Seasonal dynamics of harmful algal blooms in the boreal lakes of Abitibi-Temiscamingue / Dynamique saisonnière des proliférations d'algues nuisibles dans les lacs boréaux de l'Abitibi-Témiscamingue

Abstract Cyanobacteria, the oldest photosynthetic organisms on Earth, play a crucial role in producing the oxygen we breathe. However, when they grow excessively and form blooms, they can harm ecosystems and produce toxins that pose environmental risks. These blooms, known as harmful algal blooms (HABs), are typically associated with excess nutrients in the environment and high-water temperatures. Recent observations have challenged the notion algal growth require elevated temperature, as., HABs have been observed under ice covered of boreal lakes. Despite the influence of winter on bloom formation, our understanding of the winter dynamics of cyanobacterial community composition, nutrient and organic carbon concentrations, and environmental and climatic variables monthly from June 2021 to July 2022. In Lake Fortune, the dominant cyanobacteria study aimed to improve our understanding of the seasonal dynamics of HABs in boreal lakes, including lakes in during the winter. It focuses on two Abitibi-Témiscamingue, Quebec, Canada: Lake Fortune, which exhibits unusual cyanobacterial growth under the ice, and Lake Beauchamp, known for recurrent summer-only cyanobacterial blooms. We monitored cyanobacterial genus was Planktothrix, with its highest cell density in November (210 000 cells/mL) and its lowest density in March (28 000 cells/mL). In Lake Beauchamp, the dominant genus was Aphanothece, with the highest cell density observed in August (27 800 cells/mL) and the lowest in March (2 100 cells/mL). The study found that cyanobacterial bloom formation and development in Lake Beauchamp were strongly correlated with nitrogen and dissolved organic carbon concentrations during summer and fall. In Lake Fortune, nutrient availability—dissolved nitrogen and remains limited. This phosphorus concentrations—played a significant role throughout the year, even under ice cover. Specifically, phosphorus and dissolved organic carbon influenced the formation of cyanobacterial blooms, dominated by Planktothrix. Lake Fortune had a lower threshold for total phosphorus, allowing Planktothrix to dominate year-round, even under the ice. This study investigated the seasonal dynamics of HABs and the factors that influence them. It makes suggestions for using this new knowledge for mitigating the occurrence of HABs. Résumé Les cyanobactéries sont les plus anciens photoautotrophes de la Terre et sont responsables du niveau d'oxygène dont nous disposons actuellement. Cependant, lorsqu'elles prolifèrent et forment une efflorescence, elles provoquent une dégradation écologique et peuvent parfois produire des toxines qui mettent la vie aquatique et terrestre en danger. Ce phénomène est appelé "efflorescences d’algales nuisibles" et est généralement lié à un excès de nutriments dans l'environnement et à des températures élevées de l'eau. Des observations récentes de la présence d'algues nuisibles sous la couche de glace en hiver dans les lacs boréaux contredisent le fait que des températures plus élevées influencent toujours positivement la croissance des algues. La dynamique hivernale des cyanobactéries reste encore mal comprise, même si elle affecte la formation des efflorescences plus tard dans l’année en eau libre. Cette étude vise à mieux comprendre la dynamique saisonnière des proliférations d'algues nuisibles, y compris en hiver, dans les lacs boréaux en identifiant les facteurs moteurs potentiels responsables du développement des cyanobactéries. Notre design expérimental était composé de deux lacs boréaux de l'Abitibi-Témiscamingue (Québec, Canada): le lac Fortune qui présente une croissance inhabituelle de cyanobactéries sous la glace et le lac Beauchamp qui a connu des proliférations récurrentes de cyanobactéries en été seulement. Nous avons identifié la composition de la communauté cyanobactérienne à chaque mois, de juin 2021 à juillet 2022. Les communautés de cyanobactéries étaient dominées par le genre Planktothrix dans le lac Fortune dont les concentrations les plus élevées (210 milles cellules/mL) étaient au mois de novembre et les plus basses (28 milles cellules/mL) au mois de mars. Dans le lac Beauchamp, Aphanothece a été trouvé tout au long de l'année et était le plus abondant (27.8 milles cellules/mL) en août et le moins abondant (2,1 milles cellules/mL) en mars. Dans l'ensemble, nous avons constaté que la formation et le développement des fleurs d'eau de cyanobactéries étaient en corrélation avec la concentration d'azote et de carbone organique dissous pendant l'été et l'automne dans le lac Beauchamp et avec la disponibilité du phosphore, de l'azote dissous et du carbone organique dissous dans le lac Fortune tout au long de l'année. Le phosphore et le carbone organique dissous ont influencé de façon significative la formation de fleurs d'eau de cyanobactéries du genre Planktothrix dans le lac Fortune tout au long de l'année, y compris pendant les mois d'hiver sous la glace. Cette étude a étudié la dynamique saisonnière de proliférations d'algues nuisibles et les facteurs qui l’influencent. Elle émet des suggestions pour utiliser ces nouvelles connaissances dans une gestion des facteurs environnementaux qui peuvent contrôler l'occurrence des proliférations d'algues nuisibles.

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