabilités de capture de proie et du comportement alimentaire des saumons juvéniles; 3) analyser les échelles spatiales et temporelles de sélection de l’habitat dans un tronçon l’été et l’automne; 4) examiner la variation individuelle saisonnière et journalière des patrons d’activité, d’utilisation de l’habitat et de leur interaction; 5) investiguer la variation individuelle du comportement spatial en relation aux fluctuations environnementales. La thèse procure une caractérisation détaillée de la turbulence dans les mouilles et les seuils et montre que la capacité des variables d’habitat du poisson usuelles à expliquer les propriétés turbulentes est relativement basse, surtout dans les petites échelles, mais varie de façon importante entre les unités morphologiques. D’un point de vue pratique, ce niveau de complexité suggère que la turbulence devrait être considérée comme une variable écologique distincte. Dans une deuxième expérience, en utilisant un chenal portatif in situ, nous n’avons pas confirmé de façon concluante, ni écarté l’effet de la turbulence sur la probabilité de capture des proies, mais avons observé une sélection préférentielle de localisations où la turbulence était relativement faible. La sélection d’habitats de faible turbulence a aussi été observée en conditions naturelles dans une étude basée sur des observations pour laquelle 66 poissons ont été marqués à l’aide de transpondeurs passifs et suivis pendant trois mois dans un tronçon de rivière à l’aide d’un réseau d’antennes enfouies dans le lit. La sélection de l’habitat était dépendante de l’échelle d’observation. Les poissons étaient associés aux profondeurs modérées à micro-échelle, mais aussi à des profondeurs plus élevées à l’échelle des patchs. De plus, l’étendue d’habitats utilisés a augmenté de façon asymptotique avec l’échelle temporelle. L’échelle d’une heure a été considérée comme optimale pour décrire l’habitat utilisé dans une journée et l’échelle de trois jours pour décrire l’habitat utilisé dans un mois. Le suivi individuel a révélé une forte variabilité inter-individuelle des patrons d’activité, certains individus étant principalement nocturnes alors que d’autres ont fréquemment changé de patrons d’activité. Les changements de patrons d’activité étaient liés aux variables environnementales, mais aussi à l’utilisation de l’habitat des individus, ce qui pourrait signifier que l’utilisation d’habitats suboptimaux engendre la nécessité d’augmenter l’activité diurne, quand l’apport alimentaire et le risque de prédation sont plus élevés. La variabilité inter-individuelle élevée a aussi été observée dans le comportement spatial. La plupart des poissons ont présenté une faible mobilité la plupart des jours, mais ont occasionnellement effectué des mouvements de forte amplitude. En fait, la variabilité inter-individuelle a compté pour seulement 12-17% de la variabilité totale de la mobilité des poissons. Ces résultats questionnent la prémisse que la population soit composée de fractions d’individus sédentaires et mobiles. La variation individuelle journalière suggère que la mobilité est une réponse à des changements des conditions plutôt qu’à un trait de comportement individuel. / Spatiotemporal flow variability contributes to create a dynamic habitat mosaic sustaining ecological diversity. One of the most important topics in ecohydraulic research is to identify the relevant scales of flow variability affecting organisms at different life stages. The general objective of the thesis is to examine the links between habitat variability and the behaviour of juvenile Atlantic salmon. More specifically, three themes are addressed: turbulence as a fish habitat variable, the spatial and temporal scales of habitat selection and individual variability in fish behaviour. Through detailed field measurements incorporating a variety of sampling techniques and statistical analyses our objectives were to: 1) Quantify the causal links between standard habitat variables and flow turbulence at multiple scales; 2) Test a new in situ portable flume to analyse the effect of turbulent flow properties on the prey capture probability and foraging behaviour of juvenile Atlantic salmon; 3) Analyse the spatial and temporal scale dependence of fish-habitat associations within a reach during the summer and autumn; 4) Examine individual variation of seasonal and daily activity patterns and habitat use and their interaction; 5) Investigate the individual variation in seasonal daily movement behaviour in relation to environmental fluctuations. The thesis provides a detailed characterization of turbulence in pools and riffles and showed that the capacity of ‘standard’ fish habitat variables to explain turbulent properties was relatively low, especially at smaller spatial scales, but varied greatly between the units. From a practical point of view, this level of complexity suggested that turbulence should be considered as a ‘distinct’ ecological variable within this range of spatial scales. In a second experiment, using an in situ portable flume and underwater videotaping of fish, we did not conclusively confirm or rule out the effect of turbulence on prey capture probability, but observed a preferential selection of locations where flow velocity was downward and turbulence intensity was lower. The selection of lower turbulence habitat was also observed in natural habitat conditions in an observational field study, in which 66 PIT-tagged fish were tracked for three months in a river reach using a high resolution network of antennas buried in the bed. Juvenile salmon habitat selection was dependant on the scale of observations. Fish were associated with moderate depth micro-scale habitats, but also with higher depth patch-scale habitats. Furthermore, the range of habitat used by individuals increased asymptotically with the temporal scale. The scale of one hour was considered as optimal to describe the range of habitats used in a day and three days optimal to describe the range of habitat used in a month. Individual tracking revealed high inter-individual variability in activity patterns, as some individuals were predominantly nocturnal whereas others frequently changed their daily activity pattern. Changes in activity patterns were linked to environmental fluctuations, but also to individual habitat use patterns, which might signify that lower quality habitats require fish to increase daytime activity when food intake and the risk of predation are both high. High inter-individual variability was also observed in the fish movement behaviour. It appeared that most fish exhibited low mobility on most days, but also showed occasional bouts of high mobility. Between-individual variability accounted for only 12-17% of the variability in the mobility data. These results challenge the assumption of a population composed of a sedentary and mobile fraction. Individual variation on a daily basis suggested that movement behaviour is a response to changing environmental conditions rather than an individual behavioural trait.

Les populations du caribou forestier (Rangifer tarandus caribou) sont en déclin sur l’ensemble de leur aire de répartition en Amérique du Nord. Il s’avère que la prédation, amplifiée par l’exploitation forestière, en est la principale cause. Ce projet consiste à mettre en place un outil d'aide à la décision, permettant de modéliser les changements du risque de prédation chez le caribou forestier durant la succession forestière, et ce, selon différents scénarios d'aménagement forestier simulés sur la Côte-Nord du Québec, Canada. Ces scénarios, simulés de 2000 à 2150, sont caractérisés par (i) des coupes limitées aux blocs de protection et de remplacement, (ii) des coupes étendues sur le paysage, et finalement (iii) par l'absence de coupe dès 2000. Un modèle basé sur l'individu (MBI) permet de modéliser les déplacements simultanés du caribou forestier, de l'orignal (Alces alces) et du loup gris (Canis lupus) afin d'évaluer le risque de prédation selon les scénarios. En général, le risque de prédation est plus important lorsque les coupes sont limitées aux blocs de protection et de remplacement. En effet, il semble que ces blocs augmentent les probabilités de rencontre entre les proies et leurs prédateurs. Toutefois, certains résultats ne reflètent pas la littérature, ce qui montre la nécessité d'améliorer le MBI. Certaines recommandations visent finalement à bonifier ce MBI pour permettre l'analyse de la viabilité à long terme du caribou forestier en fonction de différents scénarios d'aménagement forestier. / Populations of woodland caribou (Rangifer tarandus caribou) are declining throughout their range in North America. Natural predation, amplified by logging, has been identified as the main cause of decline. This project develops decision making tool in order to models changes in predation risk for the woodland caribou during forest succession for different harvest scenarios in Côte-Nord, Québec, Canada. These scenarios were explored for the years 2000 to 2150: (i) cuts limited to protection and replacement blocks, (ii) cuts allowed throughout the study area and (iii) no cuts from 2000 to 2150. An individual based model (IBM) was used to simulate the movements of woodland caribou, moose (Alces alces) and gray wolf (Canis lupus) in order to assess predation risk during forest succession. In general, predation risk was higher when cuts were confined to protection and replacement blocks. However not all results are consistent with conclusions from field-based studies, denoting the need to improve the IBM. Thus various recommendations are suggested to enhance the IBM in order to make this tool useful for long-term viability analysis of woodland caribou for different harvest scenarios.

L’oxyde nitreux (N2O), un puissant gaz à effet de serre (GES) ayant plus de 300 fois le potentiel de réchauffement du dioxyde de carbone (CO2), est produit par des processus microbiens du cycle de l’azote (N). Bien que les eaux de surface continentales soient reconnues comme des sites actifs de transformations de l’azote, leur intégration dans les budgets globaux de N2O comporte de nombreuses incertitudes, dont l’absence des lacs dans ces modèles. Le biome boréal est caractérisé par une des plus grandes densités d’eaux douces au monde, pourtant aucune évaluation exhaustive des émissions aquatiques de N2O n’a à date été conduite dans cette région. Dans la présente étude, nous avons mesuré les concentrations de N2O à travers une large gamme de lacs, rivières, et étangs, dans quatre régions boréales du Québec (Canada), et nous avons calculé les flux eau-air résultants. Les flux nets fluctuent entre -23.1 et 177.9 μmol m-2 J-1, avec une grande variabilité inter-système, inter-régionale, et saisonnière. Étonnamment, 40% des systèmes échantillonnés agissaient en tant que puits de N2O durant l’été, et le réseau d’eaux de surfaces d’une des régions était un net consommateur de N2O. Les concentrations maximales de N2O ont été mesurées en hiver dû à l’accumulation de ce gaz sous la glace. Nous avons estimé que l’émission qui en résulte lors de la fonte des glaces représente 20% des émissions annuelles des eaux douces. Parmi les types d’eaux douces échantillonnées, les lacs sont les principaux responsables du flux aquatique net (jusqu’à 90%), et doivent donc être intégrés dans les budgets globaux de N2O. En se basant sur les données empiriques de la littérature, nous avons éstimé l’émission globale de N2O des eaux douces à 0.78 Tg N (N2O) an-1. Ce chiffre est influencé par les émissions des régions de hautes latitudes (tel que le biome boréal) dont les flux nets varient de positif à négatif constituant -9 à 27 % du total. / Nitrous oxide (N2O), a potent greenhouse gas with over 300 times the global warming potential of carbon dioxide (CO2), is produced during microbial nitrogen (N) cycling (Trogler 1999). Inland waters, known as active sites of N processing (Seitzinger et al. 2006., Harrison et al. 2008), are nevertheless poorly characterized in recent global N2O budgets (Nevison 2000, Intergovernmental Panel on Climate 2006), especially considering the absence of an estimate for lakes emissions. Although the boreal biome holds the highest density of freshwater on earth (Lehner and Döll 2004), no comprehensive evaluation of N2O emissions from boreal aquatic systems has ever been conducted. In this study, we measured N2O concentrations across a wide range of rivers, lakes, and ponds in four distinct boreal regions of Québec (Canada), and derived water surface-atmosphere N2O fluxes. Net fluxes ranged from -23.1 to 177.9 μmol m-2 d-1, with a large degree of variability across sampled systems, regions, and seasons. Over 40% of the 322 systems sampled acted as N2O sinks during the summer, with one region’s aquatic network being an overall net atmospheric N2O consumer. Seasonally, maximum N2O concentrations were measured during winter due to gas accumulation under the ice, resulting in an outgassing at ice thaw that accounts for approximately 20% of annual flux. Lakes were major drivers of the net freshwater regional flux (up to 90%), and must therefore be integrated in global aquatic N2O budgets. Based on empirical literature data, we estimated global freshwater N2O emissions to be 0.78 Tg N (N2O) yr-1. This number is subtantially influenced by fluxes from high latitude regions (including the boreal biome) which, being extremely variable, may contribute from -9 to 27 % of the total.

Les milieux aquatiques en zone urbaine sont reconnus comme des îlots de biodiversité qui offrent de nombreux services écologiques. Dans cette étude, nous avons utilisé les macroinvertébrés comme bioindicateurs de la qualité écologique des étangs, petits lacs et marais de l’Île de Montréal. Les macroinvertébrés ont été récoltés durant l’été 2011 dans la zone littorale de 20 sites variant par leur urbanisation et leurs caractéristiques limnologiques. Nous avons évalué la variation dans la richesse en taxa, les indices de diversité et plusieurs métriques basées sur la composition taxonomique ou les traits fonctionnels. Nous avons déterminé la réponse des métriques aux changements dans l’urbanisation, l’aménagement et les conditions des plans d’eau. Notre étude montre que les étangs, marécages et petits lacs constituent des réserves importantes de biodiversité en zone urbaine. Les marécages naturels et les étangs et lacs permaments avaient une meilleure qualité écologique et supportaient des communautés de macroinvertébrés plus diverses et abondantes que les petits étangs temporaires aménagés. Le couvert de végétation aquatique, l’enrichissement en nutriments et en matière organique ainsi que la biomasse des algues expliquaient le plus de variation dans les macroinvertébrés. Les aménagements, la densité urbaine et la permanence de l’eau avaient aussi une bonne influence. Les métriques univariées avaient moins de potentiel que les métriques multivariées. Nous avons discuté les implications de notre étude pour le suivi environnemental de la biodiversité et la qualité écologique des milieux aquatiques en zone urbaine. / Aquatic ecosystems in urban landscapes are now recognized as good islets of biodiversity and valuable environments providing ecological services. However, more knowledge is needed to assess their ecological quality. Benthic macroinvertebrates are widely used as bioindicators, but rarely for urban ecosystems. In this study, we used macroinvertebrates to evaluate the ecological quality of urban ponds and lakes in the island of Montreal. We collected macroinvertebrates during summer 2011 in the littoral zone of 20 waterbodies varying in urban and limnological characteristics. We evaluated spatio-temporal variation in several diversity and biotic indices and multiple metrics based on taxonomic composition and functional traits. We investigated if macroinvertebrate metrics responded to variation in urban land-use, pond management and limnological conditions. Our study showed that small waterbodies, as ponds, lakes and marshes are important resources for sustaining aquatic biodiversity in urban landscapes. Natural wetlands and artifical permanent ponds had higher ecological quality and supported more diverse and abundant macroinvertebrates than artificial managed temporary ponds in municipal parks. Vegetation cover, nutrient and organic contents, and algal biomass were the most important factors explaining spatial variation in macroinvertebrate metrics. Pond management, urban density, and water permanence were also influencial factors. Univariate metrics had less potential than multivariable metrics to assess the responses of macroinvertebrates to environmental features. We discussed the implications of our study for management and quality assessment of urban ponds.

Ce mémoire visait à déterminer les pratiques et les facteurs favorables au succès des réintroductions du carex faux-lupulina (Carex lupuliformis), une espèce vivace menacée poussant dans divers types de milieux humides ouverts du nord-est de l’Amérique du Nord. Pour répondre à cet objectif, des expériences de germination en serres ont été réalisées, et la survie, la vigueur et le microhabitat de chaque plant de carex faux-lupulina connu au Québec (sauvage ou réintroduit) ont été mesurés. Nos résultats montrent que le carex faux-lupulina est une espèce facile à propager ex situ. Une stratification froide (4°C) des semences dans du sable humide pendant un mois induit des taux de germination élevés. Nos résultats montrent également que des pucerons exotiques, ainsi qu’une transplantation dans des habitats inadaptés aux besoins de l’espèce en termes d’humidité du sol et de lumière disponible, ont causé la mort prématurée d’un grand nombre de transplants. Notre programme de réintroduction a permis d’établir une nouvelle population de l’espèce au Québec, et a potentiellement permis de sextupler la taille des populations de la province. Globalement, cette étude a permis de mieux comprendre l’écologie du carex faux-lupulina, et ainsi de faciliter la restauration de ses populations. / This study aimed to determine the practices and factors influencing the success of the reintroductions of false hop sedge, an endangered perennial species growing in North American open wetlands. To do so, germination experiments were performed, and the survival, vigour and microhabitat of each false hop sedge plant known in Québec (wild or reintroduced) were measured. Our results show that false hop sedge is easy to propagate ex situ. A cold stratification (4°C) of seeds in wet sand for one month induced higher germination rates. Our results also show that exotic aphids, as well as a transplantation in habitats that did not meet the false hop sedge requirements in terms of soil moisture and available light, caused the premature death of many transplants. Our reintroduction program allowed the establishment of at least one new false hop sedge population in Québec, and potentially contributed to sextupling the size of the provincial population. Overall, this study allowed us to better understand the ecology of false hop sedge, and thus facilitate the restoration of its populations.

Les organismes aquatiques sont adaptés à une grande variabilité hydrique et thermique des rivières. Malgré ceci, la régulation des eaux suscite des changements aux débits qui peuvent provoquer des impacts négatifs sur la biodiversité et les processus écologiques en rivière. Celle-ci peut aussi causer des modifications au niveau des régimes thermiques et des caractéristiques de l’habitat du poisson. Des données environnementales et biologiques décrivant l’habitat du poisson existent, mais elles sont incomplètes pour plusieurs rivières au Canada et de faible qualité, limitant les relations quantitatives débit-température-poissons à un petit nombre de rivières ou à une région étudiée. La recherche menée dans le cadre de mon doctorat concerne les impacts de la génération d'hydroélectricité sur les rivières; soit les changements aux régimes hydriques et thermiques reliés à la régulation des eaux sur la variation des communautés ichtyologiques qui habitent les rivières régulées et naturelles au Canada. Suite à une comparaison d’échantillonnage de pêche, une méthode constante pour obtenir des bons estimés de poisson (richesse, densité et biomasse des espèces) a été établie pour évaluer la structure de la communauté de poissons pour l’ensemble des rivières ciblées par l’étude. Afin de mieux comprendre ces changements environnementaux, les principales composantes décrivant ces régimes ont été identifiées et l’altération des régimes hydriques pour certaines rivières régulées a été quantifiée. Ces résultats ont servi à établir la relation significative entre le degré de changement biotique et le degré de changement hydrique pour illustrer les différences entre les régimes de régulation. Pour faire un complément aux indices biotiques déjà calculés pour l’ensemble des communautés de poissons (diversité, densité et biomasse des espèces par rivière), les différences au niveau des guildes de poissons ont été quantifiées pour expliquer les divers effets écologiques dus aux changements de régimes hydriques et thermiques provenant de la gestion des barrages. Ces derniers résultats servent à prédire pour quels traits écologiques ou groupes d’espèces de poissons les composantes hydriques et thermiques sont importantes. De plus, ces derniers résultats ont servi à mettre en valeur les variables décrivant les régimes thermiques qui ne sont pas toujours inclues dans les études hydro-écologiques. L’ensemble des résultats de cette thèse ont des retombées importantes sur la gestion des rivières en évaluant, de façon cohérente, l’impact de la régulation des rivières sur les communautés de poissons et en développant des outils de prévision pour la restauration des écosystèmes riverains. / Widespread anthropogenic impacts to river ecosystems are currently changing the naturaly variability of flow and temperature regimes, with potentially important repercussions on the stability and function of aquatic communities. Although fish community responses to flow alterations from river regulation have been quantified in the past (e.g. late maturation of salmonid populations due to attenuated flows or stranding of fishes from down-ramping flows), the scarcity of high quality, long-term data, especially in Canadian rivers, has limited our understanding of the effect this has had on other environmental drivers and fish community structure across this heterogenous landscape. Using extensive field surveying across unregulated and regulated rivers in Alberta, Ontario, Québec, and New Brunswick coupled with data from national, provincial, and private flow and water temperature gauge networks, I showed the effects of flow and thermal regimes on fish diversity, density, biomass, and different types of ecological guilds. I also examined the extent to which different regulation practices have modulated the response of riverine fish to the combined effect of changes to flow and thermal regimes. To first establish a methodology for quantifying fish community structure across rivers, I generated reliable site-specific species richness, density, and biomass metrics that combined measures from two commonly used surveying methods. To then quantify the response of these fish community metrics to river regulation, I defined daily and hourly flow indices based on river flow conditions, developed hydrologic regime variables that described dominant patterns of flow variation, and calculated flow alterations based on the difference in multivariate space of these hydrologic regime variables for regulated rivers from reference flow conditions. By applying this same approach to fish community metrics, I identified a significant positive relationship between biotic and flow alterations and showed a separation between the two most distinct flow regulation types, run-of-river (ROR) and hydro-peaking. To tease apart the relative importance of each environmental driver for establishing fish communities across river regimes, I provided quantitive thermal indices based on river water temperatures and developed thermal variables akin to those described for flow regimes. To evaluate whether quantitative fish guild estimates, rather than total river biomass or density estimates, would respond more strongly to river thermal regimes, I compared the response of different types of fish guilds to flow and thermal regimes across rivers, including those subjected to river regulation. All fish guild models performed better relative to studying total river estimates, confirming the use of trait-environmental relationships for studying fish community responses across rivers. I also found that integrating thermal regimes in hydro-ecological studies is critical in predicting fish guild responses across rivers. Collectively, these findings have important repercussions for river management, as they provide comprehensive assessments of the environmental variables driving fish community responses, inform the potential range of ecological consequences of anthropogenic alterations on natural flow regimes, and contribute to establishing more transferable predictions for restoring impacted rivers. More broadly, the thesis results are important given future global climate warming, its synergistic effects with other anthropogenic stressors, and ongoing scarcity for water and energy sources.

The processes that determine the structure of plant communities are of considerable practical and theoretical interest. Natural enemies such as herbivores, seed predators and pathogens provide one potentially important influence on plant diversity. I investigated the effects of natural enemies on plant diversity in two contrasting, species-rich plant communities (tropical forests in Panama and temperate grasslands in the UK), focusing on pre-dispersal seed predation by insects, and the mortality of seeds and seedlings caused by soil fungi. In Panama I found that pre-dispersal insect seed predators generate significant levels of mortality in multiple tropical tree species, with high heterogeneity in predation rates among individuals and at different forest sites. Insect seed predators were highly host-specific, consistent with a role in enhancing plant diversity. At Upper Seeds, a calcareous grassland site in the UK, I used manipulative experiments to show that soil fungi increase the diversity of plants propagating from soil seed banks. A parallel experiment in Panama, mimicking germination under light gap conditions, revealed differential effects of fungi among sites, with fungicide treatment appearing to increase the diversity of propagated seedlings at some sites but reducing it at others. These results suggest that the influence of soil fungi on pre-emergence mortality can alter plant diversity, even when post-emergence mortality from fungal pathogens is limited. In Panama, I also tested whether enemy-mediated mortality increases with rainfall, potentially contributing to the positive regional correlations widely observed between precipitation and plant diversity. In contrast to predictions, neither pre-dispersal insect seed predation nor the influence of soil fungi on seedling recruitment were affected significantly by site humidity, or (for soil fungi) with experimentally manipulated soil moisture levels. Overall, my results provide evidence that pre-dispersal seed predators and soil fungi can affect plant recruitment and diversity at early life stages, with potential consequences for the community structure of adult plants.