Shahabinia, Amir Reza
(2025).
« Large-scale patterns and regulation of ecosystem metabolism and dissolved organic carbon in canadian lakes » Thèse.
Montréal (Québec), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biologie.
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Résumé
Le métabolisme lacustre ainsi que la concentration et la composition de la matière organique dissoute (MOD) jouent des rôles cruciaux dans le façonnage des processus écosystémiques et la dynamique du carbone (C) dans les lacs. Malgré leur importance dans les cycles biogéochimiques, ma compréhension de leurs patrons à grande échelle et de leur régulation était jusqu’alors limitée à des bassins versants spécifiques et à un petit nombre de lacs, souvent le long de gradients environnementaux réduits. De plus, les liens directs potentiels entre le métabolisme du lac et la composition de la MOD sont encore mal compris. J’ai mené une étude à échelle continentale du métabolisme lacustre et de la MOD — tant sur le plan de la concentration que sur celui de la composition — dans des lacs du Canada, dans le cadre du Réseau LakePulse. Dans le chapitre 1, j’ai exploré les patrons spatiaux et les facteurs environnementaux relatifs à la production primaire brute (PPB), à la respiration (R) et à la production nette de l’écosystème (PNE) dans les lacs canadiens. Ensuite, j’ai mesuré diverses propriétés moléculaires et optiques de la MOD et examiné comment ces propriétés se rapportent aux variables lacustres, climatiques et hydrologiques (chapitre 2). Finalement, j’ai tenté de démêler et de comprendre les relations complexes qui existent entre la composition de la MOD et le métabolisme du lac (chapitre 3). Dans le chapitre 1, j’ai décrit les patrons du métabolisme lacustre à travers le Canada, en mesurant la PPB, la R et la PNE pendant l’été. En utilisant un isotope de l’oxygène (δ¹⁸O₂), j’ai évalué les taux métaboliques dans 742 lacs répartis dans les principaux bassins versants et dans une diversité de paysages. La PPB et la R variaient considérablement, principalement en fonction des concentrations en nutriments, du carbone organique dissous (COD) et de la chlorophylle. La PNE présentait des liens faibles mais significatifs avec la disponibilité de la lumière et la matière organique dissoute colorée (MODC). Mes résultats révèlent des différences régionales dans le métabolisme de base et suggèrent que la sensibilité des lacs à l’eutrophisation et au brunissement est influencée par l’hydrologie et le climat à l’échelle du paysage. Dans le chapitre 2, j’ai examiné comment différentes variables relatives au lac, au bassin versant et au climat influencent la concentration et la composition de la MOD dans les lacs du Canada. J’ai analysé les caractéristiques du COD et de la MOD dans 548 lacs répartis dans cinq grands bassins versants, en utilisant des mesures optiques, une analyse factorielle parallèle et de la spectrométrie de masse à très haute résolution. La concentration et la composition de la MOD variaient à la fois au sein des régions et entre elles, et présentaient des liens étroits avec l’hydrologie (estimée par l’excès de deutérium (d-excess)) et l’état trophique du lac (estimé par le phosphore total (TP)). J’ai trouvé des relations régionales spécifiques entre les classes moléculaires individuelles et l’excès de deutérium, ce qui met en évidence des contrastes à l’échelle régionale dans la dynamique de la MOD. Bien qu’il existe des spécificités régionales dans la composition de la MOD reconstruite à partir des sources, les processus de transformation dans le réseau hydrologique sont apparus comme étant le principal facteur expliquant les variations d’une région à l’autre. Dans l’ensemble, mes résultats soulignent que ces processus jouent un rôle plus important que l’origine des apports de la MOD dans le façonnage de la composition de la MOD lacustre à l’échelle continentale.
Dans le chapitre 3, j’ai étudié les liens bidirectionnels potentiels entre la MOD — à la fois sa concentration et sa composition — et le métabolisme écosystémique dans 548 lacs canadiens. Pour ce faire, j’ai utilisé les taux métaboliques estivaux et les données qualitatives et quantitatives de la MOD compilées dans les chapitres 1 et 2. J’ai réalisé des analyses multivariées et une modélisation par équations structurelles (MES) pour explorer les relations entre les facteurs environnementaux et hydrologiques qui influencent le COD et les taux métaboliques. J’ai ensuite utilisé la MES pour tester les relations spécifiques entre les facteurs environnementaux et hydrologiques qui influencent les pools optiques et moléculaires de la MOD et les différentes composantes du métabolisme. La PPB et la R variaient en fonction des concentrations de TP et de COD. La concentration en COD était associée à un indicateur de l’histoire de l’eau, d’après l’étude du d-excess. La PPB et la R étaient étroitement couplées dans tous les lacs et avaient tendance à converger dans les lacs à forte productivité. La PPB était positivement associée à certaines catégories de la MOD, comme la composante optique C5 et la classe moléculaire aliphatique, et négativement associée aux composés aromatiques et insaturés à haute teneur en oxygène. En revanche, la classe des composés insaturés à haute teneur en oxygène était positivement liée à la R, ce qui suggère que cette classe pourrait alimenter la R. Finalement, je montre que toutes les catégories constituant le pool total de la MOD du lac sont influencées par le métabolisme lacustre, mais que toutes ces catégories de MOD n’ont pas la capacité d’influencer le métabolisme du lac. Conclusion : Pris ensemble, ces résultats démontrent la forte influence de l’hydrologie sur la concentration et la composition de la MOD, ainsi que ses effets indirects sur le métabolisme du lac. Cette thèse souligne les différences régionales dans le métabolisme de base et la composition de la MOD, différences qui ne sont apparentes que lorsqu’elles sont examinées à une échelle macroscopique (ici, continentale). En démêlant la structure du métabolisme des lacs et la dynamique de la MOD à travers des paysages complexes et à l’échelle continentale, ce travail souligne la nécessité de comprendre l’imbrication de facteurs multiples à travers de larges échelles géographiques. En outre, il fournit de nouvelles perspectives sur les relations entre des catégories spécifiques de la MOD et les composantes du métabolisme lacustre, faisant progresser ma compréhension du fonctionnement des écosystèmes d’eau douce.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : métabolisme du lac, matière organique dissoute (MOD), production primaire, connectivité hydrologique, échelle macroscopique, production nette de l’écosystème
| 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: |
Del Giorgio, Paul |
| Mots-clés ou Sujets: |
Lacs / Canada / Métabolisme écosystémique / Carbone organique dissous / Production / Cycle du carbone / Limnologie |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département des sciences biologiques |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
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| Date de dépôt: |
26 nov. 2025 10:17 |
| Dernière modification: |
26 nov. 2025 10:17 |
| Adresse URL : |
https://archipel.uqam.ca/secure/id/eprint/19316 |
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