Climate change and habitat fragmentation in a boreal forest bryosphere experiment

Climate change encompasses not only global changes in temperature, but also changes in precipitation, variability, and large-scale shifts in conditions to higher latitudes and altitudes.Many species respond by following suitable environmental conditions to new locations, but the necessary dispersal may not be possible on landscapes fragmented by anthropogenic land-use.This non-additive interaction is poorly understood, particularly in the boreal forest, whose extensive circumpolar distribution and large pool of soil carbon have the potential to feedback to global climate.These forests take up atmospheric carbon through primary production, which is often limited by nitrogen, and release carbon through decomposition, which may be sensitive to changes in temperature, precipitation, or biotic communities.Nitrogen-fixing cyanobacteria in symbiotic association with feather mosses may reduce nitrogen-limitation, but the environmental and biotic factors controlling them have only recently begun to be explored.I used a two-year field experiment near the northern limit of the boreal forest in northern Québec, Canada, to assess the impacts of habitat fragmentation and simulated climate change treatments on model moss ecosystems.I measured treatment effects on microarthropod and symbiotic cyanobacteria communities associated with the feather moss Pleurozium schreberi, as well as ecosystem processes of nitrogen-fixation, moss growth, and decomposition within the bryosphere (comprising the moss layer and associated biota).The experiment showed that N-fixation was positively affected by moisture conditions, but negatively affected by available nitrogen.N-fixation was only weakly related to cyanobacteria density, which was unaffected by experimental treatments.Moss growth stopped by the second year of drought, leading to net biomass loss, due to rates of decomposition exceeding moss productivity.Microarthropod abundance and richness also declined under drought conditions, but only in isolated patches, suggesting that dispersal is able to maintain populations in the face of environmental stress.This reveals the predicted synergistic effects of climate change and fragmentation: the combined effects are greater than the sum of individual effects.The results of this long-term field experiment highlight the overall importance of iii RÉSUMÉ Les changements climatiques incluent non-seulement les changements de température au niveau planétaire, mais également les changements au niveau des précipitations et variabilité, ainsi que le déplacement à grande échelle des conditions aux altitudes et latitudes élevées.Plusieurs espèces ont comme réaction à ces modifications de suivre les conditions environnementales plus propices à de nouvelles locations.Mais les déplacements nécessaires peuvent être impossibles sur des paysages divisés par l'utilisation anthropique des terres.Cette interaction non-additive demeure incomprise, particulièrement dans la forêt boréale dont sa répartition circumpolaire étendue et sa grande quantité de carbone dans le sol créent un potentiel de rétroaction au climat planétaire.Ces forêts absorbent le carbone atmosphérique par la production primaire, laquelle est souvent limitée par la disponibilité en azote.Elles relâchent également le carbone par un processus de décomposition, lequel est influencé par les changements de température, de précipitation et les communautés biotiques présentes.Les cyanobactéries fixatrices d'azote en symbiose avec les hypnes peuvent réduire les limites induites par l'azote.Cependant, les facteurs environnementaux et biotiques les contrôlant sont étudiés depuis peu.Afin d'examiner les effets de la fragmentation des habitats et des traitements simulés des changements climatiques sur des modèles d'écosystème de mousse, j'ai effectué une expérience de terrain d'une durée de deux ans, qui s'est déroulée près de la limite nordique de la forêt boréale au Québec.J'ai évalué la réponse des communautés de microarthropodes et de cyanobactéries symbiotiques, associées à Pleurozium schreberi, à ces traitements, ainsi que les processus écosystémiques de fixation de l'azote et la croissance et la décomposition à l'intérieur de la bryosphère (incluant la couche de mousse et le biote associé).L'expérience a démontré que la fixation de l'azote est positivement influencée par les conditions d'humidité, mais négativement influencée par la disponibilité de l'azote.La fixation de l'azote n'est que faiblement reliée à la densité et diversité des cyanobactéries, lesquelles n'ont pas été perturbées par les traitements expérimentaux.La croissance des mousses s'est arrêtée à la deuxième année de sécheresse, menant à une perte nette v de biomasse causée par un taux de décomposition excédentaire à la production de mousse.L'abondance et la richesse des microarthropodes diminuent également sous des conditions de sécheresse, mais seulement à des endroits isolés.Cela suggère que la dispersion est apte à maintenir les populations même lors de stress environnementaux.Cela confirme également les effets synergiques prédits des changements climatiques et de la fragmentation des habitats : les effets combinés sont plus amples que la somme des effets individuels.Les résultats de cette expérience à long terme soulignent l'importance de la disponibilité de l'eau dans la bryosphère ainsi que l'influence des contrôles environnementaux sur les processus environnementaux, et cela même dans un environnement aussi diversifié.

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