From lake effect to logs: The distribution of bryophytes in Lake Superior's forests / De l'effet lac aux bûches de bois : la distribution des bryophytes dans les forêts du Lac Supérieur

Holt-Schmitt, Deanna (2024). From lake effect to logs: The distribution of bryophytes in Lake Superior's forests / De l'effet lac aux bûches de bois : la distribution des bryophytes dans les forêts du Lac Supérieur. (Mémoire de maîtrise). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Depositum. https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1840

Prévisualisation

PDF Télécharger (7MB) | Prévisualisation

Résumé

RÉSUMÉ

Les bryophytes sont une composante fondamentale de l'écosystème forestier boréal, contribuant à la productivité primaire et à la succession forestière. Afin de maintenir des communautés de bryophytes diversifiées, l’hétérogénéité des habitats à l’échelle du substrat, du peuplement et du paysage est essentielle. Le climat humide du lac Supérieur offre un excellent habitat à une plus grande diversité d'espèces de bryophytes, avec un paysage accidenté qui crée des microclimats et des vieilles forêts avec une abondance de substrats disponibles pour la colonisation des bryophytes. Cependant, l'augmentation des activités anthropiques telles que la foresterie, l'exploitation minière et l'extraction d'agrégats menacent les conditions environnementales propices aux bryophytes. Afin de protéger les bryophytes, cette étude vise à identifier les facteurs environnementaux ayant la plus grande influence sur leur richesse diversité. Notre objectif principal est de déterminer la relation entre l’humidité ambiante généré par le lac Supérieur, en fonction de la distance au lac, et la diversité et la richesse des bryophytes. Notre objectif secondaire est d'évaluer l'effet de l'échelle spatiale sur les patrons de la richesse et de la diversité en utilisant des facteurs environnementaux au niveau du paysage, du peuplement et du substrat.

Pour atteindre nos objectifs, huit transects de dix parcelles chacun ont été disposés perpendiculairement aux rives nord et est du lac Supérieur. Les dix parcelles ont été disposées le long du gradient avec des distances de 0, 1, 2,5, 5, 10, 20, 35, 55, 75, 100 km du bord du lac. Des sondes d’humidité et de température ont été placés sur trois parcelles par transect et ont enregistré de septembre 2021 à septembre 2022. Au niveau du peuplement, les parcelles ont été sélectionnées en fonction de l'âge de la forêt, de sa composition et de sa proximité à partir de variables confondantes telles que les routes, les voies ferrées et les sources d'eau. Les variables forestières recueillies comprenaient l'âge relatif, la composition du peuplement forestier, la surface terrière, le couvert forestier et le sol. Dans chaque parcelle, des bryophytes ont été échantillonnées sur cinq réplicas de quatre substrats : le boismort au sol, les roches, les bouleaux et les épinettes vivantes. La longueur, la superficie et le dhp ont été collectés sur les substrats associés, et les roches ont été soumises à un test d’acide. Les échantillons de bryophytes ont été séchés sur le terrain et identifiés en laboratoire. L'analyse de la richesse, de la diversité et de la composition a été réalisée à l'aide de régressions linéaires, de modèles mixtes et d'ordinations à l'aide du logiciel R.

Cette étude a permis d'identifier 145 espèces de bryophytes, dont 22 espèces répertoriées comme étant en voie de disparition en Ontario. Nous avons identifié une relation négative entre la richesse et la diversité des bryophytes avec la distance du lac Supérieur, et donc l'humidité de l'effet lac, atteignant ainsi notre premier objectif. La richesse et la diversité des espèces de bryophytes étaient les plus hautes dans les cinq premiers kilomètres du bord du lac. Ces valeurs ont diminué sur les distances moyennes de 10 à 35 km et ont légèrement augmenté sur les distances les plus éloignées de 55 à 100 km, reproduisant le modèle d'humidité de l'effet de lac que nous avons observé. Généralement, les mousses avaient une richesse moyenne plus élevée que les hépatiques, et le bois mort avait le plus d’occurrences des espèces. L'inclusion de variables environnementales au niveau du peuplement et du paysage a modéré la relation entre la richesse en bryophytes et la distance. La richesse et la diversité des bryophytes étaient associées de manière significative aux facteurs liés au peuplement et au paysage à l'échelle du site, qui à leur tour étaient associés à l'orientation géographique des transects sur la rive nord ou est du lac Supérieur. L'inclusion supplémentaire de variables au niveau du substrat a conduit à une augmentation du nombre de modèles significatifs avec une diversité gamma divisée par groupe taxonomique et type de substrat. Ces résultats répondent à notre deuxième objectif d'évaluer l'effet d'échelle sur les patrons de diversité, nous conduisant à croire que la richesse et la diversité des bryophytes sont influencées par une hiérarchie de variables environnementales, le niveau de substrat présentant la plus grande influence, suivi du niveau du peuplement et du paysage. Cette évaluation d'identification de la hiérarchie d'influence des variables environnementales permet de prioriser les stratégies de protection et de gestion forestière. Cela contribuera à conserver toutes les bryophytes et la biodiversité de l’écosystème dans son ensemble.

ABSTRACT

Bryophytes are a fundamental component of the boreal forest ecosystem, contributing to primary productivity and forest succession. In order to maintain diverse bryophyte communities, habitat heterogeneity at the substrate, stand, and landscape scale is essential. The humid climate of Lake Superior provides this excellent habitat for a high diversity of bryophyte species, with a rugged landscape that creates high humidity microclimates and older forestswith an abundance of substrates available for bryophyte colonization. However, increasing anthropogenic activities such as forestry, mining, and aggregate extraction threaten environmental conditions suitable for bryophytes. In order to protect bryophytes, this study aims to identify the environmental factors with the largest influence on richness and diversity. Our primary objective is to determine the relationship between Lake Superior’s humidity, using distance from the lake, on bryophyte diversity and richness. Our secondary objective is to evaluate the effect of scale on richness and diversity using environmental factors at the landscape, stand, and substrate level.

To achieve our objectives, eight transects containing ten sites each were arranged perpendicular to the northern and eastern shores of Lake Superior. The ten sites were arranged in a gradient with distances of 0, 1, 2.5, 5, 10, 20, 35, 55, 75, 100km from the lake shore. Data loggers were placed on three sites per transect and recorded temperature and humidity from September 2021 to 2022. At the stand level, sites were selected based on forest age, composition, and distance from potentially confounding factors such as roads, railways, and water sources. Forest variables collected included relative age, over- and understory composition of woody, herbaceous, and non-vascular plants, basal area, canopy cover, and soil type. Within each site, bryophytes were sampled from five replicates of four substrates: logs, rocks, and live birch and spruce trees. The length and dbh of logs and surface area of rocks were collected from the substrates, as well as rocks being subjected to an acid test. Bryophyte samples were dried in the field and identified in the laboratory. Analysis on richness, diversity, and composition was conducted using linear regressions, mixed models, and ordinations using R software.

This study resulted in the identification of 145 bryophyte species, including 22 species listed as endangered in Ontario. We identified a negative relationship between bryophyte richness and diversity with distance from Lake Superior, and lake-effect humidity, achieving our first objective. Both richness and diversity in bryophyte species had the highest occurrences within the first five kilometers from the shore. These values were lower in the middle distances of 10-35km and increased slightly in the inland distances of 55-100km, replicating the pattern in lake-effect humidity we observed. Consistently, mosses had higher mean richness than liverworts, and log substrates had highest number of species occurrences as compared to other sampled substrate types. The inclusion of stand and landscape level environmental variables decreased the relationship between bryophyte richness and distance. Bryophyte richness and diversity was significantly associated with stand and landscape level factors at the site scale, which in turn were associated with the geographic orientation of the transects on the north or east shore of Lake Superior. The further inclusion of substrate level variables led to an increase in significant models with gamma diversity divided by taxonomic group and substrate type. These results achieve our second objective of evaluating the effect of spatial scale on bryophyte diversity patterns, leading us to believe that bryophyte richness and diversity is influenced by a hierarchy of environmental variables with the substrate level exhibiting the greatest influence, followed by the stand, and landscape level. This evaluation of identifying the hierarchy of influence of environmental variables allows for the prioritization of protection strategies and forest management. This will aid in conserving all bryophytes and the biodiversity of the ecosystem as a whole.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
Directeur ou directrice de recherche:	Fenton, Nicole
Mots-clés libres:	bryophyte; mosses; liverworts; diversity distribution; substrate specificity; mixed-wood boreal; lake-effect; Lake Superior;
Divisions:	Forêts > Maîtrise en écologie
Date de dépôt:	22 juin 2026 19:10
Dernière modification:	22 juin 2026 19:10
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1840

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt