Carbon accumulation in three ombrotrophic peatlands of the Eastmain region, Quebec, Canada : influence of hydrology, vegetation and fire in the Holocene climatic context

• Main Author: Bellen, Simon van
• Format: Text
• Language: English
• Published: 2011
• Subjects: Feu; Holocène (Période géologique); Paléoécologie; Teneur en carbone; Tourbière; Rivière Eastmain (Québec : Région); Canada; Eastmain; Rivière Eastmain
• Online Access: http://www.archipel.uqam.ca/4015/1/D2176.pdf

Les tourbières nordiques accumulent du carbone (C) puisque dans ces milieux, la production de la matière organique excède sa décomposition, ce qui a résulté en un important réservoir de C représentant environ 30% du C présent dans les sols terrestres à l'échelle de la planète. Puisque l'accumulation du C durant l'Holocène a influencé le climat global, les projections des changements climatiques devraient tenir compte de cette dynamique du C dans ces écosystèmes. Des variations de l'accumulation du C sont généralement liées à une combinaison de facteurs géomorphologiques (topographie du bassin), climatiques, des processus écologiques autogènes et des évènements ponctuels de perturbation. À part les feux, qui représentent une émission directe de C vers l'atmosphère, des facteurs internes et externes influencent la dynamique du C dans les tourbières. Les variations hydrologiques constituent un facteur déterminant en ce qui a trait aux assemblages végétaux. De plus, la végétation influence l'hydrologie par les processus de transpiration et d'isolation de la tourbe. L'objectif principal de la thèse était de quantifier les stocks de C ainsi que les taux d'accumulation pour trois tourbières boréales situées dans le nord du Québec. Nous avons de plus estimé l'influence des changements de la végétation, de l'hydrologie et de l'intensité et de la fréquence des feux de tourbière sur les taux d'accumulation du C, en tenant compte du contexte climatique holocène du nord du Québec. Afin de quantifier le volume de tourbe de chaque tourbière, les profondeurs ont été mesurées par sondage manuel ainsi que par un géoradar (GPR). La stratigraphie de plusieurs carottes échantillonnées dans chaque tourbière a été analysée. L'interpolation spatiale des taux d'accumulation du C a permis une reconstitution de chaque écosystème. Les changements de la végétation et de la nappe phréatique durant l'Holocène ont été reconstruits à l'aide d'analyses de macrorestes végétaux et de thécamoebiens. Les régimes de feu ont été reconstruits à partir du dénombrement de charbons de bois macroscopiques. Les variations temporelles des assemblages végétaux, de la nappe phréatique et de l'intensité et de la fréquence des feux ont été comparées aux fluctuations de l'accumulation du C. Les trois tourbières étudiées ont accumulé du C à un taux moyen de 16,2 g m*-2 an*-1 depuis l'âge maximum de 7510 cal BP, ce qui équivaut à une masse moyenne de C de 91 kg m*-2 et un réservoir total de C de 608 x 10*6 kg. Au début de leur développement, l'expansion latérale des tourbières a été rapide, tandis que l'accumulation du C à l'échelle de l'écosystème a culminé entre 5250 et 3500 cal BP. Malgré le fait que les taux d'accumulation verticale aient été généralement élevés dès le début du développement des tourbières, la topographie des bassins dans lesquels se sont développés ces écosystèmes a limité l'accumulation générale de la tourbe. Les résultats montrent que dans l'ensemble, les assemblages dominants de végétation ont varié dans le temps ainsi qu'entre chaque tourbière. Les périodes où les taux d'accumulation ont été élevés dans les tourbières de LLC et STE étaient dominées par une végétation de Sphagnum section Acutifolia, ainsi que par des nappes phréatiques intermédiaires entre 10-15 cm en dessous de la surface. Le ralentissement de l'accumulation du C durant l'Holocène récent a été associé aux fluctuations importantes de la nappe phréatique ainsi qu'à une diminution des sphaignes de la section Acutifolia. En effet, la présence de ces sphaignes limite les taux de décomposition en maintenant des conditions froides, acides, humides et faibles en nutriments, favorisant l'accumulation du C dans ces tourbières. En général, les tourbières MOS et STE montrent une moins grande présence de sphaignes dans leurs sections centrales, probablement dû au contexte physiographique local des bassins dans lesquelles elles se sont développées en maintenant des conditions minérotrophes jusqu'à 5450 et 4410 cal BP, respectivement. Les analyses de macrocharbons contenus dans la tourbe ont permis d'identifier des intervalles moyens de feu de 883 ans durant l'Holocène, même si d'importantes variations spatiales et temporelles ont été reconstituées. La fréquence des feux et la production de charbons a augmenté après 2000 cal BP. Néanmoins, les analyses de régression montrent que les feux n'ont pas été un facteur déterminant dans l'accumulation du C. De plus, les changements du régime des feux de l'Holocène récent semblent avoir été indépendants des changements dans la végétation locale. Le refroidissement néoglaciaire de ~3000 cal BP pourrait bien avoir été le facteur principal ayant engendré ces changements environnementaux. Ce refroidissement climatique a probablement affecté de façon négative les taux d'accumulation du C. De plus, les périodes synchrones de nappe phréatique basse durant l'Holocène récent ont probablement été une des principales causes du changement de la végétation, dominée alors par des espèces ligneuses aux dépens des sphaignes, une tendance observée notamment à LLC. Afin d'obtenir un portrait précis de l'accumulation à long terme du C, les reconstructions futures devraient tenir compte des variations de l'expansion latérale des tourbières, puisque les masses de C et les taux de l'accumulation issus de carottes centrales surestiment les taux à l'échelle de l'écosystème. Les changements climatiques futurs pourraient impliquer des augmentations à la fois de la nappe phréatique et des températures, ce qui aurait probablement un effet positif sur la croissance des sphaignes, et donc sur l'accumulation du C dans les tourbières de la région. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : tourbière, carbone, Holocène, feu, paléoécologie