Solarik2017

Référence

Solarik, K. (2017) Limited migration : will sugar maple tap out to climate change? Thèse de doctorat, Université du Québec à Montréal. (URL )

Résumé

Le rythme accéléré des changements climatiques influence à différents degrés tous les domaines de la biosphère. En effet, le réchauffement global confronte de nombreuses espèces animales et végétales à s'adapter localement aux changements ou à migrer vers de plus favorables conditions afin de diminuer les effets négatifs causés par ces nouvelles conditions abiotiques. Il devient cependant de plus en plus évident que certaines espèces n'ont pas la capacité de s'adapter ou de migrer rapidement, et donc ces espèces pourraient faire face à une diminution significative de leur succès reproductif à la grandeur de leur aire de distribution. Les arbres sont des organismes particulièrement vulnérables aux changements climatiques rapides de par leur caractère sessile qui demande généralement une longue période de régénération combinée avec une dispersion très précise de leurs propagules, ce qui pourrait fortement diminuer leur succès reproductif et leur adaptabilité. Ces limitations pourraient donc imposer un retard de migration significatif aux espèces arborescentes. L'objectif principal de la thèse de doctorat ci-présente sera donc d'identifier les principaux facteurs qui contrôlent les aires de distribution ainsi que les dynamiques spatiales des espèces arborescentes afin d'améliorer notre capacité de prédire les futures aires de distribution de ces espèces. Afin d'atteindre cet objectif, ma thèse s'est principalement intéressée à l'érable à sucre (Acer saccharum), une espèce arborescente tempérée de grande importance qui devrait migrer selon les projections de changement global. Cette espèce a cependant démontré une sensibilité aux changements climatiques, principalement lors des premières étapes de croissance. En premier lieu, j'ai travaillé à la caractérisation des impacts potentiels de l'adaptation locale, de la température, ainsi que des changements de température sur les semences d'érable à sucre et leur capacité à germer. Dans cet environnement contrôlé, j'ai identifié que l'aire de distribution spécifique avait une grande capacité d'adaptation à la température. En effet, les semences de provenance nordique étaient capables de germer en conditions plus froides constantes et en traitement de température froide variable, alors que les semences en provenance du sud étaient mieux adaptées aux traitements de variation de température chaude. Somme tout, ce premier chapitre a permis d'identifier l'érable à sucre comme une espèce aux exigences très spécifiques en matière de température lors de la fin de la dormance et de la germination des graines, peu importe l'origine des semences. Ces résultats nous ont permis par la suite de prédire la germination de l'espèce sous trois scénarios potentiels de changement climatique, ainsi que d'identifier qu'une réduction significative de la germination de l'érable à sucre est fort probable. Au sein du deuxième chapitre, mon objectif était de caractériser l'influence relative de l'adaptation locale (de par l'utilisation de semences de différentes provenances) sur la capacité de l'érable à sucre à germer, à s'établir et à survivre à travers une grande variété de sites situés à l'intérieur de l'aire de distribution de l'espèce. Afin d'atteindre cet objectif, j'ai établi une expérience de transplantation de semences à grande échelle. Au cours de cette expérience, j'ai planté des semences provenant d'une multitude de sites (de prélèvement) représentant l'ensemble de l'aire de distribution de l'espèce à plusieurs sites (de transplantation) qui se trouvent à l'intérieur de, à la limite, et passé la limite de l'aire de distribution de l'érable à sucre. Mes résultats démontrent que les semences provenant du Nord possèdent la meilleure capacité pour l'espèce de germer et d'établir un semi, puisque ces semences se retrouvent dans les conditions les plus semblables aux conditions originales. Malgré que la germination des semences était plus grande à l'intérieur de l'aire de distribution spécifique, nos résultats suggèrent qu'une semence qui germine et s'établit après la deuxième année a un taux de survie comparable peu importe sa location à l'intérieur ou à l'extérieur de l'aire de distribution. Ces résultats suggèrent donc que les variables liées au climat sont les principaux facteurs d'influence contrôlant la germination des semences et l'établissement précoce des semis à l'intérieur de l'aire de distribution de l'espèce. L'influence du microsite/substrat a cependant un effet significatif sur le recrutement à l'extérieur de l'aire de distribution. En résumé, ces résultats démontrent que l'expansion de l'aire de distribution de l'érable à sucre pourrait être limitée lors des premières étapes de croissance par l'adaptation locale aux microsites ainsi que par le climat à l'intérieur de l'aire de distribution. Pour le troisième chapitre, j'ai tenté d'identifier les principaux facteurs démographiques influençant le recrutement des espèces arborescentes à l'intérieur de la zone (écotone) de transition tempérée-boréale, une zone où la migration induite par le climat devrait se produire en premier. L'objectif de ce chapitre était donc de tester si des effets de priorité imposés par les espèces arborescentes boréales résidentes ralentissent le recrutement des espèces tempérées. Afin d'atteindre cet objectif, j'ai employé des techniques de modélisation inverse et de données spatialement explicites pour investiguer l'influence relative de la dispersion des semis, de la fécondité, de la compatibilité de substrat, et finalement de l'identité biotique du voisinage local sur le recrutement de semis. Nos résultats démontrent que les canopées boréales influencent effectivement la distribution de certains substrats. Ainsi, les substrats boréaux, caractérisés par un couvert d'aiguilles et de bois en décomposition, sont hautement défavorables aux grandes densités de semis d'espèces tempérées et diminuent leur recrutement. De plus, la dispersion des semis était hautement localisée, étant généralement situés à proximité des arbres parents. Ces résultats soulignent que le recrutement des espèces arborescentes tempérées à l'intérieur de l'écotone est restreint par des effets de priorité importants imposés par les espèces arborescentes boréales. En conclusion, ces effets imposés par les arbres de la forêt boréale causeront d'importants retards dans l'expansion de l'aire de distribution des espèces tempérées. Au final, les résultats de la thèse de doctorat ci-présente apportent un savoir précieux contribuant à la compréhension des facteurs influençant le recrutement dans le contexte de dynamiques d'aire de distribution. En s'appuyant sur les résultats d'une expérience en laboratoire, combinés avec une expérience de transplantation à grande échelle ainsi qu'avec une évaluation du système naturel à l'intérieur de l'écotone tempéré-boréal, la thèse de doctorat ci-présente fournit une quantité notable d'informations clés qui pourront être utilisées pour améliorer notre capacité de prédire les effets des changements globaux au sein des écosystèmes forestiers.

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@PHDTHESIS { Solarik2017,
    TITLE = { Limited migration : will sugar maple tap out to climate change? },
    AUTHOR = { Solarik, K. },
    SCHOOL = { Université du Québec à Montréal },
    YEAR = { 2017 },
    NOTE = { CEFTMS, Messier, C. and Gravel, D. },
    ABSTRACT = { Le rythme accéléré des changements climatiques influence à différents degrés tous les domaines de la biosphère. En effet, le réchauffement global confronte de nombreuses espèces animales et végétales à s'adapter localement aux changements ou à migrer vers de plus favorables conditions afin de diminuer les effets négatifs causés par ces nouvelles conditions abiotiques. Il devient cependant de plus en plus évident que certaines espèces n'ont pas la capacité de s'adapter ou de migrer rapidement, et donc ces espèces pourraient faire face à une diminution significative de leur succès reproductif à la grandeur de leur aire de distribution. Les arbres sont des organismes particulièrement vulnérables aux changements climatiques rapides de par leur caractère sessile qui demande généralement une longue période de régénération combinée avec une dispersion très précise de leurs propagules, ce qui pourrait fortement diminuer leur succès reproductif et leur adaptabilité. Ces limitations pourraient donc imposer un retard de migration significatif aux espèces arborescentes. L'objectif principal de la thèse de doctorat ci-présente sera donc d'identifier les principaux facteurs qui contrôlent les aires de distribution ainsi que les dynamiques spatiales des espèces arborescentes afin d'améliorer notre capacité de prédire les futures aires de distribution de ces espèces. Afin d'atteindre cet objectif, ma thèse s'est principalement intéressée à l'érable à sucre (Acer saccharum), une espèce arborescente tempérée de grande importance qui devrait migrer selon les projections de changement global. Cette espèce a cependant démontré une sensibilité aux changements climatiques, principalement lors des premières étapes de croissance. En premier lieu, j'ai travaillé à la caractérisation des impacts potentiels de l'adaptation locale, de la température, ainsi que des changements de température sur les semences d'érable à sucre et leur capacité à germer. Dans cet environnement contrôlé, j'ai identifié que l'aire de distribution spécifique avait une grande capacité d'adaptation à la température. En effet, les semences de provenance nordique étaient capables de germer en conditions plus froides constantes et en traitement de température froide variable, alors que les semences en provenance du sud étaient mieux adaptées aux traitements de variation de température chaude. Somme tout, ce premier chapitre a permis d'identifier l'érable à sucre comme une espèce aux exigences très spécifiques en matière de température lors de la fin de la dormance et de la germination des graines, peu importe l'origine des semences. Ces résultats nous ont permis par la suite de prédire la germination de l'espèce sous trois scénarios potentiels de changement climatique, ainsi que d'identifier qu'une réduction significative de la germination de l'érable à sucre est fort probable. Au sein du deuxième chapitre, mon objectif était de caractériser l'influence relative de l'adaptation locale (de par l'utilisation de semences de différentes provenances) sur la capacité de l'érable à sucre à germer, à s'établir et à survivre à travers une grande variété de sites situés à l'intérieur de l'aire de distribution de l'espèce. Afin d'atteindre cet objectif, j'ai établi une expérience de transplantation de semences à grande échelle. Au cours de cette expérience, j'ai planté des semences provenant d'une multitude de sites (de prélèvement) représentant l'ensemble de l'aire de distribution de l'espèce à plusieurs sites (de transplantation) qui se trouvent à l'intérieur de, à la limite, et passé la limite de l'aire de distribution de l'érable à sucre. Mes résultats démontrent que les semences provenant du Nord possèdent la meilleure capacité pour l'espèce de germer et d'établir un semi, puisque ces semences se retrouvent dans les conditions les plus semblables aux conditions originales. Malgré que la germination des semences était plus grande à l'intérieur de l'aire de distribution spécifique, nos résultats suggèrent qu'une semence qui germine et s'établit après la deuxième année a un taux de survie comparable peu importe sa location à l'intérieur ou à l'extérieur de l'aire de distribution. Ces résultats suggèrent donc que les variables liées au climat sont les principaux facteurs d'influence contrôlant la germination des semences et l'établissement précoce des semis à l'intérieur de l'aire de distribution de l'espèce. L'influence du microsite/substrat a cependant un effet significatif sur le recrutement à l'extérieur de l'aire de distribution. En résumé, ces résultats démontrent que l'expansion de l'aire de distribution de l'érable à sucre pourrait être limitée lors des premières étapes de croissance par l'adaptation locale aux microsites ainsi que par le climat à l'intérieur de l'aire de distribution. Pour le troisième chapitre, j'ai tenté d'identifier les principaux facteurs démographiques influençant le recrutement des espèces arborescentes à l'intérieur de la zone (écotone) de transition tempérée-boréale, une zone où la migration induite par le climat devrait se produire en premier. L'objectif de ce chapitre était donc de tester si des effets de priorité imposés par les espèces arborescentes boréales résidentes ralentissent le recrutement des espèces tempérées. Afin d'atteindre cet objectif, j'ai employé des techniques de modélisation inverse et de données spatialement explicites pour investiguer l'influence relative de la dispersion des semis, de la fécondité, de la compatibilité de substrat, et finalement de l'identité biotique du voisinage local sur le recrutement de semis. Nos résultats démontrent que les canopées boréales influencent effectivement la distribution de certains substrats. Ainsi, les substrats boréaux, caractérisés par un couvert d'aiguilles et de bois en décomposition, sont hautement défavorables aux grandes densités de semis d'espèces tempérées et diminuent leur recrutement. De plus, la dispersion des semis était hautement localisée, étant généralement situés à proximité des arbres parents. Ces résultats soulignent que le recrutement des espèces arborescentes tempérées à l'intérieur de l'écotone est restreint par des effets de priorité importants imposés par les espèces arborescentes boréales. En conclusion, ces effets imposés par les arbres de la forêt boréale causeront d'importants retards dans l'expansion de l'aire de distribution des espèces tempérées. Au final, les résultats de la thèse de doctorat ci-présente apportent un savoir précieux contribuant à la compréhension des facteurs influençant le recrutement dans le contexte de dynamiques d'aire de distribution. En s'appuyant sur les résultats d'une expérience en laboratoire, combinés avec une expérience de transplantation à grande échelle ainsi qu'avec une évaluation du système naturel à l'intérieur de l'écotone tempéré-boréal, la thèse de doctorat ci-présente fournit une quantité notable d'informations clés qui pourront être utilisées pour améliorer notre capacité de prédire les effets des changements globaux au sein des écosystèmes forestiers. },
    URL = { http://archipel.uqam.ca/10688/ },
    TIMESTAMP = { 2019-10-16 },
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