Long term environmental monitoring using locally-relevant indicators: muskrat (ondatra zibethicus) population dynamics in Old Crow and recreational ecosystem services in Ottawa

Abstract

Multi-decade environmental monitoring is necessary to understand many of the effects of anthropogenic activities, yet the success of many long term monitoring programs has been limited and sporadic. In this thesis, I demonstrated the strengths of participatory approaches and locally-relevant environmental indicators as a solution for long term monitoring. In Chapter 1, I described the limited success of many long term monitoring programs, and outlined the current understanding of best practices in monitoring. In Chapter 2, I analyzed the impact of participatory approaches, together with innovative portable digital technologies, in a sample of publications and case studies describing environmental monitoring programs. I found the use of digital data entry can increase a program's management relevance while participatory adaptive monitoring, i.e. the collaborative definition of program questions, objectives, conceptual models, and approaches, improved program sustainability. I applied these principles in Chapter 3 by monitoring the environmental determinants, and cyclicity, of muskrat (Ondatra zibethicus) population dynamics in the Old Crow Flats (OCF), Yukon. I interpreted local ecological knowledge (LEK) in the development of questions, conceptual models, and interpretation of results. I found that LEK identified advancing ice phenology as a concerning source of environmental change, Landsat imagery confirmed 0.26 days/year of more open water over the past 31 years, and aerial and field surveys found a negative association between the open water season and muskrat densities. In Chapter 4 I compiled 219 time series of up to 8 years of muskrat abundance in the OCF to describe the first traveling wave of abundance in muskrats. Using spatial patterns of landscape resistance to muskrat movement, genetic relatedness, and population synchrony, I found this wave was likely caused by a combination of landscape obstacles and directional dispersal. In Chapter 5, I identified a parallel indicator that is locally-relevant for Ottawa, recreational ecosystem services on the Rideau Canal Skateway, and projected the availability and use of those services under climate warming. I found Ottawa's ice phenology to be shifting twice as rapidly as Old Crow's (0.5 days/year), and found this to be linked to an accelerated decline in the use of this cultural ecosystem service. Whether ice or animal, for most people the most recognizable and memorable forms of environmental change will occur in locally-relevant indicators. These indicators are the 'low hanging fruit' of environmental monitoring; with little resources they can form the basis of monitoring programs that stand the test of time.Les programmes de suivis environnementaux sur plusieurs décennies sont nécessaires pour comprendre la plupart des effets anthropiques sur l'environnement, mais le succès de ces programmes est limité est sporadique. Dans cette thèse j'ai tenté de démontrer comment des méthodes participatives et des indicateurs localement pertinents peuvent servir de solutions aux défis des programmes de suivis à long terme. Mon premier chapitre décrit, à ce jour, le succès limité des suivis environnementaux à long terme et notre compréhension des meilleures pratiques. Mon deuxième chapitre est une analyse de l'impact des approches participatives et les technologies numériques portables sur des programmes de suivis environnementaux décrits dans un échantillon de publications et d'études de cas. J'ai trouvé que l'utilisation des technologies numériques portables peut augmenter la pertinence d'un programme de suivis utilisé en gestion environnementale, tandis que les approches participatives améliorent la durabilité des programmes. Ces approches comprennent des questions, objectifs, modèles conceptuels, et méthodes qui sont tous définies de façon collaborative. Dans mon troisième chapitre j'ai appliqué ces principes en étudiant les déterminants environnementaux, et la cyclicité, d'une population de rats musqués (Ondatra zibethicus) dans la plaine d'Old Crow au Yukon. J'ai interprété les connaissances écologiques locales dans mon développement des questions, des modèles conceptuels, et l'interprétation des résultats. Les experts locaux ont identifié l'avancement de la phénologie de glaces comme une source de changement environnemental significative, et les images Landsat ont confirmé une augmentation de la saison d'eau libre de 0,26 jour/an au cours des 31 dernières années. Des suivis aériens et en situ ont trouvés une association négative entre la saison d'eau libre et la densité des rats musqués. Dans mon quatrième chapitre j'ai compilé 219 séries chronologiques d'abondance de rats musqués sur 8 ans pour décrire pour la première fois une onde d'abondance progressive chez le rat musqué. En estimant la structure spatiale de la résistance du paysage au mouvement des rats musqués, de leurs relations génétiques, et de la synchronie des leurs populations, j'ai trouvé que l'onde a été causée par une combinaison d'obstacles dans le paysage et de dispersion directionnelle. Dans mon cinquième chapitre, j'ai identifié un indicateur similaire qui est pertinent localement pour Ottawa, les services écosystémiques de loisirs sur la patinoire du canal Rideau. J'ai projeté la disponibilité et l'utilisation de ce service dans des conditions de réchauffement climatique. J'ai trouvé que la longueur des saisons glaciales diminuait deux fois plus rapidement à Ottawa (0,5 jour/an) qu'à Old Crow, et que cela était lié à une réduction accélérée de l'utilisation de ce service. Que ce soit de la glace ou des animaux, les formes les plus reconnaissables et mémorables de changements environnementaux s'opèreront à travers des indicateurs qui sont pertinent localement. Ces indicateurs sont ceux qui peuvent facilement constituer la base de programmes de suivis environnementaux qui persistent à travers des générations