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Título: Historical and contemporary drivers of cyanobacterial dynamics: regional and global perspectives
Autores: Taranu, Zofia Ecaterina
Fecha: 2014
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Biology - Limnology
Descripción: Numerous authors are reporting that anthropogenic changes to the environment (i.e., cultural eutrophication and climate warming) have provided opportune conditions for a global dominance of phytoplankton communities by cyanobacteria. Yet, to date there has been no quantitative synthesis to support this claim and we have very little empirical evidence of synergistic relationships among the environmental drivers that could be responsible for an expansion of cyanobacteria through time. Multi-year lake monitoring data coupled with paleolimnological reconstructions proved to be an effective strategy to address these questions. In my doctoral thesis, I quantified temporal (decadal; 1985-2011 CE to centennial; 1800-2011 CE) cyanobacterial trends, both at the regional (Alberta, Canada) and global scale. Furthermore, to explain cyanobacterial trends observed in certain sites or time points, I evaluated additive and synergistic effects among drivers. For example, using phytoplankton time series data from five Albertan lakes, I show that the increase in cyanobacterial biomass is greatest under a combination of warmer water temperatures, increased intensity of thermal stratification, and elevated nutrient concentrations. I further show that space for time substitutions are valid for predicting cyanobacterial biomass by comparing empirical models developed from lake surveys to decadal-scale time series. To test whether the response of cyanobacteria in the face of environmental development has changed since the start of Anthropocene (ca. 1850 CE), I then compared models based on different time scales (decadal to centennial scales). In extending the timeframe, I found as much as a 70% loss in variance explained with the centennial models. At this regional scale, I showed that the anthropogenic changes that have taken place since ca. 1945 CE (eutrophication and warming of surface waters) have facilitated and explained the expansion of cyanobacteria. Finally, I quantified the increases in cyanobacterial abundance (rate and magnitude) over the past ~200 years by conducting a synthesis of more than 100 paleolimnological records and ~20 long-term monitoring records. With this dataset, I have shown that in the Northern Hemisphere, the increase in cyanobacteria is related to nutrient concentrations, lake elevation and lake morphometry. In general, my thesis has advanced our knowledge of the spatio-temporal dynamics of cyanobacteria in temperate lakes and the factors that can explain these dynamics. My thesis also helped isolate some of the causes of the accelerated expansion of cyanobacteria when environmental thresholds are crossed and when interactions amongst these drivers develop.
De nombreux auteurs suggèrent que les changements environnementaux d'origine anthropique (c.-à-d., eutrophisation et réchauffement climatique) ont créé des conditions propices pour une dominance globale des cyanobactéries dans les communautés phytoplanctoniques. Cependant, à ce jour, il n'existe pas de synthèse quantitative pour appuyer cette présomption et nous avons très peu d'évidences empiriques des relations synergétiques entre les facteurs environnementaux qui peuvent être responsables d'une expansion des cyanobactéries à travers le temps. Un échantillonnage pluriannuel des lacs, couplé avec des reconstitutions paléolimnologiques s'est avéré une stratégie efficace pour répondre à ces questions. Dans ma thèse de doctorat, j'ai quantifié les tendances temporelles (bi-décennale; 1985-2011 CE à centenaire; 1800-2011 CE) de cyanobactéries, aussi bien au niveau régional (Alberta, Canada) qu'au niveau mondial. De plus, afin d'expliquer les tendances de cyanobactéries observées dans certains sites ou points temporels, j'ai également évalué les effets additifs et synergétiques entre les facteurs environnementaux. Par exemple, en utilisant des suivis de données de phytoplancton à long terme, provenant de cinq lacs albertains, j'ai démontré que l'augmentation de la biomasse des cyanobactéries est due à l'effet additif de la hausse des températures d'eau, de l'intensification de la stratification thermique, et des concentrations de nutriments élevés. En comparant des modèles empiriques basés sur des données spatiales à des données temporelles, j'ai démontré que l'utilisation de données spatiales est une méthode valide pour prédire la biomasse des cyanobactéries à l'échelle décennale. J'ai ensuite comparé des modèles basés sur différentes échelles temporelles (bi-décennale à centenaire) pour vérifier si la réponse des cyanobactéries face aux développements environnementaux a changée depuis le début de l'Anthropocène (ca. 1850 CE). En prolongeant l'échelle temporelle, j'ai noté une perte de variance expliquée de plus de 70% chez les modèles centenaires. Au niveau régional, les changements anthropiques qui sont survenus depuis les années ca. 1945 CE (eutrophisation et augmentation de la température de l'eau) ont facilité et expliquent l'expansion des cyanobactéries. Finalement, j'ai quantifié l'augmentation de l'abondance des cyanobactéries (accélération et ampleur) au cours des dernières ~200 ans en menant une synthèse de plus de 100 archives paléolimnologiques et ~20 suivis de phytoplancton à long terme. Avec ces données, j'ai démontré que dans l'hémisphère nord, l'augmentation des cyanobactéries est reliée à l'augmentation de l'apport en nutriments, l'élévation et la morphométrie des lacs. En termes généraux, ma thèse a amélioré nos connaissances de la dynamique spatio-temporelle des cyanobactéries dans les lacs tempérés et des facteurs expliquant cette dynamique. Ma thèse a également permis d'isoler certaines causes de l'expansion accélérée des cyanobactéries lorsque des seuils environnementaux sont franchis et lorsque des interactions entre ces facteurs se développent.
Idioma: en