Effet du couvert nival, de la nourriture et de la prédation hivernale sur la dynamique de population des lemmings

• Main Author: Bilodeau, Frédéric
• Other Authors: Gauthier, Gilles
• Format: Thesis
• Language: French
• Published: Université Laval 2013
• Subjects: Biologie; Bylot Island; Renard; Arctique*; Lemming brun; Lemmus trimucronatus; renard arctique; Tundra; Vulpes lagopus
• Online Access: http://www.theses.ulaval.ca/2013/29811/29811.pdf

Les lemmings sont célèbres pour leurs cycles de population multi-annuels. Pourtant, les forces qui contrôlent ces cycles sont encore mal comprises. Nos connaissances sur leur écologie hivernale sont limitées et il a été proposé qu’un couvert de neige de bonne qualité soit essentiel pour maintenir la dynamique cyclique des populations de lemmings. Premièrement, nous avons augmenté l’épaisseur de neige en installant des clôtures à neige et avons trouvé que les densités de nids d’hiver étaient plus élevées là où la neige était plus épaisse mais que la reproduction n’était pas influencée. Nous avons ensuite utilisé une série temporelle d’abondance de lemming brun (Lemmus trimucronatus) de 18 ans pour tester si la neige pouvait expliquer la variation résiduelle entre les densités de lemming observées et celles prédites par des modèles où la cyclicité était prise en compte. Nos analyses supportent l’hypothèse que le couvert de neige peut affecter l’amplitude des cycles de population de lemming. L’abondance estivale des lemmings était plus élevée suite à des hivers avec un couvert de neige épais et une couche de neige près du sol de faible densité. De plus, nous avons tenté de capturer des lemmings sous la neige dans leurs habitats hivernaux préférés en utilisant des boîtes ayant la forme de cheminée. Nous émettons l’hypothèse que notre faible succès de capture est dû aux lemmings qui quittent les zones de haut enneigement pour des zones de faible enneigement lors de l’inversion des températures sous-nivales au printemps. Nous avons aussi examiné si les populations de lemming pouvaient être limitées par les ressources alimentaires hivernales en installant des exclos dans leurs habitats préférés et en échantillonnant annuellement la biomasse de plantes à l’intérieur et à l’extérieur des exclos à la fonte de la neige et à la fin de la saison de croissance. Le broutement hivernal a eu très peu d’impact sur la biomasse totale de plante au printemps. Globalement, la croissance des plantes au courant de l’été n’a montré que de faibles variations annuelles et n’était pas réduite pendant les années de fortes abondances de lemming. Nos résultats suggèrent qu’il est peu probable que l’épuisement de la nourriture durant l’hiver soit la cause du déclin de la population de lemming après une année de pic d’abondance. Nous avons ensuite testé si la qualité de la neige pouvait affecter les taux de prédation mammalienne sur les lemmings et nous avons trouvé qu’un couvert de neige épais et dur contraignait le renard arctique (Vulpes lagopus) seulement lorsque celui-ci tentait d’attraper les lemmings en sautant à travers la neige, mais pas lorsqu’il creusait. La prédation par l’hermine (Mustela erminea) n’était pas affectée par l’épaisseur de neige et faiblement par la densité de nids d’hiver, mais était plus élevée dans l’habitat formée par les coulées bordant les ruisseaux. Finalement, nous avons examiné les patrons de prédation de l’hermine sur les lemmings. Nos résultats indiquent que l’hermine pourrait jouer un rôle clé dans la phase de déclin du cycle des lemmings en prélevant une forte proportion de la population de lemming durant les étés de pic d’abondance et en maintenant une pression de prédation élevée au cours de l’hiver suivant. En conclusion, il apparaît peu probable qu’à l’Île Bylot les processus du contrôle par le bas soient à l’origine du cycle des lemmings. Par contre, les prédateurs en combinaison avec le couvert nival pourraient jouer un rôle majeur dans le cycle des lemmings. Lemmings are renowned for their multi-annual population cycles. Yet, what controls these cycles is still poorly understood. There are large gaps in our understanding of their winter ecology and a snow cover of good quality is thought to be an important factor for maintaining the cyclic dynamic of lemming populations. We first enhanced snow cover by setting out snow fences and found that densities of winter nests were higher where snow depth was increased but that reproduction was not influenced. We then used an 18-year time series of brown lemming (Lemmus trimucronatus) abundance to test if snow variables could explain the residual variation between the observed lemming density and the one predicted by models where cyclicity had been accounted for. Our analysis provides support for the hypothesis that snow cover can affect the amplitude of lemming population cycles. Summer abundance of lemmings was higher following winters with a deep snow cover and a low-density snow pack near the ground. In addition, we attempted to live trap lemmings under the snow in their preferred winter habitat using chimney-like boxes. We hypothesize that our low trapping success resulted from lemmings leaving the deeper snow areas where our boxes were located and moving to shallower snow or exposed tundra due to an inversion of sub-nivean temperatures in spring. We also examined if winter food resources could limit lemming populations by installing exclosures in their preferred habitat and sampling annually plant biomass inside and outside exclosures at snow-melt and at peak growth. Winter grazing had little impact on total plant biomass at snow-melt. Overall, plant regrowth during the summer showed few annual variation and was not reduced in years of high lemming abundance. Our results suggest that it is unlikely that food depletion during winter was the cause of the decline in lemming abundance following a year of peak abundance. We then tested if snow quality should affect mammalian predation rates on lemmings and found that deep and hard snow restricted fox (Vulpes lagopus) predation attempts made by jumping through the snow, but not those made by digging. Ermine (Mustela erminea) predation was unaffected by snow depth and weakly by nest density but was higher in stream gully habitats. Finally, we examined patterns of predation by ermines on lemmings. Our results indicate that ermines may play a key role in the lemming decline phase, by removing a large proportion of the lemming population during summers of peak abundance and by maintaining a high predation pressure during the following winter. In conclusion, it appears unlikely that bottom-up forces are at the origin of the lemming cycle at Bylot Island. However, our results suggest that predation, in combination with snow cover, could play a major role in the lemming population cycle.