Incorporation of greenhouse gas emission dynamics from boreal rivers into the global carbon cycle

Hutchins, Ryan (2019). « Incorporation of greenhouse gas emission dynamics from boreal rivers into the global carbon cycle » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biologie.

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Résumé

Le bilan carbone actuel de la Terre accumule rapidement du CO2 et du CH4, tous deux des gaz à effet de serre (GES) présents dans l'atmosphère. Le biome boréal est un composant majeur de ce bilan, puisqu'il détient parmi les plus grands stocks de matière organique en ses sols, particulièrement les tourbières, le comptant comme un puits majeur de carbone. Cette région possède également une forte densité d'eau sous la forme entre autres de réseaux fluviaux. Même s'ils n'occupent qu'une petite superficie de cette région, les ruisseaux et rivières représentent d'importantes zones d'activité biogéochimique, en transportant, transformant et émettant de grandes quantités de C vers l'atmosphère. Dès lors, ces émissions ont le potentiel de compenser une partie du puits de C terrestre. Toutefois et malgré leur importance, ces flux restent mal intégrés au sein des bilans de carbone terrestre du biome boréal. La complexité, l'étendue et l'éloignement des réseaux fluviaux de cette région, expliquent en partie que les émissions de GES, leurs sources ainsi que leur régulation soient mal quantifiées. Au cours de cette thèse, 1) j'ai exploré les patrons de transformation de la matière organique (DOM) au sein des réseaux fluviaux et sa contribution dans le maintien de la sursaturation en CO2 de continuums fluviaux, 2) j'ai exploré les patrons spatiaux et temporels des concentrations et émissions de CO2 et CH4 des réseaux fluviaux boréaux, 3) j'ai ensuite développé des modèles empiriques établissant la relation entre la concentration fluviale des gaz à effet de serre et les caractéristiques environnementales, climatiques et géographiques du paysage. Enfin, 4) à l'aide des outils développés dans les chapitres précédents, j'ai pu reconstruire les émissions de GES à l'échelle du réseau fluvial entier et ce, pour plusieurs grands bassins versants boréaux. J'ai ensuite replacé ces flux intégrés dans le contexte du bilan de C terrestre. L'étude consistait en l'échantillonnage de 455 sites fluviaux répartis dans la région boréale du Québec, avec un gradient important de taille des bassins hydrographiques, du climat, de géomorphologie et de végétation, auquel s'ajoutait un aspect saisonnier visant à capturer la variabilité des différentes espèces de C au sein des réseaux fluviaux boréaux. Bien qu'il existe une relation entre la concentration en CO2 des rivières et celle de la DOM dérivée du sol, sa contribution à la sursaturation des cours d'eau reste toutefois méconnue. En utilisant des méthodes avancées de caractérisation de la DOM, le chapitre 1 démontrait la dégradation sélective de la DOM le long du continuum sol-rivière. L'interface sol-cours d'eau se trouvait être une région particulièrement active de la dégradation de la DOM, où les composés les plus biolabiles étaient préférentiellement éliminés. La DOM de nature aromatique, était quant à elle, sélectivement photo-minéralisée dans la rivière et ce, tout au long du continuum. Le CO2 produit à la fois à l'interface sol-cours d'eau et dans la colonne d'eau elle-même, pourrait être responsable de plus de la moitié des émissions fluviales de CO2. En utilisant une approche interrégionale, les principaux résultats ont montré que les espèces fluviales de C (CO2, CH4 et DOM) pouvaient être modélisées en fonction des propriétés du paysage et du climat régional (Chapitre 2) et que cette variation spatiale l'emportait largement sur les effets saisonniers (Chapitre 3). Les effets régionaux étaient communs pour le CO2, le CH4 et la DOM, suggérant l'existence de « baselines » régionales du C fortement liées en particulier à la production primaire nette (NPP) ainsi qu'à la teneur moyenne régionale en C des sols. Le CH4 et la DOM semblaient plus sensibles aux différences régionales de climat et donc plus susceptibles de varier si en fonction des À l'aide des modèles développés dans les chapitres 2 et 3, le chapitre 4 décrivait la modélisation des émissions annuelles fluviales intégrées de CO2 et de CH4 dans de grands bassins versants de la région boréale du Québec. Le but étant d'évaluer la variation de cette propriété émergente du paysage en fonction du climat et en relation avec d'autres composants du budget C du paysage. Nos résultats démontraient que les émissions fluviales intégrées n'étaient pas fonction de la taille des bassins versants, ni de la densité des rivières dans notre gamme de bassins versants boréaux, mais bien de la pente des bassins versants. En rapprochant ce modèle avec ceux des écosystèmes terrestres, nous avons démontré que les émissions fluviales boréales pourraient compenser jusqu'à 20% du puits C terrestre, d'où l'importance de considérer cette composante dans le bilan C du paysage. Dans l'ensemble, cette thèse atteste de l'importance des approches à l'échelle interrégionales et à l'échelle de réseaux fluviaux entiers, dans la compréhension des émissions fluviales de GES sur les vastes zones et éloignées du biome boréal. Les « baselines » régionales de C et les émissions fluviales intégrées sont des propriétés émergentes du biome et constituent des outils pour déterminer les compensations potentielles du puits de C terrestre, de plus en plus affecté par les activités anthropiques.

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Del Giorgio, Paul A.
Mots-clés ou Sujets: Cycle du carbone / Cours d'eau / Biome boréal / Gaz à effet de serre / Gaz carbonique / Méthane / Gaz dissous dans l'eau / Matières organiques dissoutes
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département des sciences biologiques
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 08 avr. 2019 08:27
Dernière modification: 08 avr. 2019 08:27
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/12416

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