Les transformations microbiennes de l’azote dans les grandes rivières

Les rivieres recoivent de l'azote de leurs bassins versants et elles constituent les derniers sites de transformations des nutriments avant leur livraison aux zones cotieres. Les transformations de l’azote inorganique dissous en azote gazeux sont tres variables et peuvent avoir un impact a la fois sur l’eutrophisation des cotes et les emissions de gaz a effet de serre a l’echelle globale. Avec l’augmentation de la charge en azote d’origine anthropique vers les ecosystemes aquatiques, les modeles d’emissions de gaz a effet de serre predisent une augmentation des emissions d’oxyde nitreux (N2O) dans les rivieres. Les mesures directes de N2O dans le Lac Saint-Pierre (LSP), un elargissement du Fleuve Saint-Laurent (SLR) indiquent que bien qu’etant une source nette de N2O vers l'atmosphere, les flux de N2O dans LSP sont faibles compares a ceux des autres grandes rivieres et fleuves du monde. Les emissions varient saisonnierement et inter-annuellement a cause des changements hydrologiques. Les ratios d’emissions N2O: N2 sont egalement influences par l’hydrologie et de faibles ratios sont observes dans des conditions de debit d'eau plus elevee et de charge en N eleve. Dans une analyse effectuee sur plusieurs grandes rivieres, la charge hydraulique des systemes semble moduler la relation entre les flux de N2O annuels et les concentrations de nitrate dans les rivieres. Dans SLR, des tapis de cyanobacteries colonisant les zones a faible concentration de nitrate sont une source nette d’azote grâce a leur capacite de fixer l’azote atmospherique (N2). Etant donne que la fixation a lieu pendant le jour alors que les concentrations d'oxygene dans la colonne d'eau sont sursaturees, nous supposons que la fixation de l’azote est effectuee dans des micro-zones d’anoxie et/ou possiblement par des diazotrophes heterotrophes. La fixation de N dans les tapis explique le remplacement de pres de 33 % de la perte de N par denitrification dans tout l'ecosysteme au cours de la periode d'etude. Dans la portion du fleuve Hudson soumis a la maree, la denitrification et la production de N2 est tres variable selon le type de vegetation. La denitrification est associee a la dynamique en oxygene dissous particuliere a chaque espece durant la maree descendante. La production de N2 est extremement elevee dans les zones occupees par les plantes envahissantes a feuilles flottantes (Trapa natans) mais elle est negligeable dans la vegetation indigene submergee. Une estimation de la production de N2 dans les lits de Trapa durant l’ete, suggere que ces lits representent une zone tres active d’elimination de l’azote. En effet, les grands lits de Trapa ne representent que 2,7% de la superficie totale de la portion de fleuve etudiee, mais ils eliminent entre 70 et 100% de l'azote total retenu dans cette section pendant les mois d'ete et contribuent a pres de 25% de l’elimination annuelle d’azote. Rivers receive nitrogen (N) from their watershed and are the final sites of nutrient processing before delivery to coastal waters. Transformations of dissolved inorganic N (DIN) to gaseous N are highly variable and can impact both coastal eutrophication and greenhouse gas emissions. With anthropogenic N loading to aquatic ecosystems on the rise, nitrous oxide (N2O) emission from rivers should increase. Direct measurements of N2O from lake St. Pierre (LSP), an enlargement of the St. Lawrence River (SLR) indicate that although LSP is a net atmospheric source of N2O to the atmosphere fluxes are low compared to others rivers. Emissions are seasonally and inter-annually highly variable due to changes in hydrological conditions. N2O: N2 is also influenced by hydrology and lower ratios are observed in conditions of higher water discharge and elevated N charge into the ecosystem. In a cross system analysis, hydraulic load mitigates the relation between annual N2O flux and nitrate concentrations in rivers. In SLR, cyanobacterial mats colonizing low nitrate areas are a net source of N with high negative di-nitrogen (N2) fluxes. Given that fixation occurred during daylight and that oxygen concentrations in the water column were supersaturated, we hypothesize that N2 fixation is performed by the dominant cyanobacteria in anoxic micro-zone of the mat and/ or possibly by heterotrophic diazotrophs. Our estimates indicate that N fixation in the mats account for the replacement of up to 33% of the N loss via denitrification in the entire ecosystem during the study period. In the tidal Hudson River N2 production is highly variable between vegetated shallows and was associated with species-driven differences in dissolved oxygen (DO) dynamics during the ebb tide. N2 production was extremely high in invasive floating-leaved plants (Trapa natans) but was insignificant in submersed native vegetation. An estimate of summertime N2 production in Trapa beds suggests that these beds are a major seasonal hotspot for N removal. Large Trapa beds represent only 2.7% of the total area of the tidal Hudson but they remove between 70 and 100% of the total N retained in this section of the river during summer months and contribute to as much as 25% of the annual N removal.