Plus de 20 étudiants gradués -...

Changements climatiques et biologie hivernale des trois plus importants

défoliateurs du Québecdéfoliateurs du Québec

Richard BerthiaumeConsortium de recherche sur les insectes forestiers

Université LavalUniversité 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 hivernaleChangements climatiques et la biologie hivernale

Arpenteuse de la prucheArpenteuse de la pruche

Dendroctone de l’épinetteTelenomus coloradensis

Livrée des forêtsv ée des o ê s

Tordeuse des bourgeons de l’épinette

Pourquoi ces 3 insectes comme modèle?

Importance économique

1er ravageur en importanceLe défoliateur canadienRecrudescence des infestations depuis 200?Recrudescence des infestations depuis 200?L’ampleur des infestations (en terme de superficie)


2ième ravageur en importancePlusieurs infestations depuis 2000Infestations répétées sur la Côte‐NordInfestations répétées sur la Côte NordRapidité de la mortalité lors des infestations (1‐2 ans)

Arpenteuse de la pruche

Li é d f êt

Plus important ravageur des forêts de feuillusRecrudescence des infestations depuis quelques annéesÉrablières dans Lanaudière (production acéricole)

Livrée des forêts

Érablières dans Lanaudière (production acéricole)

T d d b d l’é i ttTordeuse des bourgeons de l’épinette

32 300 722 ha







Li é d f êt


Livrée des forêts


Épidémie récente: > 1 000 000 ha







Li é d f êt


Livrée des forêts


Historique des infestations de livrée des forêts au Québecq Q

Année Nb ha défolié

1 200 000

1 400 000

200820092010

19041008785

600 000

800 000

1 000 000

rfic

ie (h

a)

200 000

400 000

600 000

Supe

r

0

1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Année


Gradient alimentaire

OligophageConifères

PolyphageConifères & Feuillus

OligophageFeuillus

Gradient au niveau des stades diapausants

Oeufs Oeufs avec Larves (L2)larves pharates

Juin - JuilletCycle de vie de l’arpenteuse de la pruche

Larve

Juin - Juillet

Août

Chrysalide

Biologie

1e 2e 3e 4e Xe (dernier)

ghivernale

( )

Oeufs (1 mm)AdulteOeufs (1 mm)

Octobre à Mai Septembre - octobre

Cycle de vie de la livrée des forêts

Juillet

Mai - Juin

LarveJuillet

Chrysalide

BiologieBiologie hivernale

Ad lt

Août à AvrilOeufs

Juillet - AoûtAdultes

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 quin’est pas convaincue qu’il y ait unréchauffement climatique, ou queréchauffement climatique, ou quecelui‐ci soit dû aux activitéshumaines.

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 premierCependant nous oublions souvent que ce n’est pas le premierdans 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

L’ampleur (amplitude) du phénomène reste difficile à prévoir dans le temps

Suppose que le processus est irréversible et qu’il n’y a plus rien à faire…

Lampleur (amplitude) du phénomène reste difficile à prévoir dans le temps

Les modèles sont excessivement complexes et les marges d’erreurs sont

Nous devrons subir les effets

Vision très défaitistep gparfois très variables

Il existe aussi beaucoup de variations entre les différents modèles (scénarios)Par analogie

Vision très défaitiste

D t l dèl t êt til

Dans le dossier des algues bleues: Pour s’adapter nous porterons des scaphandriersDe tels modèles peuvent être utiles pour

comprendre le fonctionnement d’un système, maisles réponses qu’ils donnent ne sont jamaismeilleures que les paramètres introduits au point

scaphandriers

Pierre Dansereau: Si l’homme est responsable desmeilleures que les paramètres introduits au point

de départ.

Si l homme est responsable des changements climatiques, il peut faire quelques chose

Les principaux impact du réchauffement climatique

…le climat du Québec a évolué de façonsignificative. Les températures journalièresmoyennes dans le Sud du Québec ontaugmenté de 0.2oC et 0.4oC pardécennie….

D’une façon générale, le climat seu e aço gé é a e, e c at seréchauffera sur l’ensemble du territoirequébécois, et de façon plus marquée enhiver qu’en été.q

Élévation moyenne des températures

La hausse des températures se manifesteaussi par un raccourcissement de la saisonde gel, l’augmentation du nombre dedegrés‐jours de croissance et la diminutiondu nombre de degrés‐jours de chauffage.

Prolongement de la saison végétative

L’impact du réchauffement climatique en entomologie

Société d’entomologie du Québecil y a 8 ans (2003)

Les modèles climatiques actuels prévoient :

Un prolongement de la saison végétativeetet

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 végétativeUn prolongement de la saison végétative

• La majorité des ravageurs forestiers dans l’Est du pays sont univoltins

Arpenteuse de la pruche SpongieuseTordeuse des bourgeons de l’épinette

Arpenteuse de Bruce 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

Développement rapide≠

Fécondité supérieureou

ill " i "Meilleur "Fitness"en terme de descendants

pour la prochaine générationRégnière 1987

pour la prochaine génération

Exemple: Arpenteuse de la prucheAugmentation de la To entraîne une augmentation de la vitesse

QuébecRimouskiNord

Renards

du développement et une réduction de la fécondité

250

QuébecSawyerville

RenardsBaie-Trinité

150

200

dité

50

100

Féco

nd

*0

50

10 15 20 25 30 35

*

Température oC

► Optimum de la fécondité près de 18oC

► Réduction de la fécondité à 24 et 28oC

Modèle conceptuel de l’impact potentiel du réchauffementProlongement de la saison végétative‐ Prolongement de la saison végétative

‐ Élévation moyenne des températures

Saison de croissance

pulatio

n

pré‐diapausent d’une

pop

p p

velopp

emen

printemps été automne hiverhiver

Dé

Pour faire face à ces importantes modifications environnementales, les espèces devront être capables de s’adapter

La variabilité au sein d’une même espèce est fondamentale

les espèces devront être capables de s adapter

Selon Ruffié (1986) etSchilthui en (2001)

espèce est fondamentale

Schilthuizen (2001):Le polymorphisme génétique et lavariabilité ont permis l’évolution. Sans

i bilité l d i t it étévariabilité, le monde vivant aurait étécondamné à l’immobilisme.

La variabilité permet l’adaptationLa variabilité permet l adaptationdes 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 climatiqueProlongement de la saison végétative‐ Prolongement de la saison végétative

‐ Élévation moyenne des températures


pulatio

n

pré‐diapausent d’une

pop

p p

velopp

emen


Dé

Il existe une certaine variabilité pour compenser les effets potentiellement négatifs durant la saison de croissance

‐ Éclosion retardée des œufsÉclosion retardée des œufs‐ Réduction du développement larvaire et pupal des individus

Arpenteuse de la prucheDate d’éclosion des œufs après des conditions hivernales identiques

156156156

Date d’éclosion des œufs après des conditions hivernales identiques

152

154y = -0.5796x + 134.87

R2 = 0.9727

QuébecSt-Jacques-de-Leeds

Sawyerville

152

154y = -0.5796x + 134.87

R2 = 0.9727


Sawyerville

152

154y = -0.5796x + 134.87

R2 = 0.9727y = -0.5796x + 134.87

R2 = 0.9727R2 = 0.9727


Sawyervilleou

r julien)

148

150

M t

Baie-TrinitéRivière-aux-Renards

ForestvilleRimouski

St-Aubert

148

150

M t


ForestvilleRimouski

St-Aubert

148

150

M t


ForestvilleRimouski

St-Aubert

éclosion

(jo

Variationpossible10 jours

144

146

North ofNathasquan

Nathasquan

Matamec

144

146

North ofNathasquan

Nathasquan

Matamec

144

146

North ofNathasquan

Nathasquan

Matamec

Déb

ut de l’é

142

45 46 47 48 49 50 51 52

142

45 46 47 48 49 50 51 52

142

45 46 47 48 49 50 51 52

D

LatitudeLatitude

Gradient Sud ‐ Nord

Arpenteuse de la prucheVitesse du développement larvaire sous une température constanteVitesse du développement larvaire sous une température constante

4 stades larvaires 5 stades larvaires

y = -2.9131x + 179.35R2= 0.8945

50

)Variation

35

40

ée (j

ours

)Variationpossible17 jours

25

30

Dur

é

2045 46 47 48 49 50 51 52

Latitude

Gradient Sud - Nord

Il existe donc certains mécanismes capables de contrebalancer l’effetIl existe donc certains mécanismes capables de contrebalancer l effet potentiel du réchauffement climatique au courant de la saison de croissance

Implique un déplacement ou une redistribution des populations au niveau continentalprincipalement une migration vers le nord

Toutefois, pour que les communautés forestièressoient capables de «suivre» la vitesse des Chez les insectes: la vitessechangements climatiques, cela impliquerait unevitesse de migration d’environ 10 km par an. Dans lesfaits, la vitesse de migration des arbres est beaucoupl l t tt i t d it d 10 k à 45 k

Chez les insectes: la vitesse pourra‐t‐elle atteindre ce fameux 10 km par année?

C t d é i à l t

plus lente, atteignant des vitesses de 10 km à 45 kmpar siècle (Davis 1981; Birks 1983).

Ce sont des mécanismes à long terme

Pour mesurer l’effet du réchauffement climatique‐ Prolongement de la saison végétative


ion

‐ Élévation moyenne des températures un

e po

pulat

pré‐diapause

ppem

ent d

’u


Dévelo


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’épinetteChez la tordeuse des bourgeons de l épinette

En général, de longues expositions à dehautes températures durant les premiersstades de la diapause augmentent l’intensité

Triglycerides15001500

12501250

10001000

750750

500500/ 100

/ 1

00 la

rvae

larv

ae

aaaa aa

aa

aa aabb

cc

Triglycerides15001500

12501250

10001000

750750

500500/ 100

/ 1

00 la

rvae

larv

ae

aaaa aa

aa

aa aabb

cc

de celle‐ci et réduisent la survie des larves dela tordeuse des bourgeons de l’épinette(Han et Bauce 1997)

Glycogen

July

August

September

October

500500

250250

00

600600

500500

vae

vae

μμg g

aa a

bbcc cc

aabb bb

cc Glycogen

July

August

September

October

500500

250250

00

600600

500500

vae

vae

μμg g

aa a

bbcc cc

aabb bb

cc

Des pertes importantes des réserves delipides et de glycogène étaient reliées à

400400

300300

200200

100100

00

μμg

/ 100

g

/ 100

larv

larv

aa

400400

300300

200200

100100

00

μμg

/ 100

g

/ 100

larv

larv

aa

l’intensité de l’exposition à de hautestempératures durant la période pré‐hivernale(Han et Bauce 1998)

Beginning of diapause End of October

Fig. 2. Changes in energy reserves before the winter season, frombeginning of diapause to the end of October, in four groups of larvaethat 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 followed by Tukey-test P > 0 05)

Beginning of diapause End of October

Fig. 2. Changes in energy reserves before the winter season, frombeginning of diapause to the end of October, in four groups of larvaethat 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 followed by Tukey-test P > 0 05)Significantly different (ANOVA, followed by Tukey-test, P > 0.05).Significantly different (ANOVA, followed by Tukey-test, P > 0.05).

Chez les deux autres espècesChez les deux autres espèces

En 2009 et 2010 : Hiver excessivement doux

Mortalité élevée lors de la génération des cohortes afin d’induire un allongement de l’exposition du stade diapausantd induire un allongement de l exposition du stade diapausant

En 2010 et 2011: Les expérimentations sont en coursp

Générer des scénarios climatiques

Générer des hausses de températures automnales

Chambre de croissance avec variation graduelle de la température

Températures moyennes observées à la station météorologique de Ste‐Foy (Environnement Canada, 2010)

é d d h l l ( ll ) é é d ( b )Périodes de chaleur: canicules (juillet) et étés indiens (octobre) durant cinq jours

Livrée des forêts ‐ Températures journalières maximalesT1 (Témoin) T5T2 T6T3 T7

35

40T3 T7T4 T8

18 28°C

22‐32°C

26‐36°C 22‐32 °C

20

25

30 18‐28°C

14 24°C

14‐22°C10‐18°C

10

15

20 14‐24°C13‐23°C

7 ‐17°C 6‐14°C

10‐18°C

0

5

10 7 ‐17 C

2 ‐10°C

Arpenteuse de la pruche ‐ Températures journalières maximales

T1 (Témoin)

T2

30

35

40T3 T4

20

25

30

10‐18°C

14‐22°C

13‐23°C

51015

6‐14°C7 ‐17°C

05

Août

2 ‐10°C

SeptembreOctobre

Pour chaque traitement et espèce

Périodes (Septembre et Novembre 2010; Janvier et Mars 2011)

Évaluation du contenu des principaux polyols et sucres en lien avec la résistance au froidlien avec la résistance au froidGlycogène, tréhalose, glucose, glycérol, sorbitol et mannitolChromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC)g p p q p ( )

Point de surfusion (passage de l’état liquide à solide + émission de chaleur)(p g q )

Évaluation de la survie hivernale (avril 2011)

Points de surfusion – Livrée des forêts (Saguenay)

‐25Septembre novembre janvier

T1 (Témoin)

°C

‐30

T2T3T4

Canicules(Juillet)

‐35

T5T6 Étés indiens

(Octobre)

‐40

T7T8 Combinaison

( )

‐45

40

** **

45

Canicules effet à court terme (Septembre) : Augmentation point de surfusion

Été i di ff t à l l t (S t b ) Réd ti i t d f iÉtés indiens effet à plus long terme (Septembre) : Réduction point de surfusion

Janvier : Aucun effet

Points de surfusion – Ap Sawyerville‐ Bouleau blanc

Septembre Novembre Janvier°C

‐25

‐30 T1T2T3

T1T2T3 Étés indiensÉtés indiens

‐35T3T4T3T4 (Octobre)(Octobre)

‐40** **

‐45

ÉÉtés indiens : Réduction du point de surfusion

Pour mesurer l’effet du réchauffement climatique‐ Prolongement de la saison végétative


ion

‐ Élévation moyenne des températures un

e po

pulat

L fuse

orte

pré‐diapause

ppem

ent d

’u La fameuse saison morte

La fa

meu

saison

m


Dévelo L s


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 fonctionnementComprendre les mécanismes impliquésMesurer le niveau de variation entre les populations

Pour mieux comprendre la biologie hivernale des 3 espècesPour mieux comprendre la biologie hivernale des 3 espèces

Travaux de laboratoire Taux de survie à différentes températures

Taux de survie avec scénarios climatiquesTaux de survie avec scénarios climatiques

Point de surfusion (supercooling point)

Mesurer les métabolites (glycérol, glucose, etc.)

Travaux de terrain Gradient altitudinal


3 populations

SAB EPB BOP

p p3 essences

Point de surfusion

Absence de variation entre les populations

Métabolites

Sucre dominant tréhalose

Glycérol pratiquement absent

Octobre2009

Décembre2009

Janvier 2010

Peuplier faux‐trembles Bouleau blancLivrée des forêts

‐302009 2009 2010

‐402 populations2 essences

Saguenayen °C

±SE)

Point de surfusion‐50

‐30

Saguenaympé

rature

moyen

ne ±

Point de surfusion

Absence de variation entre les populations

Tem (m

Le glycérol est dominant

Métabolites

‐40Le glycérol est dominant

‐50Outaouais

Épinette blanche Sapin baumier

Octobre2009

Décembre2009

Janvier 2010‐30

Tordeuse des bourgeonsde l’épinette

‐40

C

de l épinette

2 populations2 essences

Saguenay‐50

30ature en °C

nne ±SE)

Point de surfusion

b d i i ‐30

40

Tempé

ra(m

oyenAbsence de variation

entre les populations

‐40

50

Mixte de 3 composésGlycérol

Métabolites

Baie‐Comeau‐50Glycérol

GlucoseTréhalose

Taux de survie à différentes températures et expositions


p p

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

0.30gg

0.30gg

A t d l h y = 0.0123x - 0.374R2= 0.8374

0.25

e (m

m3 )

y = 0.0123x - 0.374R2= 0.8374

0.25

e (m

m3 )


0.20Vol

ume

0.20Vol

ume

Berthiaume 2007

0.1545 46 47 48 49 50 51 52

Latitude

0.1545 46 47 48 49 50 51 52

Latitude

0.220.220.220.22Phénomène connu chezde nombreuses espèces

0.180.18

0.200.20

EEi 0.180.18

0.200.20

EEi

Peu d’étude ontdémontré un lienHarvey 1983


0 140 14

0.160.16

0 140 14

0.160.16direct avec uneaugmentation dela survie

4040 4545 5050 5555 6060 65650.140.14

DEGREES NORTH LATITUDEDEGREES NORTH LATITUDE4040 4545 5050 5555 6060 6565

0.140.14

DEGREES NORTH LATITUDEDEGREES NORTH LATITUDE

la survie

Étudier l’impact de la température sur la survie hi l d diffé t l ti l l d’hivernale de différentes populations le long d’un gradient altitudinal

850 m 700 m550 mMicroclimat

400 m

80 m

550 m

250 mavec

sapinière

80 m

Une élévation de 107 mètres équivaut à 1o de latitudeq

Altitude: 735 mètres

Altitude: 300 mètres


Québec Rivière‐Ouelle Sawyerville

70

80

90y

Effet microclimatique

40

50

60

e survie (%

)

20

30

40

Taux

d

0

10

80 250 550 700 850

Altitude


Altitude

Effet de l’altitude (climat) sur la survie des oeufs


Effet de la taille des oeufs???

Livrée des forêts

100

Outaouais Saguenay

70

80

90

100%)

40

50

60

x de

survie (

10

20

30Taux

0

80 250 550 700Altitude

Effet de l’altitude (climat) sur la survie des larves pharates

Pas d’effet de la populationPas d’effet de la population

Baie Comeau Drumondville Saguenay


70

80

90

Baie‐Comeau Drumondville Saguenay

40

50

60

70

e survie (%

)

10

20

30

40

Taux

de

0

10

80 250 550 700

Altitude

Effet de l’altitude (climat) sur la survie des larves de stade 2

Pas d’effet de la populationPas d effet de la population

Conclusions

Il existe des mécanismes pour contrebalancer les effetspotentiellement négatifs des changements climatiques au niveaudu développement des Lépidoptèresdu développement des Lépidoptères

La vitesse d’adaptation sera‐t‐elle suffisante pour contrebalancerles effets potentiellement négatifs des changements climatiques

L’allongement de la période précédant la diapause (pré diapause)Lallongement de la période précédant la diapause (pré‐diapause)a un effet négatif sur la survie hivernale

Il n’existe pas de différence au niveau des points de surfusion etdes métabolites de réserve entre les différentes populations pourles 3 espècesp

Il existe des différences dans les taux de survie entre lesdiffé l i ( ff d l ill d f ???)différentes populations (effet de la taille des oeufs???)

Des prédictions pour le futur

Il existe à la fois des éléments climatiques qui favorisent et quinuisent à la dynamique des populations des principauxdéfoliateursdéfoliateurs

Les raisons expliquant le déclenchement des infestations restentencore nébuleuses et ce dans un système sans réchauffemente co e ébu euses et ce da s u systè e sa s éc au e e tclimatique

Il y aura des problèmes mais lesquels?Il y aura des problèmes mais lesquels?

??

Réflexions

Devant la cheminée d’usine, crachant enpermanence des colonnes de fumée dans lapermanence des colonnes de fumée dans lacampagne… j’ai ressenti indignation et colère.Pourtant du haut de notre confort et de notre

ibilité é l i bli f il tsensibilité écologique, nous oublions facilementl’envers de la médaille. L’usine fait vivre le villagequ’elle inonde de sa suie. Pendant les grandesfamines médiévales, le ciel était propre et lacampagne non polluée (Reeves 1990).

C’est la première fois dans la jeune histoire de notreplanète, qu’un ravageur est conscient de l’impactd tide ses propres actions.

RemerciementsLaboratoire d’entomologie forestièreSophie Rochefort

MRNFGuy RhéaumeLouis Morneau

Ressources naturelles Canada ‐CFLChristian HébertSophie Rochefort

Rosemarie VallièresÉric BauceMartin Charest

Louis MorneauJocelyn LebelLouis HarveyLisette Durocher

Christian HébertYves Dubuc

SOPFIMl

ÉtudiantsI b ll M i

Martin CharestPaule Huron

Lisette DurocherYvon Therrien

Alain DupontAAC Yves Castonguay

Isabelle MercierFrancis DesjardinsMarie‐Ly FontaineJulie Poulin

Annick Bertrand

Julie PoulinCatherine DionFrancis GrenierMathilde MaïsanoMathilde MaïsanoLaurence Saucier

Obstinations et révisionNathalie DesrosiersClaudette Bernier

Pour plus d’information consulter:

www.consortiumifor.ulaval.ca

Lambdina athasaria: Changements climatiques?

Écologie saisonnièreÉcologie saisonnièreÉcologie saisonnièreÉcologie saisonnière

Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc. Janv. Fév. Mars Avr.

Livrée des forêtsLivrée des forêtsLarves pharates

Tordeuse des Tordeuse des bourgeons de bourgeons de

l’épinettel’épinette Larves de deuxième stade (L2)

Arpenteuse de la Arpenteuse de la pruchepruche Oeufs

LarvesLarves ChrysalidesChrysalides AdultesAdultes ŒufsŒufs

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