Dynamique hivernale et hypolimnétique du CO₂ dans les lacs boréaux et tempérés

De nombreux lacs boréaux et tempérés sont maintenant reconnus comme d'importants sites de stockage et d'émissions de carbone, d'où l'intérêt grandissant de déterminer leur rôle à plus grande échelle et d'inclure leur contribution dans les bilans de carbone régionaux. Les lacs tempérés et boréaux de l'hémisphère nord ont souvent deux composantes saisonnières distinctes, soit la période du couvert de glace et la stratification thermique estivale. Dans la littérature, les mesures de CO2 sont traditionnellement effectuées à la surface des lacs pendant la période libre de glace. Pourtant certaines études suggèrent qu'une quantité importante de CO2 s'accumule sous la glace et dans l'hypolimnion, c'est-à-dire dans la couche inférieure de la colonne d'eau lors de la période de stratification estivale. Dans la présente étude, nous avons quantifié l'accumulation de CO2 pendant la période du couvert de glace et dans 1'hypolimnion estival de 13 lacs boréaux et de 4 lacs tempérés du Québec et nous avons exploré comment ces accumulations varient dans un gradient de morphométries, de statuts trophiques et de caractéristiques régionales. En deuxième lieu, nous avons étudié la dynamique des processus sous-jacents à l'accumulation de CO2 pendant la période du couvert de glace et dans l'hypolimnion estival, plus spécifiquement l'importance des processus biotiques, la partition entre la respiration pélagique et benthique, les différentes sources de matière organique supportant la respiration et les coefficients respiratoires à l'échelle de l'écosystème. Nos résultats démontrent que les lacs couverts de glace et l'hypolimnion estival sont des lieus d'accumulation significative de CO2 puisque considérées ensemble, ces périodes contribuent en moyenne à 33% des émissions annuelles nettes de CO2 et cette proportion varie selon le statut trophique du lac et la morphométrie. Plusieurs indices recueillis suggèrent que la respiration est la source principale de CO2 pendant ces deux périodes et que la respiration benthique contribue de façon considérable à la production de CO2, particulièrement pendant la période du couvert de glace où la respiration benthique est responsable de plus de 50% de l'accumulation totale de CO2. L'importance relative des sources de matière organique qui alimentent la respiration changent saisonnièrement. Les analyses isotopiques en δ13C (méthode de Keeling) ont révélées l'importance du carbone organique d'origine planctonique pour alimenter la respiration dans l'hypolimnion alors que les signatures en δ13C pendant la période du couvert de glace suggèrent une augmentation de l'importance relative de sources terrestres et benthiques. \ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cycle du carbone, émissions de CO2, métabolisme du lac, couvert de glace, hypolimnion, respiration pélagique, respiration benthique, sources de matière organique respirée, coefficient respiratoire

The Relative Contribution of Winter Under-Ice and Summer Hypolimnetic CO₂ Accumulation to the Annual CO₂ Emissions from Northern Lakes

We explored the whole-lake accumulation of CO2 during winter ice cover and in the hypolimnion during summer stratification, in 15 temperate and boreal lakes, and how these processes vary with lake trophic state and morphometry. We further estimated an annual CO2 budget for each lake that incorporates the fluxes resulting from winter ice-cover and summer hypolimnetic CO2 accumulation to assess their relative importance. The volumetric rates of CO2 accumulation during the winter ice cover ranged from 4.1 to 42.1 mg C m−3 d−1, and from 9.3 to 54.5 mg C m−3 d−1 in the summer hypolimnion, and both varied mainly as a function of water temperature. The total CO2 accumulation at the end of winter/summer was most strongly related to lake mean depth and was significantly greater under ice than in the hypolimnion. This greater CO2 accumulation resulted in relatively high and unvarying spring outflux, averaging 404 mg C m−2 d−1 (C.V. 27%). Significant hypolimnetic CO2 accumulation also resulted in relatively high fluxes (average 228 mg C m−2 d−1) during autumnal mixing, which were more variable (C.V. 43%) than spring fluxes. Average fluxes were lowest and most variable in summer (198 mg C m−2 d−1, C.V. 46%). The net annual CO2 flux ranged from 14 to 68 g C m−2 y−1, and was positively related to DOC concentration. The winter ice-cover CO2 accumulation accounted from 3 to 80% (average 17%) of the annual CO2 flux, whereas summer hypolimnetic accumulation accounted for a smaller but still significant proportion (from 1.4 to 46%). These winter and summer hypolimnetic CO2 accumulations are released to the atmosphere through short but intense emission bursts that are rarely captured in regular lake sampling schemes, yet they have the potential to profoundly influence the annual lake CO2 budgets in northern landscapes