The toxin-producing potential of some freshwater cyanobacterial species and their ability to form dense blooms makes the possibility of an increase in their biomass of concern to lake managers and the general public. Modelling of cyanobacterial biomass and dominance in inland water bodies has demonstrated that cyanobacterial biomass increases concomitantly with nutrients in freshwater systems. Though temperature and water-column stratification are increasingly cited as factors promoting cyanobacterial biomass, support for this has been mainly provided by laboratory studies and individual lake studies. Furthermore it is not well known if models developed across large spatial gradients perform adequately at regional scales where responses could be modulated by additional unconsidered regionally-distinct variables. This thesis evaluates the effects of temperature, nutrients and other predictors on cyanobacterial biomass in North American lakes, through general models and when accounting for water body type and region of origin. A novel analysis of an existing dataset comprising single sample dates of over 1000 lakes in the United States showed that temperature was a significant predictor of cyanobacterial biomass. The effect of temperature was shown to be independent of those of nutrients and increases in total phytoplankton biomass. This suggests that warming alone might result in an increase in cyanobacterial biomass in lakes. The effects of the different variables varied between the lake systems considered (deep or shallow; natural lake or reservoir) with the strongest relationships found in deep natural lakes. An unpublished dataset of 88 Canadian lakes was used to test the effects of nutrients and temperature across regions using seasonally averaged data. These robust models provide some support for differing responses among regions, suggesting caution when applying general models to specific regions. Additionally, cyanobacterial genera biomass distribution in lakes was found to be explained by multiple environmental variables. Generally, nitrogen was found to be a significantly better predictor of cyanobacterial biomass than total phosphorus suggesting that nitrogen-fixation by cyanobacteria is less prevalent that previously estimated. Together, this thesis advances our understanding of the variables driving cyanobacterial biomass in lakes and demonstrates that under continued nutrient enrichment and warming temperatures increases in cyanobacterial biomasses in North American lakes could be expected. / Les proliférations de cyanobactéries sont des sujets de préoccupation à l'échelle globale en raison de leur capacité de former des écumes denses qui épuisent l'oxygène dissoute et qui peuvent produire des toxines, nuisant à l'utilisation des plans d'eau tant pour l'eau potable que les loisirs. La modélisation de la biomasse et de la dominance des cyanobactéries a préalablement démontré que leur abondance augmente de façon concomitante avec les nutriments dans les systèmes d'eau douce. Bien que la température et la stratification de la colonne d'eau soient de plus en plus citées comme facteurs favorisant la prolifération des cyanobactéries, ces associations sont surtout basées sur des études en laboratoire et de lacs individuels. En outre, il n'a pas été bien démontré que les modèles développés sur d'importants gradients spatiaux s'appliquent de façon adéquate à l'échelle régionale, où la biomasse pourrait aussi être modulée par des variables additionnels. Cette thèse évalue les effets de la température, des nutriments et d'autres prédicteurs sur la biomasse des cyanobactéries dans les lacs d'Amérique du Nord, à travers le développement de modèles général ainsi que des modèles tenant compte des spécificités régionales. Dans le premier chapitre, je présente une analyse exhaustive d'un ensemble de données de plus de 1000 lacs. Utilisant cet ensemble de données, où la plupart des lacs ont été échantillonnés une seule fois au cours de la saison de croissance, j'ai démontré que les concentrations de nutriments (azote et phosphore) et la température étaient des prédicteurs significatifs de la biomasse des cyanobactéries. L'effet de la température sur la biomasse des cyanobactéries est statistiquement indépendant de celui des nutriments. Ces résultats suggèrent que le réchauffement des eaux de surface pourrait entraîner une augmentation de la biomasse des cyanobactéries dans les lacs. Les effets des variables différaient entre les systèmes étudies (profonds, peu profond ; lac naturel, réservoir). Les meilleurs modèles ont été développés pour lacs naturels profonds. Dans le deuxième chapitre de cette thèse, j'ai examiné un ensemble de données inédites basées sur les moyennes saisonnières de 88 lacs provenant de trois régions du Canada (l'Alberta, la Colombie-Britannique et l'Ontario). J'ai développé des modèles prédictifs généraux et examiné comment les modèles pouvaient différer entre les régions en utilisant la modélisation linéaire générale et la modélisation à effets mixtes. Les prédicteurs environnementaux ressortant furent similaires à ceux du premier chapitre mais, tel qu'attendu, les modèles utilisant les moyennes saisonnières expliquèrent une plus grande proportion de la variance de la biomasse des cyanobactéries car elles sont plus représentatives. Ces modèles ont aussi relevé des différences claires entre l'Ontario et les autres provinces mais l'inclusion d'avantage de lacs de l'Ontario dans l'analyse serait nécessaire afin de résoudre pourquoi c'est le cas. Dans l'ensemble, cette thèse enrichit notre compréhension des variables influençant la prolifération des cyanobactéries dans les lacs. Elle démontre clairement que, par l'enrichissement continu en nutriments et le réchauffement des eaux de surface, une augmentation de la biomasse des cyanobactéries dans les lacs nord-américains serait attendue.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.117103 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Beaulieu, Marieke |
| Contributors | Frances Pick (Internal/Cosupervisor2), Irene Gregory-Eaves (Internal/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 | Master of Science (Department of Biology) |
| 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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