Thèse (M.Sc.Géogr.) -- Université Laval, 2006. / Bibliogr.: f. 52-56. Publié aussi en version électronique.

La viabilité des systèmes herbagers repose sur leur capacité à produire de la viande à partir des fourrages récoltés sur l'exploitation; leur durabilité environnementale est liée à une utilisation des prairies favorable à la diversité floristique. L'objectif de la thèse était de comprendre les déterminants de la production animale et de l'utilisation durable des prairies à partir d'une analyse multi-échelle des interactions entre le troupeau et les ressources herbagères. Dans ce but, nous avons construit et utilisé un modèle de simulation à l'échelle de l'exploitation qui reproduit le fonctionnement en rythme de croisière d'exploitations bovines allaitantes herbagères. Le modèle est basé sur le couplage d'un sous-modèle de l'animal et d'un sous modèle du couvert végétal, adaptés d'après des modèles existants et validés sur données expérimentales. Un sous-modèle de conduite, construit d'après la bibliographie et trois enquêtes en exploitation et validé par des experts, gère les interactions entre le troupeau et les ressources fourragères. Avec le modèle, nous avons simulé les équilibres entre production animale et utilisation durable des prairies pour trois exploitations contrastées par leur structure et leurs objectifs de production. Nous avons appliqué des niveaux croissants de règles de conduites supposées favorables à la biodiversité (fauche après le stade floraison, pâturage peu sévère). Les prévisions du modèle ont mis en évidence le rôle prépondérant de l'équilibre entre chargement animal et productivité des prairies. La conduite a également joué un rôle, en agissant sur la dynamique des interactions entre le troupeau et les prairies. A des niveaux d'application intermédiaires, les règles de conduite testées ont permis de maintenir la production animale tout en améliorant l'utilisation durable des prairies. La sensibilité à ces règles de conduite a cependant varié entre exploitations simulées. D'autres scénarios structure-conduite pourront être explorés. Le modèle pourra être utilisé en synergie avec des modèles économiques ou des modèles biologiques à des échelles inférieures. Ses entrées et sorties pourront être discutés avec des acteurs du développement pour évaluer leur applicabilité sur le terrain.

Pour comprendre les relations plantes-herbivores, il ne faut pas seulement étudier les réponses des plantes, mais comment ces réponses influenceront la disponibilité de la ressource pour les herbivores. Ce mémoire vise à étudier cette interaction, en prenant comme modèle le caribou migrateur (Rangifer tarandus) et le bouleau glanduleux (Betula glandulosa Michx), à l'aide d'une expérience de simulation du broutement et de fertilisation en azote. Nos résultats indiquent que le bouleau est capable de compenser, c'est-à-dire recroître, suite à un broutement modéré du caribou. Cette compensation est indépendante de la disponibilité en azote, ce qui soutient le modèle de la ressource limitante, dont nous adaptons les prédictions pour une pression de broutement variable. De plus, même s'il y a compensation, la disponibilité en ressource pour le caribou diminue. Cette étude augmente notre compréhension de la relation entre le caribou et le bouleau, alors que les populations de caribous du Nunavik et du Nunatsiavut sont en déclin.

Lorsque des espèces à différents niveaux trophiques répondent aux changements climatiques à des rythmes différents, il peut en résulter une désynchronisation entre la phénologie des consommateurs et celle de leurs ressources. Les oiseaux migrateurs qui se reproduisent dans l’Arctique pourraient être parmi les espèces les plus touchées par une telle désynchronisation. Cette étude examine l’impact du réchauffement climatique sur les interactions entre la grande oie des neiges (Chen caerulesens atlantica) et les plantes dont elle s’alimente sur l’Île Bylot, Nunavut. À l’aide de petites serres, nous avons examiné l’impact d’un réchauffement sur la biomasse et la concentration en azote (un indice de qualité nutritive) des plantes utilisées par les oies. Nos résultats montrent qu’un réchauffement annuel mène à une augmentation de la biomasse végétale, mais que cette hausse est accompagnée d’un déclin plus rapide de la qualité nutritive des plantes. En effet, la concentration en azote des plantes des parcelles réchauffées était jusqu’à 14% plus faible que celle des parcelles témoins, et ce pendant la période de croissance des jeunes oies. Nous avons également montré qu’un indice satellitaire, le Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) peut être utilisé comme proxy afin de déterminer la date du pic de concentration en azote des plantes. En utilisant le NDVI, nous avons donc pu estimer la date de pic d’azote des années pour lesquelles nous n’avions pas de données empiriques sur la végétation. Finalement, nous avons analysé des données à long-terme sur le climat, la phénologie des plantes et la reproduction des oies afin d’examiner l’impact potentiel de la désynchronisation trophique sur la croissance des jeunes. Selon nos résultats, les oies ajustent seulement partiellement leur reproduction en fonction des changements annuels dans la disponibilité de nourriture de haute qualité. En conséquence, la masse et la taille structurelle des jeunes oies à l’envol étaient réduites lorsque la reproduction des oies était moins bien synchronisée avec le pic de qualité nutritive des plantes. Nos résultats supportent l’hypothèse que la désynchronisation trophique peut avoir des effets négatifs sur l’aptitude phénotypique des herbivores arctiques, et que ces effets pourraient s’accentuer avec l’augmentation prévue des températures à l’échelle globale. / When species at different trophic levels respond to climate change at different rates, this may lead to a trophic mismatch between the phenology of consumers and that of their resources. As polar regions are warming more rapidly than the rest of the planet, migratory birds breeding in the Arctic are expected to be among the species most affected by trophic mismatch in the wake of rapid climate change. This study examines the impact of climate warming on the interactions between an arctic herbivore, the greater snow goose (Chen caerulescens atlantica), and its food plants on Bylot Island, Nunavut, Canada. Using small greenhouses, we examined the impact of increased temperatures on plant biomass and a proxy of nutritive quality, nitrogen concentration, of graminoid plants used by geese during the brood-rearing period. This experiment showed that annual warming significantly increased biomass of graminoids but also led to an acceleration of the seasonal decline in plant nutritive quality and resulted in a decrease in the nitrogen concentration of plants by up to 14% during the period of gosling growth. We also showed that satellite-derived Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) can be used as a proxy to determine date of peak nitrogen concentration in some tundra plants, and can thus be a reliable measure of the early changes in the timing of the availability of high quality food for herbivores. Using NDVI, we were then able to estimate the date of peak nitrogen in years when we had no empirical data on plant phenology. Finally, we analysed long-term data on climate, plant phenology and the reproduction of geese in order to examine the potential impact of mismatched reproduction on the growth of young. We found that geese are only partially able to adjust their breeding phenology to compensate for annual changes in the timing of high quality food plants, and that gosling body mass and structural size at fledging was reduced when trophic mismatch was high. Our results support the hypothesis that trophic mismatch can negatively affect the fitness of arctic herbivores, and that it is likely to be exacerbated by rising global temperatures.

L 'Acanthus pubescens Engl., arbuste originaire d'Afrique, a massivement colonisé d'anciennes aires de coupe forestière industrielle au Parc National de Kibale, en Ouganda. Dans ces zones perturbées, la régénération de la forêt tropicale est arrêtée. Le succès de recrutement des espèces arborescentes dans un environnement donné est fonction des processus associés aux graines et aux plantules. Ainsi, dans ce mémoire, nous évaluons si des facteurs tels que la dissémination des graines, la granivorie, l'herbivorie et la compétition pour les ressources abiotiques limitent la régénération dans les îlots de VA. pubescens. Les résultats suggèrent que les graines disséminées sont viables, que la granivorie n'est pas une contrainte majeure pour la régénération et que l'herbivorie mammalienne ne limite pas la performance et la survie des plantules. Toutefois, la compétition pour les ressources, principalement la lumière, semble être en partie responsable de l'arrêt de la régénération forestière dans les îlots de VA. pubescens.

Thèse (M.Sc)--Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. 75-86. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Les interactions trophiques plante-herbivore sont indirectes lorsque la consommation d’une plante par un herbivore est influencée par la présence d’une plante voisine. L’influence des plantes environnantes sur la sélection des herbivores a été décrite par des études sur l’approvisionnement des herbivores, mais aussi par des études sur les effets associatifs entre plantes. À cause de leur évolution parallèle, certains thèmes communs dans les études sur l’approvisionnement des animaux ont eu peu d’échos dans la compréhension des effets associatifs entre les plantes. L’objectif général de cette thèse est de comprendre les effets indirects des communautés végétales sur l’utilisation des plantes par les grands herbivores, dans le contexte des facteurs affectant l’approvisionnement. Premièrement, je me suis intéressée à la distance à laquelle une plante environnante influence la sélection, car l’approvisionnement est un processus spatialement hiérarchique. Grâce à une méta-analyse, je révèle que les plantes environnantes influencent l’utilisation d’autres plantes par les grands herbivores jusqu’à des centaines de mètres carrés. En étudiant les effets associatifs à l’île d’Anticosti (Québec, Canada), je démontre que les plantes environnantes peuvent augmenter ou diminuer le broutement du cerf de Virginie sur le sapin baumier, selon l’échelle considérée. Deuxièmement, j’ai testé l’effet de facteurs susceptibles d’influencer l’approvisionnement des herbivores sur les effets associatifs. Par exemple, la qualité nutritive des plantes environnantes augmentait le broutement sur les sapins. De plus, l’abondance relative des plantes de la communauté pouvait créer des effets associatifs : en Outaouais (Québec, Canada), les pins blancs étaient moins broutés dans les parcelles plus diversifiées où l’abondance relative des espèces préférées était plus faible. Ma thèse met en valeur l’importance d’incorporer une perspective animale, qui tient compte des objectifs et des contraintes qui génèrent les choix des herbivores, à l’étude des effets associatifs. De plus, elle propose des avenues de recherches prometteuses, comme incorporer la variabilité intraspécifique dans les traits fonctionnels des plantes, tel que leur qualité nutritive, et considérer les effets associatifs à plusieurs échelles spatiales. Ces travaux améliorent notre compréhension des interactions trophiques indirectes, en démontrant l’influence de facteurs comme l’abondance des ressources sur ces interactions. De plus, je propose un mécanisme potentiel, soit les comportements d’approvisionnement des herbivores, ce qui ouvre la voie à une généralisation des effets associatifs à différents systèmes. / Plant-herbivore trophic interactions can be indirect, such as when the consumption of a plant by an herbivore is influenced by the presence of a neighbouring plant. The influence of neighbouring plants on herbivores’ selection has been described in studies of foraging but also in studies of associational effects between plants. Because of their parallel evolution, some common theme in the studies of animal foraging has been seldom addressed in the understanding of associational effects among plants. The general objective of this thesis is to understand the indirect effects of vegetation communities on plant use by large herbivores, in the context of factors affecting foraging. First, I investigated at which distance a neighbouring plant can influence herbivores’ selection, because foraging is a spatially hierarchical process. By a meta-analysis, I uncovered that neighbouring plant can influence the use of other plant species by large herbivores up to hundreds square metres. By a study of associational effects on Anticosti Island (Québec, Canada), I also demonstrated that neighbouring plants can increase or decrease browsing by white-tailed deer on balsam fir, depending on the scale considered. Second, I tested the relative contribution on associational effects of factors susceptible to influence foraging by herbivores. For example, the nutritional quality of neighbouring plants increased browsing on firs. Moreover, the relative abundance of plants in the community can generate associational effect: in the Outaouais region (Québec, Canada), white pines were less browsed in diversified plots where the relative abundance of preferred species was lower. My thesis supports the importance of incorporating an animal perspective, which takes into account the objectives and constraints on herbivores foraging choices, in the study of associational effects. Moreover, it offers promising research perspective, like including plant intraspecific variability in functional traits, such as nutritional value, and considering associational effects at multiple spatial scales. This work improves our understanding of indirect trophic interactions, by demonstrating the influence of factors such as resource abundance on these interactions. It also proposes a mechanism, foraging processes of herbivores, which paves the way to a generalization of associational effects in different systems.

À l’intérieur d’un réseau trophique, les différents niveaux trophiques réagissent différemment aux changements de la température, car certains organismes sont plus sensibles que d’autres. Dû à l’interdépendance entre les différents niveaux, même le plus petit changement de la température peut déclencher des différences en cascade de la performance de toutes les composantes du réseau. Ceci peut mener à l’effondrement partiel ou total du système. Dans le cadre de mon projet, je me suis intéressée aux effets de la température et des changements climatiques sur la performance relative d’un réseau tritrophique (plante-herbivore-parasitoïde). Les objectifs généraux étaient de déterminer : a) Quel niveau trophique est le plus sensible à l’augmentation de la température? et b) Quels sont les effets des changements climatiques sur l’ensemble du réseau trophique? Afin de pouvoir évaluer l’effet de la température sur l’ensemble du réseau trophique, j’ai développé trois paramètres de la performance relative en utilisant la biomasse comme monnaie commune : la productivité nette générationnelle (NGP), le taux de performance relative d’un réseau bitrophique (φh/p), et le taux de performance relative d’un réseau tritrophique (φ3t). En général, mes résultats suggèrent que la fenêtre thermique de la performance relative de chaque niveau trophique est plus large à la basse du réseau (c.-à-dire pour la plante) et qu’elle est réduite d’environ 4 °C pour chaque niveau trophique subséquent. Aussi, les valeurs de φh/p suggèrent que les pucerons sont plus performants que la plante à basse température, mais ils sont incapables de se reproduire au-delà de 28 °C, ce qui donne un avantage aux plantes. Néanmoins, cet avantage ne peut être maintenu longtemps dû aux effets négatifs des températures élevées sur la biologie de la plante. Les valeurs de φ3t suggèrent que la performance du réseau tritrophique est gouvernée par des cascades trophiques du type « top-down », mais la variation inter et intraspécifique de la plante-hôte joue un rôle majeur dans la productivité relative du système. Les résultats des expériences de régime thermique simulé pour l’horizon 2050 suggèrent que : malgré une fenêtre thermique plus réduite, le parasitoïde a la performance relative la plus grande du système, dans les trois scénarios testés. Ceci suggère, possiblement, une plasticité thermique plus grande que prévue à ce niveau trophique. Néanmoins, en absence du parasitoïde, l’herbivore domine le système. La réponse de la performance relative du réseau tritrophique est la même dans trois scénarios testés, malgré une différence d’environ 4 °C entre eux. Par contre, l’exposition à long terme aux températures élevées a un effet négatif sur l’accumulation de la biomasse sur les trois composantes du réseau au niveau individuel et collectif. Ceci est la première étude à évaluer de façon empirique et exhaustive les effets de la température sur autant d’interactions plante-herbivore-parasitoïde, afin de déterminer la performance relative d’un système tritrophique de façon holistique. / Each trophic level of a food-web reacts differently to changes in temperature, because some species are more sensitive than others. Because of the interdependence between the different trophic levels, even the smallest change in temperature could trigger cascading effects throughout the food-web. This may cause a partial or total collapse of the system. As part of my project, I was interested in the effects of temperature and climate change over the relative performance of a tri-trophic food web system (plant-herbivore-parasitoid). The general objectives were to determine: a) which trophic level is more sensitive to an increase in temperature? and b) What are the effects of climate change on a food-web as a whole? In order to determine the effects of temperature on the whole food-web, I developed three parameters to measure the relative performance, by using biomass as common currency between the three trophic levels. The developed parameters are: net generational productivity (NGP), the bi-trophic food-web ratio (φh/p), and the tri-trophic food web ratio (φ3t). In general, my results suggest that the thermal window of the relative performance of each trophic level has a wider span at the base of the food-web (e.g. the plant) and it is reduced by about 4 °C for each subsequent trophic level. Also, the (φh/p) values obtained, suggest that the aphids have the highest performance at low temperatures, but they are incapable of reproducing beyond 28°C, which gives the plant a competitive advantage. Nonetheless, this advantage cannot be maintained for long, due to the negative effects of temperature on the biology of the plant. The φ3t values suggest that the performance of the food-web is influenced by trophic cascades in a « top-down » fashion; but both the inter- and intra-specific variation of the host plant plays a major role in the productivity of the system. The results of the experiments about climate change suggest that: in all three tested climate change scenarios, the parasitoid has the largest relative performance of the system in spite of having the smallest thermal window. This suggests a greater thermal plasticity than previously thought. Nonetheless, in the absence of parasitoids, the herbivore dominates the system. Although there was a 4 °C difference between the three climate change scenarios that were tested, the the performance of the tri-trophic food-web was not significantly affected. In comparison, under two 2050 climate change scenarios, the long-term exposure to high temperatures has a negative effect on the accumulation of biomass for the three components of the food web, both individually and collectively. This is the first study to evaluate empirically and exhaustively the effects of temperature over a great range of plant-herbivore-parasitoid interactions, in order to determine the relative performance of the system in a holistic way.

Des expériences de fertilisation à court terme ont montré que la présence d 'un tapis de mousses était une contrainte au recyclage de l'azote (N) et du phosphore (P) par les plantes graminoïdes des polygones de tourbe de l'Arctique, dont se nourrissent des herbivores comme les oies. Cette contrainte retarderait l'effet fertilisant de leurs fèces qui sont riches en nutriments facilement assimilables (N et P) par les plantes broutées. Dans ce contexte, une expérience de fertilisation à long terme, cumulant 14 traitements (N, P, N+P, fèces et glycine), a été menée dans les polygones de tourbe de l ' île Bylot, un site du Haut-Arctique canadien. Le but était de simuler la présence annuelle de la Grande Oie des neiges qui vient s 'y alimenter chaque été. Nos résultats montrent, qu 'après cinq ans de fertilisation avec 'Une quantité de fèces qui équivaut au double de celle produite par la population d 'oies actuelle, on a une forte tendance pour l'augmentation de la croissance des plantes graminoïdes. Par contre, c'est seulement avec une fertilisation en N inorganique supérieure (~ 1 g Nfm2 fan), pour venir saturer le tapis de mousses, que l'on a un effet significatif sur leur croissance. De plus, la décomposition de la matière organique est alors favorisée. L'étude dévoile aussi que l ' absorption de l'N et du P par la végétation n'est pas clairement favorisée par des apports combinés en ces nutriments en comparaison à des apports de l'un ou l'autre seuls. Par contre, la fréquence d'application d'une même quantité de fertilisant (individuelle vs. annuelle) influence la croissance des mousses, alors qu'elle ne montre pas de différence sur celle des graminoïdes. En effet, les mousses ont profité davantage du fractionnement d'une dose de fertilisant à chaque année, que de l'application complète de la même dose, la première année de l'expérience. Donc, par leur présence annuelle, il semble que l ' effet fertilisant des oies soit plus important sur la croissance des mousses que sur celle des graminoïdes broutées. Ces plantes vasculaires, également, ne compensent que partiellement la perte de tissu liée au broutement, ce qui abaisse leur couvert et donne probablement accès à plus de lumière pour les mousses. À l'île Bylot, la présence des oies favoriserait donc le maintien d'un couvert de bryophytes caractéristique des polygones de tourbe arctiques.