Riparian areas are located at the interface between terrestrial and aquatic ecosystems. Hydrological events and vegetation patterns drive decomposition and nutrient cycling occurring in these areas, ultimately determining whether riparian areas are a carbon (C) and nitrogen (N) sink or source to the environment. Earthworms play a central role in decomposition and nutrient cycling by fragmenting plant material and interacting with soil microorganisms. During this process, earthworms are assumed to increase CO2 and N2O production and fluxes, while increasing soluble compounds such as dissolved organic C and mineral N that may either be substrates for microbial activity and plants (i.e., plant N uptake) or lost from soil when leached through earthworm burrows (macropores). The objective of this research was to describe the earthworm community inhabiting riparian areas along the Pike River in southern Québec, identify the environmental factors driving earthworm community assemblage, and determine how earthworms in this area affected C and N dynamics under different land use. A field study of earthworms, soil, and vegetation showed that earthworm communities were larger (p <.0001) and more diverse in riparian sites compared to upland sites that cultivated with crops. Canonical correspondence analysis showed that soil moisture, vegetation, microbial biomass carbon (MBC) and soil parameters including ammonium (NH4) and phosphorus (P) were the main factors driving the separation of earthworm assemblages and associated plots (p < .005). A 5-month long microcosm experiment tested the effect of two earthworm species from riparian areas, the anecic Lumbricus terrestris and endogeic Aporrectodea turgida, on C and N losses from riparian soils via their effect on litter decomposition. Litter consisted of soybean residue (Glycine max), deciduous forest mix (Acer saccharum, Fagus grandifolia, Betula alleghaniensis) and reed canarygrass (Phalaris arundinacea). Earthworms increased CO2 and N2O losses from microcosms with soybean litter, by 14% (p < .0001) and 700% (p < .0001), respectively, but reduced CO2 and N2O losses by 18% (p < .0001) and 250% (p < .0001), respectively, when fed with reed canarygrass. The amount of soluble C and N in leachate and soil extracts depended on the interaction between earthworm species and litter type. Microcosms with earthworms increased gaseous C and N losses relative to soluble losses compared to microcosms without earthworms. The effect of earthworm presence and soil moisture on methanogenic and methanotrophic activity was tested in another laboratory microcosm experiment lasting 24 hours. Earthworm presence increased cumulative gross CH4 production from 365 μg CH4 g-1 d-1 soil (without earthworms) to 509 μg CH4 g-1 d-1 soil. Cumulative net CH4 consumption in soils with earthworms was 489 μg CH4 g-1 d-1, whereas in soils without earthworms it was 318 μg CH4 g-1 d-1. A field experiment in riparian areas along the Pike River tested the effects of manipulated earthworm populations on gas (CO2, N2O, and CH4) fluxes in spring. Throughout sites, mean CO2, CH4, and N2O fluxes ranged from 33.5 to 171.4 mg CO2-C, -44.2 and 3.1 μg CH4-C, and 1.2 to 51.6 μg N2O-N m-2 h-1, respectively. While soil moisture, vegetation cover, and earthworm variables were all correlated with CO2, N2O, and CH4 fluxes, only vegetation cover and soil moisture significantly predicted CO2 (R2=0.245, p = .0007) and N2O (R2=0.188, p = .0049) fluxes. Despite the important earthworm influence on C and N gas fluxes from riparian soils in the laboratory, it is not detectable at the field scale. I conclude that management of vegetation cover rather than earthworm populations would be a more effective way to minimize C and N gaseous and leachate losses in riparian areas in southern Québec. / Les bandes riveraines se situent à l'interface des écosystèmes aquatiques et terrestres. Les événements hydrologiques ainsi que la composition de la végétation influence la décomposition et le cycle des nutriments dans ces zones et ultimement déterminent si les bandes riveraines sont des puits de carbone (C) et d'azote (N) ou bien des sources pour l'environnement. Les vers de terre jouent un rôle crucial dans la décomposition et le cycle des nutriments en fragmentant les résidus végétaux et par leur interaction avec les microorganismes du sol. Durant ces procédés,les vers de terre augmentent la production et les flux de CO2 et N2O tout en augmentant la quantité de composés solubles tels que le C organique dissout et le N minérale. L'objectif de cette recherche était de décrire la communauté de vers de terre établie dans les bandes riveraine au long de le rivière Pike dans le sud du Québec, d'indentifier les facteurs environnementaux qui influencent la structure des communautés de vers de terre, et de déterminer comment les vers de terres affectent la dynamique du C et de N avec différentes gestions du sol. La communauté de vers de terre était plus abondante (p <.0001) et plus diversifiée dans les bande riveraine comparé particulièrement ceux qui étaient sous exploitation agricole. L'humidité du sol, la diversité de la végétation, et les propriétés chimiques du sol (NH4 et P) contrôlent l'assemblage des communautés de vers de terre adultes à travers les sites (p <.005). Une expérience en microcosme a été réalisée en laboratoire sur deux espèces de vers de terre venant de bande riveraines, soit une espèce anécique et une espèce endogéique. L'objectif était de tester comment ces deux espèces affectent la perte de C et de N des sols avec leurs effets sur la décomposition dela litière composée soit de résidus de soya (Glycine max.), de feuilles d'essence forestière feuillue (Acer saccharum, Fagus grandifolia, Betula alleghaniensis) ou de baldingère faux-roseau (Phalaris arundinacea). Avec des résidus soya, les vers de terre ont augmenté la perte de CO2 de 14% (p < .0001) et les émissions de N2O de 700% (p < .0001). Avec la litière de baldingère faux-roseau, les vers de terre ont réduit la perte de CO2 de 18% (p < .0001) et les émissions de N2O de 250% (p < .0001). La quantité de C et de N soluble dans les percolats et dans le sol dépend de l'interaction entre l'espèce de vers de terre et le type de litière. Microcosmes avec les vers de terre ont augmenté C gazeux et les pertes d'azote par rapport aux pertes solubles par rapport aux microcosmes sans vers de terre. Dans une autre expérience en microcosme, la présence de vers de terre a fait augmenter le taux brut de production du CH4 de 365 à 509 μg CH4 g-1 sol d-1. Par contre, la consommation cumulative nette de CH4 dans le sol avec les vers était de 489 μg CH4 g-1 d-1, et dans les sols sans vers de 318 μg CH4 g-1 d-1. Une expérience sur le terrain dans les bandes riveraines a testé l'effet de la manipulation des populations de vers sur les émissions printanières de CO2, N2O et CH4. Dans tous les sites, la moyenne du flux de CO2 variait entre 33.5 to 171.4 mg CO2-C m-2 h-1, la moyenne du flux de N2O variait entre 1.2 to 51.6 μg N2O-N m-2 h-1, et la moyenne du flux de CH4 était entre -44.2 et 3.1 μg CH4-C m-2 h-1. Même si le taux d'humidité du sol, le couvert végétal et les variables des vers de terres corrélaient tous avec les flux de CO2, N2O, and CH4, seul le couvert végétal et le taux d'humidité du sol ont pu prédire de manière significative les flux de CO2 (R2=0.245, p = 0.0007) et de N2O (R2=0.188, p = .0049). En dépit de l'influence importante des vers de terres sur les émissions de C et de N gazeux en laboratoire, cette influence n'était pas détectable sur le terrain. La gestion du couvert végétale plutôt que celle de la population des vers de terre serait une stratégie plus efficace pour minimiser la perte de C et de N gazeux dans les bandes riveraines du sud du Québec.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.117140 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Kernecker, Maria |
| Contributors | Joann Karen Whalen (Supervisor1), Robert Lionel Bradley (Supervisor2) |
| 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 Natural Resource Sciences) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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