The reproductive success of brook trout (Salvelinus fontinalis) populations, like those of other salmonid species, is dependent on the availability and quality of spawning/incubation habitats. For brook trout in particular substrate composition and groundwater-hyporheic flow characteristics are key abiotic factors influencing both the suitability of lotic spawning habitats and the survival of embryos nested within these habitats. Egg-to-emergence survival has been shown to be negatively related to substrate fine sediment concentrations and positively related to interstitial flow velocity. Both substrate composition (through filtering effects) and interstitial flow are also thought to influence the susceptibility of egg pockets to fine sediment infiltration. The objectives of this doctoral study are to clarify the roles of groundwater and hyporheic flow in brook trout redd site selection; as well as the effect of substrate composition and interstitial flow on the survival of embryos to emergence. A complementary objective is to determine how local hyporheic flow and substrate composition influence fine sediment accumulation within reproductive habitat. To test various hypotheses, we conducted field studies in brook trout spawning streams situated within a boreal forest system in Quebec, Canada. We complemented these field studies using laboratory and field experiments. Our field studies indicated that in these boreal forest streams, brook trout did not exhibit a systematic preference for spawning in microhabitats dominated by upwelling groundwater. Redds were located in sites with both upwelling groundwater and downwelling surface water and we observed that the origin of the water resulted in distinct thermal regimes and incubation rates within the reproductive habitat, suggestive of possible alternate life history strategies within the population. The results of our laboratory experimentation revealed that high embryo mortality in fines-rich-substrates could not be mitigated by increased flow velocity/oxygen flux through the egg pocket. Furthermore, CT Scans of laboratory incubation substrates support entombment effects, as mortality was related to the density of 3-4 mm pore spaces suitable for emergence. Field experiments suggested that the ingress of fine sediments into redds is primarily a gravity driven process influenced by the size of the infiltrating fine sediments and the size of the substrate pore spaces as controlled by filter fraction content. This infiltration process was not influence by the intensity of vertical or horizontal hydraulic gradients, at least over the range of gradients that were observed in the brook trout reproductive habitats studied here. / Le succès de la reproduction de l'omble de fontaine (Salvelinus fontinalis), comme ceux d'autres espèces salmonidés, est dépendant de la disponibilité et la qualité des l'habitat de fraye/incubation. Pour l'omble de fontaine, en particulier, la composition du substrat et l'écoulement des eaux souterraines et hyporhéiques sont des facteurs clés qui influencent à la fois la convenance d'habitat lotiques et la survie des embryons imbriqués dans ces habitats. La survie à l'émergence été démontrée être négativement liée à la concentration des sédiments fins dans les substrat et positivement liée à la vitesse d'écoulement interstitiel. La composition du substrat (par des effets de filtrage) et le flux interstitiel sont suggérés dans la litérature comme influencant la susceptibilité des poches d'œufs à l'infiltration de sédiments fins. Les objectifs de cette étude de doctorat sont à clarifier les rôles des ressurgences souteraines ou de l'écoulement hyporhéique dans la selection des nids par l'omble de fontaine; et l'effet de la composition du substrat et l'écoulement hyporhéique sur la survie des embryons à l'émergence. Un objectif complémentaire est de déterminer comment l'écoulement hyporhéique et la composition du substrat influencent l'accumulation de sédiments fins dans l'habitat de reproduction. Pour tester différentes hypothèses liées, nous avons mené des études de terrain dans les ruisseaux d'un ecosystème de forêt boréale dans la Réserve Faunique des Laurentides au Québec, Canada où nous avons observé les frayères de l'omble de fontaine. Nous avons complété ces études de terrain à l'aide d'experiences en laboratoire et sur le terrain. Nos études sur le terrain a indiqué que dans ces ruisseaux, l'omble de fontaine n'a pas démontré une préférence systématique pour les microhabitats de fraye sous l'influence des ressurgences d'eaux souterraines. Les nids étaient situés a la fois dans des sites de ressurgence et dans des endroits ou les eaux de surface pénètrent dans le lit. Nous avons observé que l'origine de l'eau était liée à des régimes thermiques distincts dans l'habitat de reproduction. Les résultats de nos incubations en laboratoire ont révélé que les taux élevés de mortalité ne pouvaient pas être atténués par une augmentation d'écoulement d'eau/ l'oxygène a travers le nid. Par ailleurs, les données sur la structure des substrat d'incubation collectées en trois dimensions (3-D) par tomodensitométrie assistée par ordinateur (TAO) ont confirmée un effet de 'mise au tombeau', indiquée par le lien entre la mortalité des embryons et la densité des 'megapores' de 2-3 mm qui sont appropriés pour l'émergence. Les expériences de terrain ont suggéré que la pénétration des nids par les sédiments fins est un processus influencé par la taille des sédiments fins en movement par rapport a la taille de l'espace interstitiel. Ce processus d'infiltration n'etait pas influencé par l'intensité des gradients hydrauliques verticaux ou horizontaux, au moins pour la gamme de gradients observées dans les habitats de reproduction omble de fontaine étudiés ici.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.107714 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Franssen, Jan |
| Contributors | Michel F Lapointe (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Geography) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
Page generated in 0.0035 seconds