Rôle de la diversité fonctionnelle de la communauté à Macoma Balthica (Estuaire du Saint-Laurent, Québec, Canada) sur les flux biogéochimiques à l'interface eau-sédiment et sur le mélange particulaire

par Emma Michaud

Thèse de doctorat en Sciences de l'environnement marin

Sous la direction de Georges Stora et de Gaston Desrosiers.

Soutenue en 2006

à Aix-Marseille 2 en cotutelle avec l'Université du Québec à Rimouski , en partenariat avec Université d'Aix-Marseille II. Faculté des sciences (autre partenaire) .


  • Résumé

    L’objectif de cette thèse de doctorat est de caractériser et de quantifier l’effet des groupes fonctionnels de bioturbation dominants de la communauté à M. Balthica et de leur diversité, sur les flux biogéochimiques à l’interface eau-sédiment (oxygène, carbone organique dissous, ammonium, nitrate, phosphate), le remaniement sédimentaire et les communautés microbiennes. Les groupes fonctionnels de la communauté à M. Balthica de l’estuaire du Saint Laurent (Québec, Canada) ont été définis selon leur mode de remaniement sédimentaire : Les biodiffuseurs, Macoma balthica et Mya arenaria, et le diffuseur à galerie, Nereis virens. Les mesures ont été réalisées dans des microcosmes expérimentaux répliqués avec les groupes fonctionnels isolés (allopatrie) et assemblés (sympatrie). Ceux-ci ont été soumis aux mêmes conditions expérimentales sur toute la durée de l’expérience (40 jours). Les effets ont été comparés à des sédiments sans organisme servant de contrôle. Les organismes ont été introduits avec des biovolumes identiques, déterminés à partir des densités naturelles. L’espace d’occupation par les macro-invertébrés était donc similaire pour chaque traitement. Les résultats montrent clairement, qu’à biovolume identique, les biodiffuseurs et le diffuseur à galerie ont des effets différents sur la stimulation des flux biogéochimiques, le transport des particules vers le fond des terriers et l’activité bactérienne. Les effets du diffuseur à galerie, variant avec le temps, sont nettement supérieurs en raison de la dynamique spatio-temporelle des structures biogènes et des activités d’irrigation, ainsi que de sa profondeur d’enfouissement maximale. Des différences de profondeurs d'enfouissement expliquent par ailleurs les variabilités intra-fonctionnelles observées entre les deux biodiffuseurs sur les flux d’ammonium et de nitrate et sur l’activité bactérienne. Les deux groupes fonctionnels combinés (diffuseur à galeries + biodiffuseurs) ont des effets importants sur les paramètres mesurés, souvent supérieurs aux effets attendus par simple additivité. Les interactions spatiales positives entre les deux groupes fonctionnels expliquent ces effets. Les intensités des interactions affectant essentiellement les flux de nitrate, de phosphate, d’ammonium et d'oxygène montrent une nouvelle fois, qu’à biovolume identique, la profondeur d’enfouissement de chaque groupe fonctionnel et l’organisation spatiale entre groupes fonctionnels apparaissent effectivement comme des facteurs clés dans la stimulation des processus biogéochimiques sédimentaires. Les résultats obtenus, directement comparables du fait de l'utilisation de biovolume identique, valident donc l’approche fonctionnelle pour l’étude de la bioturbation et ses effets sur les flux biogéochimiques, le remaniement sédimentaire et les communautés bactériennes. De nouvelles voies de recherche sont proposées pour (i) développer l'approche fonctionnelle dans le cadre d'études basées sur les échanges à l'interface eau-sédiment, (ii) affiner la notion de biovolume, et (iii) approfondir les effets des relations entre groupes fonctionnels au sein d’une communauté, sur le fonctionnement des sédiments côtiers.

  • Titre traduit

    The effects of the functional diversity of the Macoma balthica community (St-Lawrence Estuary, Quebec, Canada) on biogeochemical fluxes at the sediment-water interface and on particulate mixing


  • Résumé

    The objective of this Ph. D. Thesis is to characterise and quantify the effects of the dominant functional groups of the Macoma balthica community, maintained separately and in various combinations, on: i) biogeochemical fluxes at the sediment-water interface (oxygen, dissolved organic carbon, ammonium, nitrate, phosphate), ii) sediment mixing, and iii) bacterial communities. The functional groups of the M. Balthica community of the St Lawrence estuary (Quebec, Canada) were defined according their sediment mixing mode: two biodiffusers (M. Balthica and Mya arenaria) and one gallery-diffuser (Nereis virens) were studied. Experiments were performed in replicated microcosms with the functional groups being either isolated (allopatry) and combined (sympatry); control microcosms contained sediment but no macrofauna. All treatments were subjected to identical experimental conditions over the duration of the experiment (40 days). Microcosms contained similar biovolumes of organisms, these volumes being determined from natural densities. The space occupied by macro-invertebrates was thus similar in all treatments. The results clearly show that the biodiffusers and the gallery-diffuser, at similar biovolumes, have different effects on the stimulation of biogeochemical fluxes, on particle transport towards deeper layers, and on bacterial activity. The effects of the gallery-diffuser are highest and vary over time, due to the spatio-temporal dynamic of biogenic structures and irrigation activities, and to different maximal burrowing depths. The different burrowing depths of the two biodiffusers also explain the observed intra-functional variation in nitrate and ammonium fluxes, and in bacterial activity. The combination of both functional groups (gallery-diffuser+biodiffusers) has important effects on measured parameters, the latter often being higher than would be predicted based on additive effects. Positive spatial interactions between the two functional groups explain these effects. The interactions between functional groups, which essentially act on nitrate, phosphate, ammonium and oxygen fluxes, suggest that, at similar biovolumes, the burrowing depth of each functional group and the spatial organisation of these groups are key factors in the stimulation of sedimentary biogeochemical processes. The results obtained are directly comparable due to the use of similar biovolumes, and thus validate the functional approach for the study of bioturbation and its effects on biogeochemical fluxes, sediment mixing and bacterial communities. Further research is proposed to (i) develop the functional approach for studies based only on solute exchange at the sediment-water interface, (ii) refine the notion of biovolume, and (iii) examine in more detail the effects of relationships between functional groups within a benthic community on coastal sediment functioning.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (xxiii-212 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. : p.188-208

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