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

摘要

RÉSUMÉ : L ' objectif de cette thèse de doctorat est de caractériser et de quantifier l'effet desudgroupes fonctionnels de bioturbation dominants de la communauté à M balthica et de leuruddiversité, sur les flux biogéochimiques à l' interface eau-sédiment (oxygène, carbone organiqueuddissous, ammonium, nitrate, phosphate), le remaniement sédimentaire et les communautésudmicrobiennes. Les groupes fonctionnels de la communauté à M balthica de l'estuaire du SaintudLaurent (Québec, Canada) ont été définis selon leur mode de remaniement sédimentaire: Lesudbiodiffuseurs, Macoma balthica et Mya arenaria, et le diffuseur à galerie, Nereis virens. Lesudmesures ont été réalisées dans des microcosmes expérimentaux répliqués avec les groupesudfonctionnels isolés (allopatrie) et assemblés (sympatrie). Ceux-ci ont été soumis aux mêmesudconditions expérimentales sur toute la durée de l'expérience ( 40 jours). Les effets ont étéudcomparés à des sédiments sans organisme servant de contrôle. Les organismes ont étéudintroduits avec des biovolumes identiques, déterminés à partir des densités naturelles.udL'espace d'occupation par les macro-invertébrés était donc similaire pour chaque traitement.udLes résultats montrent clairement, qu'à biovolume identique, les biodiffuseurs et le diffuseur àudgalerie ont des effets différents sur la stimulation des flux biogéochimiques, le transport desudparticules vers le fond des terriers et l' activité bactérienne. Les effets du diffuseur à galerie,udvariant avec le temps, sont nettement supérieurs en raison de la dynamique spatio-temporelleuddes structures biogènes et des activités d' irrigation, ainsi que de sa profondeurudd'enfouissement maximale. Des différences de profondeurs d'enfouissement expliquent parudailleurs les variabilités intra-fonctionnelles observées entre les deux biodiffuseurs sur les fluxudd' ammonium et de nitrate et sur l' activité bactérienne. Les deux groupes fonctionnelsudcombinés (diffuseur à galeries + biodiffuseurs) ont des effets importants sur les paramètresudmesurés, souvent supérieurs aux effets attendus par simple additivité. Les interactionsudspatiales positives entre les deux groupes fonctionnels expliquent ces effets. Les intensités desudinteractions affectant essentiellement les flux de nitrate, de phosphate, d' ammonium etudd'oxygène montrent une nouvelle fois, qu ' à biovolume identique, la profondeurudd' enfouissement de chaque groupe fonctionnel et l' organisation spatiale entre groupesudfonctionnels apparaissent effectivement comme des facteurs clés dans la stimulation desudprocessus biogéochimiques sédimentaires. Les résultats obtenus, directement comparables duudfait de l'utilisation de biovolume identique, valident donc l'approche fonctionnelle pour l'étudeudde la bioturbation et ses effets sur les flux biogéochimiques, le remaniement sédimentaire etudles communautés bactériennes. De nouvelles voies de recherche sont proposées pour (i)uddévelopper l'approche fonctionnelle dans le cadre d'études basées sur les échanges à l'interfaceudeau-sédiment, (ii) affiner la notion de biovolume, et (iii) approfondir les effets des relationsudentre groupes fonctionnels au sein d'une communauté, sur le fonctionnement des sédimentsudcôtiers. ABSTRACT : The objective of this Ph.D. thesis is to characterise and quantify the effects of theuddominant functional groups of the Macoma balthica community, maintained separately and inudvarious combinations, on: i) biogeochemical fluxes at the sediment-water interface (oxygen,uddissolved organic carbon, ammonium, nitrate, phosphate), ii) sediment mixing, and iii)udbacterial communities. The functional groups of the M balthica community of the StudLawrence estuary (Quebec, Canada) were defined according their sediment mixing mode: twoudbiodiffusers (M balthica and Mya arenaria) and one gallery-diffuser (Nereis virens) wereudstudied. Experiments were performed in replicated microcosms with the functional groupsudbeing either isolated (allopatry) and combined (sympatry); control microcosms containedudsediment but no macrofauna. Ali treatments were subjected to identical experimentaludconditions over the duration of the experiment (40 days). Microcosms contained similarudbiovolumes of organisms, these volumes being determined from natural densities. The spaceudoccupied by macro-invertebrates was thus similar in ail treatments. The results cearly showudthat the biodiffusers and the gallery-diffuser, at similar biovolumes, have different effects onudthe stimulation of biogeochemical fluxes, on particle transport towards deeper layers, and onudbacterial activity. The effects of the gallery-diffuser are highest and vary over time, due to theudspatio-temporal dynamic of biogenic structures and irrigation activities, and to differentudmaximal burrowing depths. The different burrowing depths of the two biodiffusers alsoudexplain the observed intra-functional variation in nitrate and ammonium fluxes , and inudbacterial activity. The combination of both functional groups (gallery-diffuser+biodiffusers)udhas important effects on measured parameters, the latter often being higher th an would beudpredicted based on additive effects. Positive spatial interactions between the two functionaludgroups explain these effects. The interactions between functional groups, which essentially actudon nitrate, phosphate, ammonium and oxygen fluxes, suggest that, at similar biovolumes, theudburrowing depth of each functional group and the spatial organisation of these groups are keyudfactors in the stimulation of sedimentary biogeochemical processes. The results obtained areuddirectly comparable due to the use of similar biovolumes, and thus validate the functionaludapproach for the study of bioturbation and its effects on biogeochemical fluxes, sedimentudmixing and bacterial communities. Further research is proposed to (i) develop the functionaludapproach for studies based only on solute exchange at the sediment-water interface, (ii) refineudthe notion of biovolume, and (iii) examine in more detail the effects of relationships betweenudfunctional groups within a benthic community on coastal sediment functioning.