Les tourbières boréales des régions des sables bitumineux de l'Alberta sont soumises à de vastes perturbations et à la pollution causée par l'industrie de l'extraction in situ du pétrole et du gaz. En même temps, les tourbières sont reconnues comme des écosystèmes avec d'énormes capacités à stocker du carbone (C) qui ont besoin d'être protégés en période d'augmentation des émissions de gaz à effet de serre et de réchauffement climatique continu d'origine anthropique. Depuis 2015, le gouvernement de l'Alberta a publié de nouvelles réglementations visant à conserver et à protéger les tourbières suite aux perturbations causées par des infrastructures pétrolières et gazières in situ, par une approche de la restauration d'une « capacité foncière équivalente ». Par conséquent, la restauration écologique réglementaire des tourbières vise à rétablir les fonctions primaires des tourbières, soient l'accumulation de tourbe et la séquestration de carbone. Les premiers essais de restauration des tourbières dans ce contexte ont débuté au début des années 2000 et jusqu'à ce jour, très peu de recherches ont été menées à évaluer le succès des différentes techniques de restauration. L'objectif de cette thèse est donc l'évaluation de différentes techniques de restauration de tourbières à la suite de perturbations de plateformes de forage in situ, via l'évaluation des communautés végétales et des fonctions de la tourbière restaurée, en particulier le potentiel d'accumulation de tourbe et le retour de la séquestration du carbone. Trois sous-objectifs étaient axés sur le développement des espèces végétales caractéristiques des tourbières, la production et la décomposition de la matière organique végétale, la biogéochimie et la séquestration du carbone. L'étude a eu lieu sept à dix ans après la restauration. Les sites de recherche étaient deux anciennes plateformes de forage in situ, situées dans les régions des sables bitumineux de Peace River et de Cold Lake, dans le nord de l'Alberta. Dans le cadre de cette étude, nous avons choisi cinq tourbières restaurées, une zone témoin non restaurée d'une ancienne plateforme et 28 milieux humides de référence non perturbés. Les techniques de restauration évaluées comprenaient l'enlèvement complet des matériaux de construction de la plateforme de forage in situ (CR), l'enlèvement partiel du remplissage minéral de la plateforme de forage jusqu'à 15 cm (PR15) au-dessus du niveau de la nappe phréatique (WTL), jusqu'à 5 cm au-dessus du WTL (PR5), et jusqu'à près du WTL de l'écosystème de tourbière non perturbé adjacent (PR0). La revégétalisation s'est faite soit spontanément par l'intermédiaire de la dispersion naturelle des plantes, soit par la plantation active d'espèces vasculaires, en particulier Carex aquatilis, Larix laricina et Salix lutea. Sur deux saisons de croissance, nous avons mesuré l'abondance, la diversité et la richesse des communautés végétales émergentes, la productivité primaire nette (PPN) et la décomposition, ainsi que l'échange brut de l'écosystème (EBE) via l'échange de dioxyde de carbone (CO₂) et les émissions de méthane (CH₄). En outre, nous avons mesuré les facteurs environnementaux, tels que les niveaux d'eau (WTL), la chimie du sol et de l'eau et les concentrations de nutriments. Pour l'approche de restauration CR, une zone d'eau libre peu profonde s'est formée avec des espèces aquatiques flottantes migrant spontanément et une végétation de type marais sur le périmètre. On a observé que ces types de végétation étaient une source de C, où le CH₄ était libéré par les tissus d'aérenchyme bien développés de ces végétaux. La production de biomasse et l'accumulation de tourbe ont été observées de façon marginale, sauf dans un tapis de mousse brune flottant. En conséquence, on a observé que l'approche de restauration par CR avait un potentiel de réchauffement global accru, en raison du bilan positif de C, où plus de C est libéré dans l'atmosphère qu'il n'est absorbé par la pédosphère. PR15 et PR5, qui ont fait l'objet d'introduction d'espèces végétales, nous avons constaté que la diversité et la richesse des espèces étaient les plus faibles parmi les tourbières restaurées. Des conditions trop sèches, avec un niveau d'eau trop profond sous la surface du sol, ont transformé PR5 et PR15 en sources de carbone avec un potentiel de réchauffement global accru, en raison de la libération de CO₂ dans l'atmosphère. La forte production de biomasse a été neutralisée par un taux de décomposition tout aussi élevé et donc par un faible potentiel d'accumulation de tourbe. Le développement des arbustes a eu un effet positif sur l'absorption du carbone. Nous avons observé que le PR0, qui a été spontanément revégétalisé par la migration naturelle des diaspores, a développé une végétation plus similaire aux tourbières de référence avec une plus grande diversité et richesse d'espèces végétales par rapport aux autres zones restaurées. Une couverture dominante de bryophytes ou une végétation arbustive ont contribué à de meilleurs taux d'accumulation de tourbe par rapport aux autres zones d'étude. Le WTL près de la surface était un facteur significatif pour le retour d'une fonction de puits de carbone dans cette zone restaurée (PR0). Nous pensons que la restauration écologique de tourbières peut être réalisée avec l'élimination partielle du remplissage minéral. Les résultats suggèrent que la connectivité hydrologique avec les écosystèmes de tourbières adjacents non perturbés est le facteur limitant le plus important pour le développement de communautés végétales caractéristiques des tourbières ou la restauration des fonctions d'accumulation de tourbe et d'absorption de carbone. En outre, la proximité physique d'une banque de diaspores semble faciliter et accélérer la migration naturelle spontanée de diverses espèces végétales, même sur un sol minéral résiduel des anciennes plateformes de forage. L'introduction active de plantes ne s'est pas avérée avoir des effets significatifs sur la diversification et l'enrichissement des communautés végétales caractéristiques des tourbières. / Boreal peatlands in the Oil Sands regions of Alberta are subject to vast disturbances and pollution caused by the in situ oil and gas extraction industry. At the same time, peatlands are recognized as enormous carbon (C) storing ecosystems that need protection during times of enhanced greenhouse gas emissions and ongoing anthropogenically-caused global warming. Starting in 2015, the Alberta Government released new regulations that aim at the conservation and protection of peatlands following disturbance by in situ oil and gas infrastructure via the restoration of an "equivalent land capability". The obligatory ecological restoration aims at the reestablishment of primary peatland functions, such as peat accumulation and C sequestration. First trials to restore peatlands following in situ oil sands well pad disturbances started in the early 2000's and until this day little research on the success of the various restoration techniques has been done. The aim of this dissertation is therefore the evaluation of different peatland restoration techniques following in situ oil sands well pad disturbances, via the assessment of the restored peatland's vegetation communities and functions, in particular the peat accumulation potential and return of C sequestration. Three sub-objectives focussed on the development of peatland characteristic plant species, the plant organic matter production and decomposition, the biogeochemistry and carbon sequestration. The study took place seven to 10 years post-restoration. Research sites were two decommissioned in situ oil sands well pads located in the Peace River and Cold Lake Oil Sands regions in northern Alberta. For this study, we selected five restored peatland areas, one unrestored control area of an in situ well pad, and 28 undisturbed reference wetlands. The evaluation of the restoration techniques included the complete removal of the in situ well pad's construction materials (CR), the partial removal of the well pad's mineral fill to 15 cm (PR15) above the water table level (WTL), to 5 cm above the WTL (PR5), and to near the WTL of the adjacent undisturbed fen ecosystem (PR0). Revegetation happened either spontaneously via natural ingress or was managed by active planting of vascular species, in particular Carex aquatilis, Larix laricina, and Salix lutea. Throughout the two-year study period, we measured the abundance, diversity, and richness of emerging plant communities, the net primary productivity (NPP) and litter decay, as well as net ecosystem exchange (NEE) via carbon dioxide (CO₂) exchange, and methane (CH₄) emissions. Furthermore, we measured environmental factors, such as WTL, soil and water chemistry and nutrient concentrations. In CR, a shallow open water area had formed with mostly spontaneously colonizing floating aquatic species and marsh-like vegetation in the periphery. This type of vegetation was measured to be a C source, where CH₄ was released via aerenchyma. Biomass production and peat accumulation was observed marginal, except in a floating brown moss carpet. As a result, CR was observed to have an enhanced global warming potential, due to the positive C balance, where more C was released to the atmosphere than was taken up by the pedosphere. At PR15 and PR5, which were subject to plant species introduction, we found the lowest species diversity and richness among restored peatlands. Too dry conditions, with low WTL below the surface, turned PR5 and PR15 into carbon sources with increased global warming potential, due to the release of CO₂ to the atmosphere. High biomass production was neutralized by an equally high decay rate resulting in low peat accumulation potentials. There was a positive relationship between shrub cover and net carbon uptake. We observed PR0, which was spontaneously revegetated by natural migration of diaspores, to develop fen characteristic vegetation with the highest plant species diversity and richness compared to other restored areas. Either dominant bryophyte cover or shrub vegetation helped contribute to the greatest peat accumulation potential compared to the other study areas. The WTL at the surface was a significant factor for returning a C sink function in the same restored area. Results indicate that the benefit of the complete removal of a former in situ oil sands well pad is negligible, and that ecological peatland restoration can be achieved with the partial removal of the mineral fill. Also, hydrological connectivity to undisturbed adjacent fen ecosystems is the most important limiting factor for the development vegetation communities characteristic of peatlands and resume peat accumulation and C uptake. Furthermore, the physical proximity to the respective diaspore bank is believed to facilitate and accelerate spontaneous natural migration of diverse plant species even on a residual mineral soil. Active plant introduction did not prove to have significant effects on diversification and enrichment of peatland characteristic plant communities.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/102764 |
| Date | 13 December 2023 |
| Creators | Lemmer, Meike |
| Contributors | Strack, Maria, Rochefort, Line |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxii, 173 pages), application/pdf |
| Coverage | Alberta -- Sables bitumineux de l'Athabasca. |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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