Présentation PPT

Changements climatiques et biologie hivernale des trois plus importants défoliateurs du Québec
du Québec
Richard Berthiaume
Consortium de recherche sur les insectes forestiers
Université Laval
Université Laval
Les midis de la foresterie 5 Avril 2011
Le consortium iFor c’est :
Regroupement de 14 chercheurs provenant de 11 institutions et oeuvrant en entomologie et en foresterie
Le consortium iFor c’est :
Plus de 20 étudiants gradués
AXE 1: OUTILS D’AIDE À LA DÉCISION
Thème 1 : Changements climatiques et biologie hivernale
Thème 2 : Gestion des insectes xylophages après feu
Changements climatiques et la biologie hivernale
Arpenteuse de la pruche
Dendroctone de l’épinette
Telenomus coloradensis
Livrée
v ée des forêts
o ês
Tordeuse des bourgeons de l’épinette
Pourquoi ces 3 insectes comme modèle?
Importance économique
Tordeuse des bourgeons de l’épinette
Arpenteuse de la pruche
1er ravageur en importance
Le défoliateur canadien
Recrudescence des infestations depuis 200?
Recrudescence des infestations depuis 200?
L’ampleur des infestations (en terme de superficie)
2ième ravageur en importance
Plusieurs infestations depuis 2000
Infestations répétées sur la Côte‐Nord
Infestations répétées sur la Côte
Nord
Rapidité de la mortalité lors des infestations (1‐2 ans)
Li é d f êt
Livrée des forêts
Plus important ravageur des forêts de feuillus
Recrudescence des infestations depuis quelques années
Érablières dans Lanaudière (production acéricole)
Érablières dans Lanaudière (production acéricole)
T d
Tordeuse des bourgeons de l’épinette
d b
d l’é i tt
32 300 722 ha
Pourquoi ces 3 insectes comme modèle?
Importance économique
Tordeuse des bourgeons de l’épinette
Arpenteuse de la pruche
1er ravageur en importance
Le défoliateur canadien
Recrudescence des infestations depuis 200?
Recrudescence des infestations depuis 200?
L’ampleur des infestations (en terme de superficie)
2ième ravageur en importance
Plusieurs infestations depuis 2000
Infestations répétées sur la Côte‐Nord
Infestations répétées sur la Côte
Nord
Rapidité de la mortalité lors des infestations (1‐2 ans)
Li é d f êt
Livrée des forêts
Plus important ravageur des forêts de feuillus
Recrudescence des infestations depuis quelques années
Érablières dans Lanaudière (production acéricole)
Érablières dans Lanaudière (production acéricole)
Épidémie récente: > 1 000 000 ha
Pourquoi ces 3 insectes comme modèle?
Importance économique
Tordeuse des bourgeons de l’épinette
Arpenteuse de la pruche
1er ravageur en importance
Le défoliateur canadien
Recrudescence des infestations depuis 200?
Recrudescence des infestations depuis 200?
L’ampleur des infestations (en terme de superficie)
2ième ravageur en importance
Plusieurs infestations depuis 2000
Infestations répétées sur la Côte‐Nord
Infestations répétées sur la Côte
Nord
Rapidité de la mortalité lors des infestations (1‐2 ans)
Li é d f êt
Livrée des forêts
Plus important ravageur des forêts de feuillus
Recrudescence des infestations depuis quelques années
Érablières dans Lanaudière (production acéricole)
Érablières dans Lanaudière (production acéricole)
Historique des infestations de livrée des forêts au Québec
q
Q
Année
2008
2009
2010
Superrficie (ha)
1 400 000
1 200 000
1 000 000
800 000
600 000
600 000
400 000
200 000
0
1980
1985
1990
1995
2000
Année
2005
2010
2015
Nb ha défolié
190
4100
8785
Pourquoi ces 3 insectes comme modèle?
Gradient alimentaire
Oligophage
Conifères
Polyphage
Conifères & Feuillus
Oligophage
Feuillus
Gradient au niveau des stades diapausants
Oeufs
Oeufs avec
larves pharates
Larves (L2)
Cycle de vie de l’arpenteuse de la pruche
Juin - Juillet
Larve
Août
Chrysalide
Biologie g
hivernale
1e
Oeufs (1 mm)
Oeufs (1 mm)
Octobre à Mai
2e
3e
4e
(
)
Xe (dernier)
Adulte
Septembre - octobre
Cycle de vie de la livrée des forêts
Mai - Juin
Larve
Juillet
Chrysalide
Biologie
Biologie hivernale
Oeufs
Août à Avril
Ad lt
Adultes
Juillet - Août
Les changements climatiques
Le sujet retient tellement l’actualité qu’il faut inventer des nouveaux termes
L’apparition des « climato‐sceptiques » et des « environnementeurs »
Climato‐sceptiques: Personne qui
n’est pas convaincue qu’il y ait un
réchauffement climatique, ou que
celui‐ci soit dû aux activités
humaines.
Les changements climatiques
Le phénomène est reconnu et fait l’objet d’un large consensus
Cependant nous oublions souvent que ce n’est pas le premier
dans l’histoire de notre planète et probablement pas le dernier
Phénomène directement relié à l’impact de l’espèce humaine à l’échelle planétaire Il y a des sceptiques (climato sceptiques)
Il y a des sceptiques (climato‐sceptiques)
Le consensus est moins fort L’effet potentiel des explosions solaires Malgré une certaine controverse autour des causes, il y a actuellement un réchauffement climatique
Suppose que le processus est irréversible et qu’il n’y a plus rien à faire…
LL’ampleur
ampleur (amplitude) du phénomène reste difficile à prévoir dans le temps
(amplitude) du phénomène reste difficile à prévoir dans le temps
Nous devrons subir les effets
Les modèles sont excessivement complexes et les marges d’erreurs sont p Vision très défaitiste g
Vision très défaitiste
parfois très variables
Par analogie
Il existe aussi beaucoup de variations entre les différents modèles (scénarios)
Dans le dossier des algues bleues: Pour s’adapter nous porterons des D tels
De
t l modèles
dèl
peuventtscaphandriers
êt
être
utiles
til
pour
comprendre le fonctionnement d’un système, mais
Pierre Dansereau: les réponses qu’ils donnent
ne sont jamais
Si l’homme
Si l
homme est responsable des estau
responsable
des
meilleures que les paramètres
introduits
point
changements climatiques, il peut faire de départ.
quelques chose Les principaux impact du réchauffement climatique
…le climat du Québec a évolué de façon
significative. Les températures journalières
moyennes dans le Sud du Québec ont
augmenté de 0.2oC et 0.4oC par
décennie….
D’une
u e façon
aço
générale,
gé
é a e, lee cclimat
at se
réchauffera sur l’ensemble du territoire
québécois, et de façon plus marquée en
hiver q
qu’en été.
Élévation moyenne des températures La hausse des températures se manifeste
aussi par un raccourcissement de la saison
de gel, l’augmentation du nombre de
degrés‐jours de croissance et la diminution
du nombre de degrés‐jours de chauffage.
Prolongement de la saison végétative L’impact du réchauffement climatique en entomologie
Société d’entomologie du Québec
il y a 8 ans (2003)
Les modèles climatiques actuels prévoient :
Un prolongement de la saison végétative
et
une élévation moyenne des températures
Des épidémies plus grandes et plus fréquentes
(Virtanen et al. 1998; Williams et Liebhold 1995)
Des pertes économiques majeures
Plus d’argent pour la recherche et les entomologistes
Les modèles climatiques actuels prévoient :
Un prolongement de la saison végétative
Un prolongement de la saison végétative
• La majorité des ravageurs forestiers dans l’Est du pays sont univoltins
Arpenteuse de la pruche
Tordeuse des bourgeons de l’épinette
Arpenteuse de Bruce
Spongieuse
Livrée des forêts
L’établissement d’une deuxième génération est difficile car la qualité du feuillage change et la majorité a besoin du jeune feuillage pour s’établir
Pourrait être bénéfique pour les ravageurs multivoltins
Les modèles climatiques actuels prévoient :
Une élévation moyenne des températures
• Augmentation de la vitesse de développement et une meilleure survie
Augmentation de la vitesse de développement et une meilleure survie
• Favorable pour les populations de ravageurs forestiers?
Découle des modèles de croissance fonction de la température
Régnière 1987
Développement rapide
≠
Fécondité supérieure
ou
Meilleur "Fitness"
ill
" i
"
en terme de descendants
pour la prochaine génération
pour la prochaine génération
Exemple: Arpenteuse de la pruche
Augmentation de la To entraîne une augmentation de la vitesse du développement et une réduction de la fécondité
Nord
Renards
Baie-Trinité
Rimouski
Québec
Sawyerville
250
Fécond
dité
200
150
100
*
50
0
10
15
20
25
30
Température oC
► Optimum de la fécondité près de 18oC
► Réduction de la fécondité à 24 et 28oC
35
Modèle conceptuel de l’impact potentiel du réchauffement
‐ Prolongement de la saison végétative Prolongement de la saison végétative
‐ Élévation moyenne des températures Développemen
nt d’une pop
pulation
Saison de croissance
p
pré‐diapause
p
hiver
printemps
été
automne
hiver
Pour faire face à ces importantes modifications environnementales, les espèces devront être capables de s’adapter
les espèces devront être capables de s
adapter
La variabilité au sein d’une même espèce est fondamentale
espèce est fondamentale
Selon
Ruffié
(1986)
Schilthui en (2001):
Schilthuizen
(2001)
et
Le polymorphisme génétique et la
variabilité ont permis l’évolution. Sans
variabilité,
i bilité le
l monde
d vivant
i t aurait
it été
condamné à l’immobilisme.
La variabilité permet ll’adaptation
adaptation
des populations
La vitesse d’adaptation est‐elle suffisamment grande pour faire face à ce nouveau défi?
face à ce nouveau défi?
Pour contrer l’impact du réchauffement climatique
‐ Prolongement de la saison végétative Prolongement de la saison végétative
‐ Élévation moyenne des températures Développemen
nt d’une pop
pulation
Saison de croissance
p
pré‐diapause
p
hiver
printemps
été
automne
hiver
Il existe une certaine variabilité pour compenser les effets potentiellement négatifs durant la saison de croissance
‐ Éclosion retardée des œufs
Éclosion retardée des œufs
‐ Réduction du développement larvaire et pupal des individus
Arpenteuse de la pruche
Date d’éclosion des œufs après des conditions hivernales identiques
Date d’éclosion des œufs après des conditions hivernales identiques
Variation
possible
10 jours
D
Début de l’é
éclosion (jo
our julien)
156
y = -0.5796x + 134.87
R2 = 0.9727
Sawyerville
154
St-Jacques-de-Leeds
Québec
152
St-Aubert
150
Rimouski
Forestville
Rivière-aux-Renards
148
Baie-Trinité
M t
Matamec
146
Nathasquan
North of
Nathasquan
144
142
45
46
47
48
49
Latitude
Gradient Sud ‐ Nord
50
51
52
Arpenteuse de la pruche
Vitesse du développement larvaire sous une température constante
Vitesse du développement larvaire sous une température constante 4 stades larvaires
5 stades larvaires
50
y = -2.9131x + 179.35
R2 = 0.89
Variation
possible
17 jours
Duréée (jours))
45
40
35
30
25
20
45
46
47
48
49
Latitude
Gradient Sud - Nord
50
51
52
Il existe donc certains mécanismes capables de contrebalancer l
Il
existe donc certains mécanismes capables de contrebalancer l’effet
effet potentiel du réchauffement climatique au courant de la saison de croissance
Implique un déplacement ou une redistribution des populations au niveau continental
principalement une migration vers le nord
Toutefois, pour que les communautés forestières
soient capables de «suivre» la vitesse des
changements climatiques, cela impliquerait une
vitesse de migration d’environ 10 km par an. Dans les
faits, la vitesse de migration des arbres est beaucoup
plus
l lente,
l t atteignant
tt i
t des
d vitesses
it
d 10 km
de
k à 45 km
k
par siècle (Davis 1981; Birks 1983).
Chez les insectes: la vitesse Chez
les insectes: la vitesse
pourra‐t‐elle atteindre ce fameux 10 km par année?
C
Ce sont des mécanismes à long terme
td
é i
àl
t
Pour mesurer l’effet du réchauffement climatique
‐ Prolongement de la saison végétative ‐ Élévation moyenne des températures Développement d’u
une population
Saison de croissance
pré‐diapause
hiver
printemps
été
automne
hiver
Les stades hivernants sont exposés plus longtemps à des températures supérieures
Existe‐t‐il une variabilité ou un mécanisme permettant une forme d’adaptation?
Impact possible sur la survie hivernale via une réduction des réserves énergétiques
L’exemple de la tordeuse des bourgeons de l’épinette
Chez la tordeuse des bourgeons de l’épinette
Chez la tordeuse des bourgeons de l
épinette
Des pertes importantes des réserves de
lipides et de glycogène étaient reliées à
l’intensité de l’exposition à de hautes
températures durant la période pré‐hivernale
(Han et Bauce 1998)
μ g / 100 larvae
1500
1250
Triglycerides
a
a a
a
1000
c
750
b
a a
500
250
July
0
August
600
μ g / 100 larv
vae
En général, de longues expositions à de
hautes températures durant les premiers
stades de la diapause augmentent l’intensité
de celle‐ci et réduisent la survie des larves de
la tordeuse des bourgeons de l’épinette
(Han et Bauce 1997)
500
b
a
c
Glycogen
c
b
September
October
b
400
300
c
a
200
100
0
Beginning of diapause
End of October
Fig. 2. Changes in energy reserves before the winter season, from
beginning of diapause to the end of October, in four groups of larvae
that entered diapause at a different time of year as indicated by the
graph legend. Mean values followed by the same letter are not
Significantly different (ANOVA,
(ANOVA followed by Tukey-test,
Tukey-test P > 0.05).
0 05)
Chez les deux autres espèces
Chez les deux autres espèces En 2009 et 2010 : Hiver excessivement doux
Mortalité élevée lors de la génération des cohortes afin d’induire
d
induire un allongement de l
un allongement de l’exposition
exposition du stade diapausant
du stade diapausant
En 2010 et 2011: Les expérimentations sont en cours
p
Générer des scénarios climatiques
Générer des hausses de températures automnales
¾ Chambre de croissance avec variation graduelle de la température
Températures moyennes observées à la station météorologique de Ste‐Foy (Environnement Canada, 2010)
¾ Périodes de chaleur: canicules (juillet) et étés indiens (octobre) é d d h l
l ( ll ) é é d
(
b )
durant cinq jours
Livrée des forêts ‐ Températures journalières maximales
40
26‐36°C
T1 (Témoin)
T2
T3
T4
22‐32 °C
T5
T6
T7
T8
22‐32°C
35
30
18 28°C
18‐28°C
14‐22°C
10‐18°C
25
20
15
10
14 24°C
14‐24°C
13‐23°C
10‐18°C
7 ‐17°C
7 ‐17
C
6‐14°C
5
0
2 ‐10°C
Arpenteuse de la pruche ‐ Températures journalières maximales
40
35
30
25
20
15
10
5
0
T1 (Témoin)
T2
T3 T4 14‐22°C
13‐23°C
10‐18°C
7 ‐17°C
6‐14°C
2 ‐10°C
Août Septembre
Octobre
Pour chaque traitement et espèce
¾ Périodes (Septembre et Novembre 2010; Janvier et Mars 2011)
¾ Évaluation du contenu des principaux polyols et sucres en lien avec la résistance au froid
lien avec la résistance au froid
¾ Glycogène, tréhalose, glucose, glycérol, sorbitol et mannitol
g p
p
q
p
(
)
¾ Chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC)
¾ Point de surfusion (passage de l’état liquide à solide + émission de chaleur)
(p
g
q
)
¾ Évaluation de la survie hivernale (avril 2011)
Points de surfusion – Livrée des forêts (Saguenay) Septembre
°C
novembre
janvier
‐25
T1 (Témoin)
T2
T3
Canicules
(Juillet)
T4
‐30
T5
Étés indiens
T6
((Octobre))
T7
T8 Combinaison
‐35
‐40
40
*
*
‐45
45
Canicules effet à court terme (Septembre) : Augmentation point de surfusion
Été i di
Étés indiens effet à plus long terme (Septembre) : Réduction point de surfusion
ff t à l l
t
(S t b ) Réd ti
i td
f i
Janvier : Aucun effet
Points de surfusion – Ap Sawyerville‐ Bouleau blanc °C
Septembre
Novembre
Janvier
‐25
‐30
T1
T2
T3 Étés indiens
(Octobre)
T4
‐35
‐40
*
*
‐45
Étés indiens : Réduction du point de surfusion
Pour mesurer l’effet du réchauffement climatique
Saison de croissance
L
La fameu
use ssaison morte
Développement d’u
une population
‐ Prolongement de la saison végétative ‐ Élévation moyenne des températures hiver
pré‐diapause
printemps
été
LLa fameuse f
saison morte
automne
hiver
Les stades hivernants sont exposés moins longtemps à des températures plus clémentes
Pour comprendre l’effet potentiel sur la biologie hivernale, il faut:
Comprendre le fonctionnement
Comprendre les mécanismes impliqués
Mesurer le niveau de variation entre les populations
Pour mieux comprendre la biologie hivernale des 3 espèces
Pour mieux comprendre la biologie hivernale des 3 espèces
Travaux de laboratoire Taux de survie à différentes températures
Taux de survie avec scénarios climatiques
Taux de survie avec scénarios climatiques Point de surfusion (supercooling point)
Mesurer les métabolites (glycérol, glucose, etc.)
Travaux de terrain
Gradient altitudinal
SAB
Arpenteuse de la pruche
3 populations
p p
3 essences
Point de surfusion
Absence de variation entre les populations
Métabolites
Sucre dominant tréhalose
Glycérol pratiquement absent
EPB
BOP
Peuplier faux‐trembles
Livrée des forêts
‐30
2 populations
2 essences
Absence de variation entre les populations
Métabolites
Le glycérol est dominant
Le glycérol est dominant
Décembre
2009
Janvier 2010
‐40
Tem
mpérature en °C (m
moyenne ±± SE)
Point de surfusion
Point de surfusion
Octobre
2009
Bouleau blanc
Saguenay
‐50
‐30
‐40
‐50
Outaouais
Épinette blanche
‐30
Tordeuse des bourgeons
de l’épinette
de l
épinette
Point de surfusion
Absence de variation b
d
i i
entre les populations
Métabolites
Mixte de 3 composés
Glycérol
Glucose
Tréhalose
Décembre
2009
Janvier 2010
‐40
Tempéraature en °C
C
(moyen
nne ± SE)
2 populations
2 essences
Octobre
2009
Sapin baumier
‐50
Saguenay
‐30
30
‐40
40
‐50
50
Baie‐Comeau
Arpenteuse de la pruche
Taux de survie à différentes températures et expositions
p
p
La population sudiste (Sawyerville) est moins résistante que les autres
La population sudiste (Sawyerville) est moins résistante que les autres Effet de la taille des oeufs???
Augmentation de la taille des œufs en fonction de la latitude
gg
0.30
A
Arpenteuse de la pruche
t
d l
h
Volumee (mm3)
Berthiaume 2007
y = 0.0123x - 0.374
R2 = 0.8374
0.25
0.20
0.15
45
46
47
48
49
50
51
52
Latitude
Phénomène connu chez
de nombreuses espèces
0.22
Tordeuse des bourgeons
de l’épinette
Harvey 1983
0.20
Ei 0.18
0.16
0 14
0.14
40
45
50
55
60
DEGREES NORTH LATITUDE
65
Peu d’étude ont
démontré un lien
direct avec une
augmentation de
la survie
Étudier l’impact de la température sur la survie
hi
hivernale
l de
d différentes
diffé t populations
l ti
lle llong d’
d’un
gradient altitudinal
850 m
Microclimat avec sapinière
700 m
550 m
550 m
400 m
250 m
80 m
80
m
o de latitude
Une élévation de 107 mètres équivaut à 1
q
Altitude: 735 mètres
Altitude: 300 mètres
Arpenteuse de la pruche
Québec
90
Rivière‐Ouelle
Sawyerville
y
80
Effet microclimatique
Taux de survie (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
80
250
550
700
850
Altitude
Effet de l’altitude (climat) sur la survie des oeufs
La population sudiste (Sawyerville) est moins résistante que les autres
La population sudiste (Sawyerville) est moins résistante que les autres Effet de la taille des oeufs???
Livrée des forêts
Outaouais
Saguenay
100
90
Tauxx de survie (%)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
80
250
550
Altitude
Effet de l’altitude (climat) sur la survie des larves pharates
Pas d’effet de la population
Pas d’effet de la population
700
Tordeuse des bourgeons
de l’épinette
Baie Comeau
Baie‐Comeau
Drumondville
Saguenay
90
Taux de
e survie (%)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
80
250
550
Altitude
Effet de l’altitude (climat) sur la survie des larves de stade 2
Pas d’effet
Pas d
effet de la population
de la population
700
Conclusions
Il existe des mécanismes pour contrebalancer les effets
potentiellement négatifs des changements climatiques au niveau
du développement des Lépidoptères
La vitesse d’adaptation sera‐t‐elle suffisante pour contrebalancer
les effets potentiellement négatifs des changements climatiques
L allongement de la période précédant la diapause (pré‐diapause)
L’allongement
(pré diapause)
a un effet négatif sur la survie hivernale
Il n’existe pas de différence au niveau des points de surfusion et
des métabolites de réserve entre les différentes populations pour
les 3 espèces
p
Il existe des différences dans les taux de survie entre les
diffé
différentes
populations
l i
( ff de
(effet
d la
l taille
ill des
d oeufs???)
f ???)
Des prédictions pour le futur
Il existe à la fois des éléments climatiques qui favorisent et qui
nuisent à la dynamique des populations des principaux
défoliateurs
Les raisons expliquant le déclenchement des infestations restent
eencore
co e nébuleuses
ébu euses et ce dans
da s u
un systè
systèmee sa
sanss réchauffement
éc au e e t
climatique
Il y aura des problèmes mais lesquels?
?
Réflexions
Devant la cheminée d’usine, crachant en
permanence des colonnes de fumée dans la
campagne… j’ai ressenti indignation et colère.
Pourtant du haut de notre confort et de notre
sensibilité
ibilité écologique,
é l i
nous oublions
bli
f il
facilement
t
l’envers de la médaille. L’usine fait vivre le village
qu’elle inonde de sa suie. Pendant les grandes
famines médiévales, le ciel était propre et la
campagne non polluée (Reeves 1990).
C’est la première fois dans la jeune histoire de notre
planète, qu’un ravageur est conscient de l’impact
d ses propres actions.
de
ti
Remerciements
Laboratoire d’entomologie forestière
Sophie Rochefort
Sophie Rochefort
Rosemarie Vallières
Éric Bauce
Martin Charest
Martin Charest
Paule Huron
Étudiants
IIsabelle Mercier
b ll M i
Francis Desjardins
Marie‐Ly Fontaine
Julie Poulin
Julie Poulin
Catherine Dion
Francis Grenier
Mathilde Maïsano
Mathilde Maïsano
Laurence Saucier
Obstinations et révision
Nathalie Desrosiers
Claudette Bernier
MRNF
Guy Rhéaume
Louis Morneau
Louis Morneau
Jocelyn Lebel
Louis Harvey
Lisette Durocher
Lisette Durocher
Yvon Therrien
Ressources naturelles Canada ‐CFL
Christian Hébert
Christian Hébert
Yves Dubuc
SOPFIM
Alain Dupont
l
AAC Yves Castonguay
Annick Bertrand
Pour plus d’information consulter:
www.consortiumifor.ulaval.ca
Lambdina athasaria: Changements climatiques?
Écologie saisonnière
Écologie saisonnière
Mai
Juin
Juil.
Août
Sept.
Oct.
Nov.
Déc.
Livrée des forêts
Janv.
Fév.
Mars
Avr.
Larves pharates
Tordeuse des bourgeons de l’épinette
Larves de deuxième stade (L2)
Arpenteuse de la pruche
Oeufs
Larves
Chrysalides
Adultes
Œufs