Importance relative des producteurs primaires sur la production globale du lac Saint-Pierre, un grand lac fluvial du Saint-Laurent

Ces dernieres annees, des fluctuations importantes dans les niveaux d’eau du systeme des Grands Lacs - Saint-Laurent ont attire l’attention sur le fait que ces changements pouvaient avoir des impacts ecologiques importants dans ces systemes. Cependant, le manque de donnees, en particulier sur les communautes situees a la base des reseaux trophiques tels que les producteurs primaires, limite actuellement notre capacite a comprendre le fonctionnement de ces ecosystemes et a predire leur reponse face a des fluctuations de niveaux d’eau. Cette these quantifie, a grande echelle, la production primaire des macrophytes, des epiphytes et du phytoplancton durant deux annees avec des niveaux d’eau opposes, dans le Lac Saint-Pierre, un grand (~3OO km2) lac fluvial du fleuve Saint-Laurent. Une comparaison des methodes d’estimation de la biomasse et de la distribution des plantes aquatiques emergentes et submergees a l’echelle du lac montre que l’utilisation de modeles empiriques integres dans un systeme d’information geographique (SIG) se revele efficace pour determiner la distribution spatiale des macrophytes pour tous les types d’habitats au Lac Saint-Pierre. Une methode de correction pour les modeles de production primaire phytoplanctonique a ete developpee pour permettre une application spatiale de ces modeles dans des milieux optiquement complexes tels ceux du fleuve Saint-Laurent. Le taux de photosynthese des algues epiphytiques est fortement lie a la biomasse algale, et moindrement influence par la lumiere et la temperature. La distribution de la biomasse des macrophytes et des epiphytes et la reponse photosynthetique en fonction de la profondeur a un effet important sur l’estimation de la production des epiphytes a l’echelle du systeme. En general, les algues filamenteuses utilisent plus efficacement la lumiere que les algues attachees, leur donnant ainsi un avantage competitif face a des changements de niveau d’eau. Une analyse de la production primaire totale a l’echelle du lac indique qu’une diminution du niveau d’eau d’un metre en 2001, comparativement a 2000, a entraine une reduction de la superficie des marais de 50%, une augmentation dramatique de la production par le phytoplancton dans la zone d’eau libre de 60%, une augmentation de la biomasse et de la production des algues filamenteuses, ainsi qu’une hausse de la production primaire globale de 20%, soit l’equivalent de 5000 tonnes metriques de carbone. Cependant, la contribution relative des producteurs primaires a l’echelle du lac a ete peu affectee par un abaissement du niveau d’eau, en raison de l’heterogeneite spatiale du systeme. Une etude spatiale de la production primaire indiquait des variations dans la distribution et dans le type de producteurs entre les annees. Cette etude represente la premiere estimation de la production primaire totale du Lac Saint-Pierre par type de producteur, et l’une des premieres estimations quantitatives de production autotrophe totale dans une grande riviere. Les resultats de cette these soulignent l’importance d’incorporer l’heterogeneite spatiale de la production autotrophe pour une vision integree du fonctionnement des grandes rivieres. In recent years, fluctuating flow and water levels in the Great Lakes—St. Lawrence River system have drawn attention to the potential ecological impacts of lower water levels on this system. Total primary production of the St. Lawrence River remains largely unkmown, and because primary producers are at the base of the food chain, this lack of information hinders our capacity to understand the flow of carbon and to predict the consequences of altered water levels on ecosystem processes. This thesis examines the primary production of macrophytes, epiphyton and phytoplankton over a 2-year period with contrasting water levels in Lake St. Pierre, a large (—30O 2) fluvial lake of the St. Lawrence River (Canada). A comparison of methods used to determine the distribution and biomass of aquatic macrophytes showed that empirical models integrated in a GIS-framework provided the most adequate estimation of macrophyte biomass across the entire range of riverine habitats in Lake St. Pierre. A general model to correct daily phytoplankton primary production estimates for errors arising from variable optical depths was developed to allow for increased spatial and temporal modelling of algal production in diverse, shallow water systems. Epiphyton specific-productivity in Lake St. Pierre was related to biomass, light and temperature and areal estimates of epiphyton production were found to be strongly dependent on vertical variations in light and biomass within macrophyte stands. Filamentous algal mats utilised light more efficiently than attached epiphytes, conferring a competitive advantage over attached forms under conditions of lower water levels. Analyses of whole-system primary production revealed that macrophytes and epiphyton were responsible for roughly half of annual autotrophic production in Lake St. Pierre. Under low water levels in 2001, coverage by wetted emergent marsh habitats decreased by 50%, phytoplankton production in the open water zone increased by 60%, filamentous algal biomass and production increased dramatically and whole-system carbon production increased by 20 %, or roughly 5000 mt C. Changes in the relative contributions of primary producers to annual production at the scale of the lake between years were relatively minor. Examination of the spatial distribution of production revealed important shifts in the location and type of primary producers. This study represents the first estimate of primary production and of the relative contributions of the various producing communities in Lake St. Pierre and one of the first quantitative estimates of whole-system primary production in a large river system. Results of this study underline the importance of considering spatial variations in autotrophic production for a comprehensive view of the functioning of large river systems.

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