Les organismes vivants font continuellement face à différentes perturbations. Les effets découlant de celles-ci peuvent se manifester dans l'immédiat, ou encore se manifester plus tard au cours du cycle annuel de l'individu. Ces effets prenant origine de l'expérience passée d'un individu se nomment les effets reportés. Avec les changements globaux causés par l'humain, les perturbations et les effets reportés en découlant, sont amenés à augmenter en fréquence et en amplitude. L'objectif de ce mémoire est d'investiguer, chez une espèce migratrice longévive, la grande oie des neiges (Anser caerulescens atlanticus), les mécanismes sous-jacents aux effets reportés observés sur la reproduction résultant de deux types de perturbations rencontrées en migration. Dans un premier temps, nous avons simulé une perturbation aiguë en migration et avons observé les conséquences sur les décisions de reproduction des individus. Par la suite, nous avons comparé la phénologie de migration et de reproduction des oies au cours des 26 dernières années et avons testé l'effet de différents facteurs environnementaux sur ces paramètres phénologiques. Nos résultats indiquent que les oies sont capables de pallier les effets des deux types de perturbation en migration en modulant leurs décisions de migration et de reproduction selon les conditions environnementales qu'elles rencontrent. Ce mémoire révèle différents mécanismes qu'utilise une espèce longévive pour répondre à de multiples perturbations environnementales. / Living organisms constantly face different perturbations. The effects occurring from those perturbations can manifest themselves immediately, or only surface later in the individual's life cycle. These effects originating from the past experiences of an individual are called carry-over effects. With global changes brought by humans, perturbations and their effects, are believed to become more intense and frequent. The objective of this thesis is to investigate, on a long-lived migratory species, the greater snow goose (Anser caerulescens atlanticus), the mechanisms underlying the carry-over effects on the reproduction of two types of perturbation encountered in migration. Firstly, we simulated an acute perturbation in migration and observed the consequences on the individuals' reproductive decisions. Secondly, we compared the migration and reproduction phenology of snow geese over the last 26 years and tested for the effect of different environmental factors on these phenology parameters. Our results indicate that geese are able to mitigate the effects of both types of perturbation in migration by modulating their migration and reproduction decisions with the environmental conditions they encounter. This thesis reveals different mechanisms a long-lived species uses to respond to multiple environmental perturbations.

Titre de l'écran-titre (visionné le 10 janvier 2024) / La composition en espèces et la structure des écosystèmes forestiers sont le résultat d'interactions complexes entre les processus de recrutement, de croissance et de mortalité, influencés par les conditions environnementales. Les changements actuels du climat, combinés à l'augmentation de la fréquence et de l'intensité des perturbations, engendrent de l'incertitude quant à la productivité des forêts canadiennes dans le futur. Face à cette incertitude, il devient impératif d'adopter des pratiques d'aménagement forestier axées sur l'atténuation des risques, afin d'assurer le maintien des services écologiques offerts par ses écosystèmes, tout en répondant aux besoins en ressources de la société. Dans ce contexte, une prise de décision éclairée nécessite des informations précises et à jour sur l'état des forêts canadiennes. Historiquement, notre connaissance de l'état des forêts reposait sur les inventaires forestiers réalisés dans les provinces et territoires canadiens, qui fournissent des informations sur la disponibilité de la ressource, sa qualité et le rendement attendu. Les perturbations plus fréquentes et la réaction variable des forêts aux changements dans les conditions de croissance rendent toutefois difficile une évaluation complète et précise de la situation des forêts par l'intermédiaire des données issues des réseaux de placettes-échantillon. Les informations contenues dans les cernes de croissance des arbres permettent de mieux comprendre l'influence du climat et des perturbations sur la croissance. Toutefois, les limites imposées par la disponibilité de ces données et l'impossibilité de les collecter en continu sur l'ensemble du territoire forestier rendent leur utilisation peu pratique pour un suivi en temps réel de l'état des forêts. Ces défis peuvent toutefois être relevés par un recours accru aux technologies de télédétection. Les séries temporelles d'imagerie satellitaire, en particulier, fournissent une information en continu sur l'état des forêts, permettant la détection des perturbations ainsi que des changements graduels causés par l'action de stress climatiques. Alors que la plupart des études précédentes sur le sujet se sont principalement concentrées sur la détection et la cartographie de ces changements, peu d'attention a été accordée à la compréhension des causes sous-jacentes et à la quantification de leur impact sur la croissance forestière. Pourtant, ces informations sont cruciales pour mieux prévoir les conséquences des perturbations et des stress induits par le climat, puisque des réductions de croissance prononcées peuvent indiquer une mortalité imminente. Des données précises sur la croissance des forêts sont également essentielles pour une prise de décision éclairée en ce qui concerne les calendriers de récolte et les interventions sylvicoles. L'objectif général de ce projet de recherche était de caractériser l'impact des perturbations partielles et de fournir des informations spatialement explicites sur la croissance des forêts canadiennes en intégrant les données de séries temporelles Landsat et des données collectées sur le terrain. Les deux premiers chapitres de cette thèse ont exploré l'influence des perturbations partielles sur l'état de la canopée forestière et sur la croissance des peuplements affectés, en utilisant des données de placettes-échantillon permanentes et des carottes d'accroissement récoltées dans divers écosystèmes forestiers. Le troisième chapitre a intégré des mesures répétées de placettes-échantillon permanentes et des séries temporelles Landsat pour estimer le taux de croissance annuel net d'une forêt boréale en l'absence de perturbation. Les résultats présentés dans les trois chapitres de cette thèse montrent que des modèles statistiques basés sur des séries temporelles Landsat et calibrés à l'aide de mesures de placettes-échantillon permanentes ou de données de cernes annuels permettent de mesurer la croissance des forêts ainsi que les changements provoqués par des perturbations partielles. L'intégration d'autres sources de données de télédétection telles que le LiDAR facilite l'application des méthodes utilisant l'imagerie satellitaire dans un contexte d'aménagement forestier et permet de prendre en compte de l'influence de facteurs biophysiques et écologiques qui ne peut être captée par l'imagerie satellitaire. Les méthodes et approches proposées dans cette thèse ont le potentiel d'être étendues à un plus large éventail de biomes forestiers en tirant parti de bases de données existantes, améliorant ainsi notre capacité à suivre l'état des forêts canadiennes dans un contexte de changements climatiques. / The species composition and structure of forest ecosystems are shaped by complex interactions between biotic and abiotic drivers that influence recruitment, growth, and mortality processes. Current climate changes, along with the increasing frequency and intensity of disturbances, introduce uncertainty about the future productivity and vigour of Canadian forests. In the face of such uncertainty, adopting forest management practices centred on stewardship and risk mitigation becomes imperative to preserve ecosystem functions while addressing society's resource demands. In this context, informed decision-making requires up to date and accurate information about the condition of Canadian forests. Historically, our knowledge on forest condition relied on field inventories conducted across all provinces and territories, providing information on resource availability, quality, and expected yield. However, intensified disturbances and the variable growth response of forests to climate change make it challenging to comprehensively assess forest situations through sample plot networks. While tree ring data is highly valuable, collecting such data consistently across Canadian forests is impractical. Addressing the challenges of assessing temporal and spatial changes in forest condition can be achieved through remote sensing technologies. Satellite imagery time series, in particular, offer continuous information on forest conditions for detecting disturbances and gradual ecosystem changes. While previous studies primarily focused on detecting and mapping disturbances and related changes in forest condition, less emphasis was given to understanding the underlying causes and quantifying their impact on forest growth. This information is yet critical to forecast the impacts of disturbances and climate-induced physiological stress, as growth declines can indicate imminent mortality. Accurate forest growth data is also crucial for making informed decisions regarding harvest schedules and silvicultural interventions. The general objective of this research project was to characterise the impact of non-stand replacing disturbances and provide spatially explicit information on forest growth across Canadian forests by integrating Landsat time series and field data. The first two chapters of this thesis explored the influence of non-stand replacing disturbances on forest canopy condition and growth rates, using data from permanent sample plots and increment cores collected in diverse forest ecosystems. The third chapter incorporated repeated measurements from permanent sample plots and Landsat time series to estimate the annual net forest growth rate in boreal forests in the absence of disturbance. The results presented in the three thesis chapters demonstrate that statistical models involving Landsat time series and calibrated using permanent sample plot measurements or tree-ring data can effectively assess canopy and forest structure changes caused by non-stand replacing disturbances and measure forest growth under both disturbance and undisturbed conditions. Integrating other remote sensing data sources like LiDAR enhances the applicability of these methods in forest management contexts and allows accounting for the effect of biophysical and ecological factors not captured solely by satellite imagery. The approaches proposed in this thesis have potential for expansion to cover a broader range of forest biomes by leveraging existing datasets, enhancing our ability to monitor Canadian forests response to climate change.

Les perturbations sont des événements séparés dans le temps qui modifient une population, un écosystème ou un paysage, en changent la structure, le milieu physique et le fonctionnement. Ces événements font partie intégrante de la dynamique des écosystèmes, mais les hommes en ont changé le régime par l’agriculture, les travaux de génie civil, etc. Elles sont devenues une menace pour la biodiversité. C’est ainsi qu’une étude a été menée pour évaluer l’influence du projet de pipeline Tchad-Cameroun sur les assemblages de termites, cinq ans après son achèvement.<p>Les recherches ont été menées dans les écosystèmes de savane et de forêts camerounaises via deux méthodes d’échantillonnage. La méthode des transects belts d’Eggleton et Jones (2000) a permis de collecter 99 espèces de termites (36 transects dans 4 écosystèmes) ;en complément à celle-ci, la méthode quantitative des carottages de Wood et Sands (1978) a permis de récolter 70 espèces de termites (480 carottes). La différence de richesse spécifique résulte du sous échantillonnage par la méthode des carottages parce que certains habitats susceptibles d’abriter des termites ne sont pas explorés.<p>Les résultats obtenus montrent que l’infrastructure a perturbé sensiblement les paramètres texturaux, la densité apparente, les propriétés hydriques et la matière organique du sol. Il a diminué la richesse spécifique globale des termites, et essentiellement celle des humivores. Il a augmenté la densité des termites du groupe II et diminué celle des termites du groupe IV mais la densité globale des termites n’a pas été modifiée. En fait, les milieux témoins que nous avons échantillonnés étaient déjà moyennement dégradés avant la pose de l’oléoduc.<p>L’étude de l’évolution de la litière de Milicia excelsa en litter bags a permis de montrer que ni le l’infrastructure ni la variabilité des écosystèmes n’exercent un effet sur la vitesse de décomposition de cette litière ;en revanche, la dimension de la maille, autorisant ou non le passage des termites, a montré que ceux-ci interviennent pour environ 20 % dans la perte de masse de la litière.<p>L’apport expérimental d’infusions à base de Chromolaena odorata et d’Alchornea cordifolia a sensiblement abaissé le rapport C/N du sol mais n’a eu qu’un effet très limité sur les assemblages de termites.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La Réunion est une île volcanique jeune des Mascareignes. Son plateau continental est étroit et les habitats souvent constitués par des fonds sédimentaires répartis sur une grande partie du littoral abritent des communautés diversifiées de macrofaune. L anthropisation croissante ces 20 dernières années est source de différentes pollutions. Les zones côtières non-récifales et le benthos des substrats meubles sont peu connus. La structure de ces communautés est décrite essentiellement pour le nord, et l est de l île et détermine les modalités de leur fonctionnement, notamment en réponse aux perturbations. Un premier inventaire des espèces benthiques trouvées entre 20 et plus de 140 m de profondeur a été réalisé. L étude de la macrofaune et des principales variables environnementales a mis en évidence le rôle déterminant de la bathymétrie. La granulométrie des sédiments et l hydrodynamisme sont importants, notamment en zone littorale, où le macrobenthos est soumis aux perturbations naturelles (cyclones et dépressions) et anthropiques. La réponse du macrobenthos à des perturbations dues à des activités industrielles a été suivie pendant plusieurs années sur deux secteurs de l est de l ile où les rejets en mer se font différemment. Elle s est traduite par un impact croissant des rejets sur le milieu, et une réponse de la macrofaune selon un schéma-type de succession secondaire de communautés, impliquant des espèces originales bio-indicatrices de perturbation, les polychètes Eunicidae Diopatra cuprea, des Spionidae et des Capitellidae. Un outil de diagnostic de la santé de ces écosystèmes côtiers tropicaux a été adapté au contexte local ; il est basé sur le calcul d un indice biotique intégrateur de la qualité de milieu prenant en considération toute la communauté benthique. Il répond aux exigences de la Directive Européenne Cadre sur l Eau. La macrofaune sédimentaire constitue donc un outil pertinent et complémentaire pour ces analyses, tant en terme de biodiversité, que de suivi des pollutions, et s intègre dans les stratégies de gestion intégrée des littoraux tropicaux insulaires.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Les érablières sont des forêts tempérées caducifoliées nordiques et sont considérées comme la formation climacique du Québec méridional. Elles se maintiennent en état de renouvellement par la chablisation du couvert forestier. L’objectif de ce projet était d’étudier la dynamique des feux depuis la déglaciation dans trois érablières situées à leur limite nordique de répartition au Québec. L'identification botanique et la datation au 14C de macrocharbons de bois en surface et enfouis dans le sol minéral montrent que les trois stations se caractérisent par un régime de feux relativement fréquents depuis 1000 à 3500 ans. En dépit de nos prédictions, ces résultats mettent en évidence les capacités de régénération et de résilience de l'érablière à l'occasion de perturbations allogènes comme le feu.

Les échanges de carbone sous forme de CO2 entre l’atmosphère et un parterre de coupe forestière situé en forêt boréale québécoise, le site HBS00 du réseau de recherche Fluxnet-Canada, ont été étudiés à l’aide de la technique de covariance de turbulences pendant une durée d’un an avant l’application d’un traitement de scarifiage et un an après le traitement. Les émissions de carbone ont augmenté suite au scarifiage, passant de 111 à 175 g m-2 an-1, en raison de la destruction d’une partie de la végétation vivante présente sur le site. Le taux de respiration de l’écosystème a peu varié. Les échanges de carbone étaient aussi influencés par les conditions environnementales. Une analyse des résidus des courbes de réponse à la lumière a démontré qu’avant le scarifiage le contenu en eau du sol était, après la lumière, le facteur ayant le plus d’influence sur les flux de carbone. Suite au scarifiage, le déficit de pression de vapeur était le deuxième plus important facteur. / CO2 fluxes between the atmosphere and a recently-harvested site located in Québec’s boreal forest, Fluxnet-Canada Research Network’s HBS00 site, were studied using the eddy covariance technique for one year before application of a scarification treatment and one year after treatment. Carbon emissions were greater after scarification, rising from 111 to 175 g m-2 year-1, because of the destruction of part of the living aboveground vegetation on the site. Ecosystem respiration rates showed little variation between years. Carbon fluxes were also influenced by environmental conditions. Analysis of the residuals of the light response curves indicated that before scarification soil water content was, after light, the factor having the most influence on carbon fluxes. Following scarification, water vapor pressure deficit was the second most important factor.

La présente thèse porte sur la croissance radiale de la pruche (Tsuga canadensis L. Carr.) et du pin blanc (Pinus strobus L.), deux espèces arborescentes de la forêt tempérée du sud du Québec où de multiples perturbations interviennent dans la dynamique forestière. Fondée sur une analyse dendroécologique et dendroclimatique, cette recherche comprend trois volets hautement complémentaires qui documentent les relations entre la croissance radiale chez ces deux espèces et les perturbations forestières, à savoir le prélèvement sélectif d’individus, la défoliation lors des épidémies de la tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBÉ) (Choristoneura fumiferana (Clemens), ainsi que le climat. Le premier volet présente les longues séries dendrochronologiques de pruche et de pin blanc confectionnées en Mauricie à l’aide d’arbres vivants et de diverses catégories de bois morts, surtout des billes de bois de flottage extraites de quelques lacs du Parc national de la Mauricie. Les années d’abattage montrent que le pin blanc a été exploité à des fins domestiques au moins 30 ans avant l’émission des premiers droits de coupe, c’est-à-dire depuis au moins 1800, et 70 ans après la disparition présumée des pinèdes dans la région. Les séries montrent des reprises de croissance découlant d’un prélèvement sélectif au sein des forêts. La chronologie des épidémies de la TBÉ établie à l’aide de la pruche, qui est pourtant une espèce hôte secondaire de la TBÉ, est la plus longue produite à ce jour dans l’est du Canada. Les données obtenues de plusieurs régions du Québec méridional (Mauricie, Outaouais et Lotbinière) suggèrent que la pruche peut subir une défoliation sévère lors des épidémies, là où des peuplements de sapin baumier et d’épinette blanche abondent à proximité. À l’échelle régionale, la fréquence des épidémies de la TBÉ augmenterait, vraisemblablement en lien avec l’augmentation de l’abondance du sapin dans les peuplements en régénération. Le second volet de la thèse a permis d’évaluer la réponse climatique de la pruche et du pin blanc dans les forêts tempérées du sud du Québec. Les analyses dendroclimatiques ont montré que la pruche peut être un bon indicateur du climat si elle a crû dans un milieu où les perturbations naturelles et anthropiques ont été légères. Dans les études dendroclimatiques, on ciblera de préférence des peuplements situés dans des régions où dominent les forêts de feuillus et dont l’historique des perturbations est connu. Le pin blanc est moins sensible aux perturbations biotiques que la pruche, mais la qualité de la réponse climatique chez ce conifère dépend des contraintes hydriques (comme en Outaouais) ou thermiques (comme sur l’île d’Anticosti). Le troisième volet porte sur la formation de faux cernes chez le pin blanc dans les collines de l’Outaouais, une réponse dendroanatomique à un stress hydrique. Des chronologies de faux cernes ont été élaborées pour deux groupes de sites (sur affleurements rocheux et sur dépôts minces). La fréquence la plus élevée a été obtenue en 1955, 1959 et 1988 (62 % à 90 % des tiges). Les facteurs prédisposant à la formation de faux cernes sont l’âge cambial des tiges et les conditions de drainage rapide sur les affleurements rocheux. Les facteurs déclencheurs sont des événements climatiques (faibles précipitations) survenant pendant la saison de croissance. / Our dissertation documents the radial growth among eastern hemlock (Tsuga canadensis L. Carr.) and white pine (Pinus strobus L.), two tree species of the southern Québec temperate forests, where several disturbances get involved in stand dynamics. Based on a dendroecological and dendroclimatical approach, this study includes three highly complementary sections which address the relationship between radial growth among these two tree species and forest disturbances, i.e., selective tree harvest, defoliation during spruce budworm (SBW) (Choristoneura fumiferana (Clemens)) outbreaks, and climate. The first section describes eastern hemlock and white pine long tree-ring series which were built from both living trees and dead wood, mainly submerged floated wood extracted from several lakes in the Mauricie National Park. One can deduce from white pine logging years that this tree had been harvested for domestic use 30 years before the first issue of logging rights, i.e., since the 1800s onwards, and about 70 years after presumed decimation of pine forests in the area. Tree ring series show major growth release which likely resulted from selective harvest in forest stands. Our chronology of SBW outbreaks established from eastern hemlock tree-ring series is the longest chronology produced so far in eastern Canada, although hemlock is a secondary host of SBW. Series from several regions (Mauricie, Outaouais and Lotbinière) suggest that eastern hemlock may experience severe defoliation and radial growth suppression in areas where primary hosts of SBW are abundant. At the regional scale, the frequency of SBW outbreaks increases likely in response to an increased abundance in balsam fir in second-growth stands. In this section, we attempted to evaluate climate responsiveness among eastern hemlock and white pine growing in the southern Quebec Temperate Forest. Dendroclimatic analyses showed that hemlock radial growth may be a good climatic indicator in stands where natural and anthropogenic disturbances were light. Sampling strategies when conducting dendroclimatic studies should focus on trees growing in hardwood-dominated stands and areas where past disturbances have beendocumented. White pine is less sensitive to biotic disturbance than eastern hemlock but the climate responsiness of this conifer depends on constraints associated with water deficit or thermal stress. The third section deals with false ring formation in the white pine of the Outaouais Hills, a dendroanatomic response to water stress. False ring chronologies were established for two groups of sites (rocky outcrops and shallow soils). The years 1955, 1959, and 1988 were those with the highest occurrence of false rings (62% to 90% of all stems). Factors predisposing false ring formation include the cambial age of stems bearing false rings and drainage conditions (dry rocky outcrop sites). Triggering factors were climatic events (low precipitation) occurring during the growing season.

Les invasions biologiques sont une cause majeure de perte de biodiversité à l’échelle mondiale. L’impact direct des espèces exotiques envahissantes (EEE) sur la structure et la composition des communautés a été bien documenté. Par contre, leur impact sur le fonctionnement des écosystèmes a été comparativement moins étudié. Dans le présent travail, j’ai mesuré sur le terrain et en conditions expérimentales l’impact de 7 espèces de plantes exotiques particulièrement envahissantes en Europe sur les propriétés chimiques du sol, sur la productivité et sur le stock d’éléments minéraux dans la biomasse. Malgré la diversité des groupes fonctionnels considérés dans notre échantillon (des espèces annuelles aux arbres), des impacts récurrents ont pu être mis en évidence. Les EEE ont toujours une biomasse et une productivité supérieures à celles de la végétation qu’elles envahissent. Il en va de même pour le stock d’éléments minéraux dans la biomasse aérienne. En ce qui concerne le sol, les traits fonctionnels des espèces ne permettent pas de prédire la direction et l’amplitude des impacts. Par contre, ces impacts sur le sol se sont révélés partiellement prévisibles en fonction des conditions écologiques initiales (contexte pédologique). La disponibilité des cations et du P et la concentration en C et N organiques augmentent suite à l’invasion dans les sites initialement pauvres alors que ces mêmes paramètres baissent dans les sites plus eutrophes au départ. Les EEE entraînent, dans une certaine mesure, une homogénéisation des conditions écologiques dans les écosystèmes envahis. <p>Dans un deuxième temps, je me suis attaché à identifier les mécanismes de l’impact de Fallopia japonica sur le cycle de l’azote. Cette espèce, perenne rhizomateuse, adopte une gestion très conservatrice de l’azote en retransloquant jusqu’à 80 % de l’azote des tiges et des feuilles vers le système racinaire en automne avant l’abscission des feuilles. La litière restituée est, de ce fait, pauvre en azote. Ce paramètre, combiné à une teneur élevée en lignine, explique sa faible vitesse de décomposition par rapport à celle de la végétation non envahie. Une grande partie de l’azote de l’écosystème tourne donc en cycle quasi fermé entre les organes de réserve et les parties aériennes de la plante, tandis que l’azote restant est en grande partie bloqué dans la nécromasse de la plante et est donc non disponible pour les espèces concurrentes indigènes. Ce mécanisme explique, sans doute, en partie le succès invasif de l’espèce.<p><p>A l’avenir, les implications des impacts sur le sol en terme de restauration des communautés devront être étudiées. L’hypothèse d’une influence positive de ces impacts sur l’aptitude compétitive des espèces envahissantes devra être testée. Enfin, une étude plus fonctionnelle des impacts de ces espèces dans des sites contrastés devrait permettre d’identifier les mécanismes impliqués./Biological invasions are a major cause of biodiversity loss worldwide. The direct impact of alien invasive species (AIS) on community structure and composition has been well documented. On the other hand, their impact on ecosystem functioning has been comparatively less studied. In this work, I measured, on the field and in experimental conditions, the impact of 7 highly invasive alien plant species in Europe on soil chemical properties, biomass and aboveground nutrient stock. Despite the high diversity in considered functional groups (from annuals to trees), recurring impacts have been found. AIS had always higher biomass and aboveground nutrient stocks than invaded resident vegetation. Concerning soil, species functional traits did not allow us to predict impact direction and intensity. On the other hand, impacts on soil were partially predictable based on initial ecological conditions (pedologic context). Thus, cations and P availability and organic C and N concentrations increased in initially poor sites and decreased in eutrophic ones. AIS tend to homogenize soil properties across invaded landscapes.<p>In a second part, i tried to identify the mechanisms of the impacts of Fallopia japonica on N cycling. This perrennial rhizomatous species manage N in a very conservative way. About 80 % of aboveground N is translocated to rhizomes before leaves abscission. The litter is therefore poor in N. This parameter combined with a high lignin concentration explains its slow decomposition rate compared to that of uninvaded vegetation. A big part of the ecosystem N is engaged in a nearly closed cycle between above and belowground organs while the remaining N is blocked in the necromass and is thus not available for the indigenous competitors. This mechanism probably explains the invasive success of this species.<p><p>In the future, the implications of soil properties modifications in terms of community restoration should be studied. The hypothesis of a positive influence of these modifications on the competitive ability of AIS should be tested. At last, a functional study of these soil impacts in contrasted sites should allow us to identify the implied mechanisms.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La surabondance de cervidés représente une nouvelle perturbation des écosystèmes forestiers qui interagit avec les perturbations préexistantes des forêts naturelles. Les interactions entre de multiples perturbations peuvent altérer les mécanismes de résilience des forêts et engendrer de nouvelles trajectoires successionnelles menant à des assemblages d’espèces n’ayant jamais coexisté historiquement. L’occurrence de tels nouveaux écosystèmes soulèverait des enjeux de conservation de la biodiversité et de maintien des services écosystémiques fournis par la forêt naturelle (c.-à-d. préindustrielle). Il devient donc important d’identifier d’éventuels mécanismes de perte de résilience qui pourraient empêcher la forêt naturelle de récupérer des interactions entre les perturbations préexistantes et celles occasionnées par les cervidés. L’île d’Anticosti qui abrite des cerfs de Virginie (Odocoileus virginianus) surabondant, donne l’occasion d’identifier de tels mécanismes. L’identification de mécanismes de perte de résilience nécessite d’abord de reconstituer la variabilité naturelle que la forêt préindustrielle devrait retrouver après perturbation, et de comprendre sa dynamique des perturbations naturelles. Le paysage naturel de l’île d’Anticosti était caractérisé par une matrice de sapinières surannées principalement dynamisées par des petites trouées et où les perturbations sévères générant de nouveaux peuplements ont été rares au cours des derniers ~160 ans. Le broutement préférentiel de la régénération par les cerfs a interrompu les processus de régénération des trouées des sapinières surannées de l’île d’Anticosti. La perte de ce mécanisme de résilience a engendré la dégradation du couvert et de nouvelles trajectoires successionnelles menant à des pessières blanches et des forêts-parcs d’épinettes blanches. La coupe totale historique (1910-1915) des sapinières surannées a formé des pessières blanches de seconde venue maintenant matures. Nous avons démontré que l’interaction entre le broutement préférentiel de la régénération par le cerf et la coupe totale de ces pessières blanches altère les processus de régénération des forêts et engendre une trajectoire successionnelle menant à la formation de forêts-parcs d’épinettes blanches. Un plan d’aménagement vise actuellement la restauration de l’habitat du cerf sur l’île (c.-à-d. les sapinières). Lors d’une éventuelle révision de ce plan, les aménagistes devraient considérer trois enjeux importants de l’aménagement écosystémique, soit le maintien de sapinières surannées, l’occurrence de pessières blanches en tant que nouvel écosystème et le maintien de l’état forestier. / Overabundance of cervids represents a new disturbance of forest ecosystems which interacts with preexisting disturbances of natural forests. Interactions between multiple disturbances can alter resilience mechanisms, thereby triggering alternative successional pathways that move the system toward assemblages of species that have not co-occurred historically. The occurrence of such novel ecosystems would raise issues concerning conservation of biodiversity and ecosystem services that are provided by natural (i.e., preindustrial) forests. Hence, it is important to identify eventual mechanisms of resilience loss which could prevent natural forests recovery from interactions between pre-existing disturbances and disturbances caused by cervids. Anticosti Island which shelters overabundant white-tailed deer (Odocoileus virginianus), provides an opportunity to identify such mechanisms. To identify mechanisms of resilience loss, it was first necessary to describe the variability which the natural forest should recover after disturbances and to understand its disturbance dynamics. The natural landscape of Anticosti Island was characterized by a forest matrix of overmature gap-driven balsam fir stands in which severe stand-initiating disturbances were rare over the last ~160 years. Preferential browsing by deer has disrupted regeneration processes of gap-driven balsam fir stands on Anticosti Island. The loss of this resilience mechanism triggered forest degradation and alternative successional pathways toward white spruce stands and parklands. The historic clear-cutting (1910-1915) of overmature balsam fir stands has formed mature second-growth white spruce stands. We have shown that interactions between preferential deer browsing and clear-cutting of these white spruce stands have altered regeneration processes and triggered an alternative successional pathway toward the formation of parklands. A management plan aims to restore deer habitat on the island (i.e., balsam fir stands). In the eventual revision of this plan, managers should consider three important ecosystem management issues: the maintenance of overmature balsam fir stands, the occurrence of white spruce stands as a novel ecosystem, and the maintenance of the forest state.

Acknowledging the increasingly prominent urban character of ecosystems globally, mangroves being no exception, and possible impediments to the viability of these ecosystems (i.e. the inherent capacity or ability to grow, develop or recover after disturbances), we adapt a system‟s approach to establish the viability of the peri-urban mangrove of Tudor creek in Mombasa, Kenya. Three important aspects of the peri-urban mangroves are assessed. These include (i) structural aspects (vegetation structure and regeneration), (ii) functional aspects (productivity) and (iii) human aspects (socioeconomics). Chapter 1 and 2 introduce the study, outlining the objectives and the study area. The chapters lay down an overview of the mangrove trees physiological adaptations and the ecological attributes that make the mangrove ecosystems unique and highly adaptable to a harsh and dynamic intertidal environment. The chapters further outline the extent and status of mangroves in Kenya, their socioeconomic importance, and the legislation that governs their management and conservation.<p>Chapters 3 and 6 describe the structural attributes and regeneration status of the peri-urban mangroves of Tudor creek. Based on species importance values the dominant mangrove species were Rhizophora mucronata Lam. (Rhizophoraceae) and Avicennia marina (Forssk.) Vierh. (Acanthaceae)&61607; Lumnitzera racemosa Willd. (Combretaceae), reported in an earlier floristic survey, was not encountered. Tree density varied between 1,264 trees ha–1 and 1,301 trees ha–1, which are within the range of values reported for similar forests globally. However, the size-class structure showed the numerical dominance of small trees over larger trees. The spatial distribution pattern of adults and juveniles varied greatly between sites had a close to uniform pattern (Morisita‟s Index Iδ << 1) for adult trees, but a tendency for clustered distribution (Iδ >> 1) for juveniles. This pattern of distribution is not expected for a healthy forest. The distribution of regenerating seedlings was mainly impacted by canopy gap sizes. These chapters shows that unmanaged but exploited peri-urban mangroves are structurally degraded, having enlarged canopy gaps, characterised by spatial and temporal heterogeneity in edaphic conditions that influences regeneration. This enlarged gaps and edaphic heterogeneity imposes longer periods for canopy closure by lowering regeneration and promoting mortality of seedlings. Larger gaps (> 60m²) had lower regeneration levels and intermediate gaps (20-50m²) had adequate regeneration. The occurrence of R. mucronata seedlings and saplings in the understorey under all cover types and inundation confers advantages to this species under the current disturbance regime. Disturbances include sewage pollution, unregulated harvesting and siltation. The current status of the forest is reminiscent of a recovery phase, a multiphase species succession stage, after a major disturbance event, accompanied by recurrent anthropogenic pressure. This study shows that species composition and thus recovery of a mangrove forest after disturbance depends in part on the balance between subsequent large-scale natural and recurrent small-scale human disturbances.<p>Chapter 4 assesses the human dependence on the peri-urban mangrove. Through questionnaires and field surveys, the study demonstrates the challenges of questionnaire surveys targeting respondents involved in exploitation of sensitive resources. This potentially limits if not inhibit information flow. Firewood is the ubiquitous form of mangrove wood utilisation, exploited at both subsistence and commercial scales. Forest assessments indicate the lack of preferred or specific harvesting sites, with R. mucronata being the most harvested, probably due to its distribution range and ease of access. Sewage pollution was viewed with mixed feelings. Many appreciate the nutrient enrichment of the sewage rather than the filtration capacity of mangroves, resulting in the usage of sewage for irrigating small plots of subsistence farms. The study shows that resource exploitation is intense in an urban setting due to an economic drive and an increasing demand. In the rural setting on the other hand, utilisation included both subsistence and commercial charcoal production. This has promoted more efficient, destructive and unsustainable exploitation levels. Associated benefits of these activities grossly under-value the ecosystem goods and services in addition to degrading the ecosystem. Our observations, consistent with other studies, shows that management of mangroves for wood extraction in urban areas may not be a viable and/or sustainable option, as it conflicts with the essential „filtration‟ and „habitat provisioning‟ functions and services of mangrove ecosystems. These functions and services are increasingly important in a “diminishing” urban environment. This arises out of the lack of adequate alternatives and conflicting interests in growing urban areas. It is recommended that „adaptive‟ and „participatory management’ based on multiple uses and users, with specific legislative, education and institutional interventions. Integrating local ecological knowledge, may further expedite the formulation of sustainable management plans for peri-urban mangroves. Chapter 5 presents insights on the productivity of an under-valued, over-exploited and sewage polluted peri-urban mangrove through litter fall studies on three common mangrove species, R. mucronata, A. marina and S. alba. The study covers a period of two years. The mean annual litter fall was estimated at 12 ± 3 t ha-1yr-1 for the whole stand, which is within the range of values reported for similar forests occupying the same latitudinal range. Litter fall, in both content and quantity was highly seasonal, with high rates occurring in the dry North Easterly Monsoon (NEM) season, January-April (ca. 5 ± 1 g DW m-2 day-1) and lower rates in the cool and wet South Easterly Monsoon (SEM) season, June-October (ca. 3 ± 0.5 g DW m-2 day-1). R. mucronata recorded the highest annual rate of 15 ± 3 t ha-1yr-1. No significant differences in litter fall rates were observed between A. marina and S. alba, (11 ± 3 and 10 ± 5 t ha-1yr-1 respectively). Sewage exposure levels did not appear to influence litter production rates despite higher nutrient levels in completely exposed sites. δ15N varied with species; A. marina (6.48 ± 0.03‰) and S. alba (6.76 ± 0.24‰) having higher composition than R. mucronata (3.88 ± 0.64‰). The leaf C:N ratio strongly correlated with elevated leaf δ15N signature. Higher C:N ratio for R. mucronata corresponding with lower leaf δ15N (3.88 ± 0.64‰) signature, and lower C:N ratio for A. marina and S. alba (6.48 ± 0.03‰ and 6.76 ± 0.24‰ respectively) corresponding with higher δ15N signature. This reflects species specific response to raw sewage exposure. This implies the forest has a more open N cycle, favouring δ15N accumulation within the system. This study shows that sewage exposure does not necessarily translate into elevated productivity in mangroves, but may alter litter nitrate content depending on species, possibly altering the decay of litter and nutrient cycling.<p>Chapter 7 presents a synthesis linking the findings to possible implications on the general status of the mangrove ecosystem. The major disturbances observed for the peri-urban mangroves of Tudor creek include (i) domestic sewage pollution, (ii) recurrent unregulated harvesting; and (iii) recurrent annual siltation during the rainy season. Our observations indicate that<p>(i) Raw domestic sewage pollution may not be harmful to the mangrove vegetation, but may affect edaphic conditions through nutrients enrichment. Sewage pollution effects, though not qualitatively proven in our study, enhance growth of mangrove trees. This is due to increase in amounts of nutrients available for biomass formation, observed as leaf nitrates resorption efficiencies. However, the raw domestic sewage is reported to alter the general healthy decomposing aerobic-anaerobic mangrove system to a complete anaerobic system. This tends to lower efficiencies in nutrient cycling, and cause accumulation of nutrients in the sediments. Observations within the same site and other East African mangroves (under the PUMPSEA project) indicate negative effects of sewage on the sediment cyanobacterial diversity, with an increase in microalgal abundance. Furthermore, within Mikindani (a sewage impacted site in Tudor creek), high rates of sediment ΣCO2 production indicate a system under stress due to the presence of easily degradable organic matter. (ii) Un-regulated harvesting creates and enlarges canopy gaps, lowering availability of seed bearing trees, altering species composition and stem size distribution due to its selective nature, and lowers regeneration under the enlarged canopy gaps. This strongly lowers recovery rates after major disturbances. (iii) Siltation stands out as a major cause of degradation. Siltation is extrinsic in nature, a result of poor land use practices. This probably makes it a major issue of concern due to its impact on regeneration. A major siltation event, associated with the 1997-1998 ENSO, is widely identified as a cause of enlarged canopy gaps. Little recovery has occurred 10 years after the event due to recurrent anthropogenic pressure. The combined effects of these factors have important implications on growth, productivity and recovery of the mangrove ecosystem. The effects include shifts or changes in mangrove tree species distribution. This has lowered the system functional diversity and response diversity, and therefore ecosystem resilience - viability of the ecosystem. It is recommended that integrated adaptive management, based on sound knowledge of the system is the recommended approach. The participation of stakeholders (government institutions, the private sector and local communities) is crucial for managing peri-urban mangroves for sustainability. Not intervening may only result in a worst case scenario. Especially with the current global financial crisis, more locals will turn to „cheap‟ mangrove firewood.<p><p><p>En vue de l‟augmentation de l‟urbanisation dans les multiples écosystèmes du monde, les mangroves n'étant pas une exception, on observe des obstacles à la viabilité de ces écosystèmes, c.-à-d. leur capacité inhérente de se développer, de s‟étendre ou de récupérer après des perturbations sous des conditions urbaines. Nous avons adapté une approche systémique pour établir la viabilité des mangroves périurbaines de la baie de Tudor à Mombasa, Kenya. Trois aspects importants des mangroves périurbaines sont évalués. Cela inclus (i) les aspects structurels (structure de la végétation et la régénération), (ii) aspects fonctionnels (productivité) et (iii) aspects humains (socio-économiques). Les Chapitres 1 et 2 introduisent l'étude, en exposant brièvement les objectifs et le domaine d'étude. Les chapitres présentent un panorama des adaptations physiologiques des palétuviers et des attributs écologiques qui rendent l‟écosystème de la mangrove unique et hautement adaptable à un environnement intertidal rigoureux et dynamique. Les chapitres suivants exposent l‟étendue et le statut des mangroves au Kenya, leur importance socio-économique et la législation qui cadre leur gestion et conservation.<p>Les chapitres 3 et 6 décrivent les caractéristiques structurelles et les étapes de la régénération des palétuviers périurbains de la baie de Tudor. Par ordre d'importance des espèces, les palétuviers les plus souvent rencontrés étaient Rhizophora mucronata (Rhizophoraceae) et Avicennia marina (Forssk.) Vierh. (Acanthaceae)&61607; Lumnitzera racemosa Willd. (Combretaceae) n'a pas été rencontrée lors d‟un voyage floristique précédent. La densité d'arbre varie entre 1.264 arbres ha-1 et 1.301 arbres ha-1, ce qui correspond aux moyennes rapportées pour des forêts comparables dans le monde. Cependant, la structure des classes de taille montre une dominance numérique des palétuviers moins développés par rapport aux plus développés. Le pattern de distribution spatiale des adultes et des juvéniles varie considérablement entre les sites et montre presque un modèle uniforme (l'index de Morisita; Iδ << 1) pour les individus adultes. En revanche, pour les juvéniles on retrouve une tendance de distribution groupée (Iδ >> 1). Ce modèle de distribution n'était pas attendu pour une forêt non altérée. La distribution de la régénération des pousses est principalement dictée par la taille des gaps. Ce chapitre montre que les mangroves périurbaines, exploitées et non aménagées, sont structurellement dégradées, ayant des larges gaps caractérisés par une hétérogénéité des conditions édaphiques qui influencent la régénération. Quant aux gaps les plus larges, on retrouve un taux de régénération plus faible. Les gaps élargis et l‟hétérogénéité édaphique imposent de plus longues périodes de fermeture des canopées, en diminuant la régénération et promouvant la mortalité des pousses. Les gaps plus grands (> 60m2) ont des niveaux de régénération plus bas et les gaps intermédiaires (20-50m2) ont une régénération adéquate. L‟occurrence de pousses et de juvéniles de R. mucronata dominent le niveau inférieur de tous les types de couvertures végétales et d‟inondation. Cela confère un avantage à cette espèce sous le régime de perturbation actuel. Les perturbations incluent les eaux usées non traitées, les récoltes non-réglementées et l‟envasement. L'état actuel de la forêt est une phase de récupération, un stade de succession d‟espèces en multiples phases, suite à un événement majeur de perturbation, accompagné d‟une pression anthropogénique récurrente. Cette étude démontre que la composition d‟espèces et donc de la récupération de la forêt de mangrove après une perturbation dépend en partie de l'équilibre entre les perturbations naturelles à grande échelle et humaines à moindre échelle.<p>Le chapitre 4 évalue la dépendance humaine à l'égard de la mangrove périurbaine. Par des questionnaires et des travaux de terrains, on a constaté que l‟utilisation des questionnaires est délicate. En effet, ceux-ci ciblent des personnes impliquées dans l'exploitation des ressources sensibles. Ceci limite potentiellement sinon empêche le flux de l'information. Le bois de feu est la forme d‟utilisation la plus répandue du bois de mangrove, utilisé dans le cadre de la subsistance et du commerce. Les résultats indiquent qu‟il n‟y a pas de sites de récolte préférés. R. mucronata est l‟espèce la plus récoltée, probablement en raison de sa distribution et facilité d‟accès. La pollution par les eaux usées a appréciation mixte. Certains l‟apprécient pour l‟irrigation de leurs cultures de subsistance, malgré la capacité de filtration des mangroves. L‟étude montre que l‟exploitation des ressources est intense, dans un cadre urbain, dû à une conduite économique et une demande croissante. Par contre, dans le cadre rural, l‟utilisation inclus la production de charbon de subsistance ainsi que commercial. La limitation des moyens de vie dans le cadre rural, couplés à la pauvreté et le besoin d‟énergie domestique bon marché, créent une dépendance des ressources de<p>mangroves. Ceci a favorisé des niveaux d‟exploitation plus importants, destructeurs et non viables. Les gains associés à ces activités qui dégradent l‟écosystème, sont beaucoup moins importants que les biens et les services offerts par la mangrove. Nos observations, en accord avec d‟autres études, montrent que la gestion de l‟extraction du bois des mangroves dans des zones urbaines n‟est pas une option viable et/ou durable, puisqu‟il entre en conflit avec les fonctions et services essentiels de „filtration‟ et „d’approvisionnement pour l’habitation‟ de la mangrove. Ce phénomène résulte du manque d‟alternatives adéquates et des conflits d‟intérêts des zones urbaines en expansion. Il est recommandé de mettre en place une gestion „adaptative‟ et „participative‟ fondée sur les utilisations et utilisateurs multiples, ainsi qu‟une législation, une éducation et des interventions institutionnelles spécifiques, intégrant les connaissances écologiques locales, afin de faciliter des plans de gestion durable pour les mangroves périurbaines.<p>Le chapitre 5 présente un aperçu de la productivité de la mangrove périurbaine sous-évaluée, surexploitée et polluée par des eaux usées à travers des études de la litière de trois espèces communes de palétuvier, R. mucronata, A. marina et S. alba. L‟étude couvre une période de deux ans. La chute moyenne annuelle de litière a été estimée à 12 ± 3 t ha-1an-1 pour la totalité du secteur, ce qui correspond aux valeurs de forêts comparables occupant des latitudes similaires. La composition et la quantité de la litière changent fortement avec les saisons. Les taux élevés (ca. 5 ± 1 g DW m2 j-1) s‟observent au cours de la saison sèche (Janvier-Avril), sous le North Easterly Monsoon (NEM).Tandis que les taux inférieurs (ca. 3 ± 0,50 g DW m2 j-1) s‟observent au cours de la saison humide (Juin-Octobre), sous le South Easterly Monsoon (SEM). Il y a des variations significatives entre les espèces. R. mucronata a enregistré le taux annuel le plus élevé 15 ± 3 t ha-1an-1. Par contre, il n‟y a pas de différences significatives entre A. marina et S. alba, (11 ± 3 et 10 ± 5 t ha-1an-1, respectivement). Le niveau de pollution par les eaux usées ne semble pas influencer les taux de production de litière en dépit de la concentration plus élevées des nutriments dans les zones complètement exposées. Le δ15N a varié entre les espèces, A. marina (6,48 ± 0,03‰) et S. alba (6,76 ± 0,24‰) ayant une composition plus élevée que R. mucronata (3,88 ± 0,64‰). Cela implique que la forêt a un cycle de l‟N plus ouvert, favorisant l'accumulation dans le système. Cette étude démontre que l'exposition aux eaux usées ne se traduit pas nécessairement en une productivité élevée des palétuviers, mais peut changer le contenu de nitrogène total des feuilles, probablement en changeant la décomposition de la litière et le cycle des nutriments. Le chapitre 7 présente une synthèse liant les résultats aux implications possibles sur le statut général de l'écosystème des mangroves. Les perturbations principales observées pour les mangroves périurbaines de la baie de Tudor incluent (i) la pollution par les eaux usées domestiques, (ii) la récolte récurrente irrégulière et (iii) l‟envasement annuel pendant la saison des pluies. Nos observations indiquent que: (i) la pollution par les eaux usées non traitées n‟est pas nocive pour les palétuviers, mais peut affecter les conditions édaphiques par l'enrichissement en éléments nutritifs. Les effets de la pollution des eaux usées, quoique non prouvés qualitativement dans notre étude, augmentent la croissance des palétuviers. Ce par une augmentation des quantités de nutriments disponibles pour la formation de biomasse, observée lors de l‟étude de l‟efficacité de résorption des nitrates par les feuilles. Cependant, on rapporte que les eaux usées domestiques non traitées changent le système de décomposition aérobique-anaérobique naturel des mangroves vers un système uniquement anaérobique. Ce qui diminue l‟efficacité du cycle nutritif et engendre l'accumulation des nutriments dans les sédiments. Les observations sur le même site et sur d‟autres mangroves de l‟Afrique de l‟Est (sous le projet PUMPSEA), indiquent des effets négatifs des eaux usées sur la diversité des cyanobactéries du sédiment et une augmentation de l'abondance des micro-algues. En outre, à Mikindani (site affecté par des eaux usées dans la baie de Tudor), les taux élevés de production de ΣCO2 dans le sédiment indiquent un système sous pression (ou sous stress), suite à la présence de la matière organique facilement dégradable. (ii) L‟exploitation non réglementée va créer et agrandir des gaps. En fonction de la nature sélective de l‟exploitation, il y aura une diminution de la disponibilité des arbres produisant des propagules, un changement de la composition des espèces et de la distribution des tailles des arbres. De plus, elle réduit la régénération sous les larges gaps. Cela diminue fortement les taux de rétablissement après d‟importantes perturbations.<p>(iii) L'envasement est la cause majeure de la dégradation. L'envasement est extrinsèque par nature, parce qu‟il découle de mauvaises pratiques d‟exploitation de la terre. Ce phénomène est probablement le point de concertation majeur, dû à son impact sur la régénération. Un événement d'envasement majeur, lié à l‟ENSO de 1997-1998, est identifié comme étant une cause d‟agrandissement des gaps. Peu de récupération s'est produite lors des dix années qui suivirent l'événement, suite à la pression anthropogène récurrente. Les effets combinés de ces facteurs ont des implications importantes sur la croissance, la productivité et la récupération de l'écosystème des mangroves. Les effets incluent des variations ou des changements de la distribution des espèces de palétuviers. Ceci a diminué la diversité fonctionnelle et la diversité des réponses du système et a donc diminué la résilience de l‟écosystème - la viabilité de l'écosystème. Il est recommandé qu‟une gestion adaptative intégrée, fondée sur la connaissance orale du système, soit la meilleure approche. La participation des décideurs (institutions gouvernementales, secteur privé et communautés locales) est cruciale pour la gestion des mangroves périurbaines. Dans l‟absence d‟intervention, seul le pire scénario peut être envisagé. En particulier avec la crise financière globale actuelle, la population locale se tournera encore plus vers le bois de feu „bon marché‟ de la mangrove. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished