Namvar, Sepideh
(2025).
« Intra-annual dynamics of carbon and oxygen isotopes and wood formation in black spruce within North America's boreal forest » Thèse.
Montréal (Québec), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biologie.
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Résumé
Les analyses intra-annuelles des isotopes stables δ¹³C et δ¹⁸O dans différents compartiments de l’arbre sont des outils puissants pour étudier le stockage du carbone et les dynamiques hydriques à des échelles temporelles fines. Dans la tige, le continuum cambium-xylème constitue un site critique pour l’étude des dynamiques des isotopes stables. Cependant, les processus post-photosynthétiques peuvent introduire des différences entre la composition isotopique de ces deux tissus, en raison de l’utilisation de glucides stockés comme substrat pour la croissance, avec des signatures en δ¹³C distinctes. De plus, la formation du bois peut dépendre de différentes sources d’eau au cours de la saison de croissance, modifiant ainsi les signaux en δ¹⁸O provenant du niveau foliaire. Les avancées récentes dans l’analyse intra-annuelle du δ¹³C et du δ¹⁸O dans les cernes des arbres ont amélioré notre compréhension des cycles du carbone et de l’eau dans la tige des arbres. Toutefois, un cadre global permettant de suivre les isotopes stables tout au long de la saison de croissance fait encore défaut. Cette lacune limite notre compréhension du stockage du carbone et de l’oxygène dans les cernes des arbres à des échelles temporelles fines et contraint l’utilisation des données de δ¹³C et δ¹⁸O comme proxys fiables dans les études dendroclimatologiques. De plus, le suivi des valeurs des isotopes du carbone au cours de la saison de croissance offre une opportunité d’analyser l’efficacité intrinsèque d’utilisation de l’eau (intrinsic Water Use Efficiency, iWUE) chez les arbres. Cela permet d’obtenir des informations sur les processus physiologiques au niveau foliaire et les facteurs environnementaux qui régulent la formation du bois durant le développement du cerne annuel. Cette thèse vise à élucider comment les processus post-photosynthétiques influencent les signaux en δ¹³C et δ¹⁸O dans le continuum cambium-xylème de l’épinette noire (Picea mariana) dans la forêt boréale d’Amérique du Nord. Pour ce faire, une méthode non destructive a été développée afin de suivre le fractionnement cumulatif des isotopes du carbone et de l’oxygène au cours de la saison de croissance. L’étude vise également à identifier les principaux facteurs déterminant la dynamique de formation du bois, en mettant l’accent sur l’interaction entre la cinétique de formation des cellules et l’iWUE à des échelles saisonnières. L’étude a été réalisée dans deux sites, Simoncouche (SIM) et Bernatchez (BER), tous deux situés dans la forêt boréale du Québec, au Canada. Les observations ont été menées au cours des saisons de croissance de 2019 à 2021 pour SIM et de 2020 à 2021 pour BER. Sur chaque site, cinq épinettes noires matures ont été sélectionnées chaque année. De la fin avril à octobre, des échantillons de bandes de bois rectangulaires ont été prélevés chaque semaine sur la tige des arbres afin de suivre la discrimination des isotopes du carbone et de l’oxygène dans le continuum cambium-xylème en croissance. Simultanément, des microcarottes ont été extraites de la zone d’échantillonnage pour surveiller la xylogenèse. Afin d’analyser les traits cellulaires, deux microcarottes supplémentaires ont été prélevées sur chaque arbre à la fin de la saison de croissance (mi-octobre), lorsque le cerne était complètement formé. Cette étude a permis de développer une méthode innovante pour suivre le fractionnement hebdomadaire du δ¹³C et du δ¹⁸O dans le continuum cambium-xylème en croissance de l’épinette noire. Des profils hebdomadaires ont été établis pour les isotopes stables du carbone et de l’oxygène dans la région cambiale (δ¹³Ccam et δ¹⁸Ocam) et dans le cerne en formation (δ¹³Cxc et δ¹⁸Oxc). Les résultats suggèrent qu’un apport constant d’assimilats frais au continuum cambium-xylème est le principal moteur de la croissance secondaire sur les deux sites d’étude. Toutefois, le δ¹³Ccam et le δ¹³Cxc ont été peu influencés par la variabilité climatique, ce qui indique que les variations intra-annuelles de ces profils reflètent probablement des changements dans les stratégies d’allocation du carbone. Ces changements pourraient améliorer la résistance au gel et réduire l’absorption d’eau aux stades tardifs de la croissance, et sont possiblement liés à la diminution saisonnière du rayonnement photosynthétiquement actif. La conductance stomatique a été identifiée comme le principal facteur physiologique influençant le fractionnement saisonnier du δ¹³Ccam et du δ¹⁸Ocam. Cependant, les échanges proportionnels entre l’eau du xylème et les sucres au site de synthèse de la cellulose (effet Pex) ont masqué les tendances du δ¹⁸Ocam. Cette découverte suggère que les signaux du δ¹⁸Oxc diffèrent de ceux d’origine dans le puits cambial initial. Alors que le cambium utilise principalement l’eau issue des feuilles, la cellulose du xylème en formation puise à la fois dans l’eau foliaire et dans l’eau du xylème provenant des racines durant la saison de croissance. Des liens négatifs forts entre la cinétique de formation cellulaire (taux d’élargissement des cellules et taux de dépôt pariétal) et l’iWUE suggèrent que les processus physiologiques au niveau foliaire régulent la formation du bois. Une photopériode plus longue et des niveaux de stress hydrique plus faibles ont favorisé des taux élevés d’élargissement cellulaire et de dépôt pariétal. En revanche, les taux de production cellulaire sont davantage influencés par la température et le déficit de pression de vapeur (VPD), avec une augmentation des taux de production cellulaire en réponse à des températures et à un VPD plus élevés dans notre région d’étude. Les résultats ont mis en évidence un découplage entre la dynamique de production cellulaire et l’iWUE chez l’épinette noire durant la saison de croissance, tout en soulignant le lien entre les processus physiologiques foliaires et les contraintes climatiques, telles que la disponibilité en eau du sol. Les conclusions de cette étude apportent de nouvelles perspectives sur la dynamique saisonnière du carbone et de l’oxygène ainsi que sur les contraintes de croissance secondaire de l’épinette noire dans les écosystèmes de la forêt boréale. En introduisant une approche méthodologique novatrice pour le suivi des signaux isotopiques à des échelles temporelles fines, ce travail comble des lacunes essentielles dans la compréhension des processus d’allocation du carbone et de leurs déterminants environnementaux. Ces résultats mettent en évidence la nécessité d’interpréter avec précaution les signaux isotopiques afin d’éviter toute mauvaise représentation dans les études dendroclimatologiques. De plus, l’étude éclaire les facteurs environnementaux et physiologiques foliaires influençant la dynamique de formation du bois, fournissant ainsi des informations précieuses sur les réponses des arbres aux changements climatiques futurs.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : carbone, oxygène, iWUE, analyse hebdomadaire, forêt boréale
| Type: |
Thèse ou essai doctoral accepté
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| Informations complémentaires: |
Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF/A. |
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Directeur de thèse: |
Boucher, Étienne |
| Mots-clés ou Sujets: |
Isotopes stables dans la recherche en physiologie végétale / Isotopes de carbone / Isotopes d'oxygène / Formation du bois / Relations plante-eau / Épinette noire / Forêts boréales |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département des sciences biologiques |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
|
| Date de dépôt: |
21 oct. 2025 08:51 |
| Dernière modification: |
21 oct. 2025 08:51 |
| Adresse URL : |
http://archipel.uqam.ca/id/eprint/19191 |
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