Caractérisation des variations saisonnière et spatiale des éléments nutritifs et de la prise de l'azote dissous dans l’estuaire du fleuve Saint-Laurent

L’eutrophisation en milieux côtiers et estuariens est souvent reliée à une augmentation des apports en nutriments aux systèmes stimulant leur productivité et représente, à ce jour, l’un des plus gros enjeux associés aux impacts de la pollution par les activités anthropiques. Le Saint-Laurent, considéré comme l’un des plus grands systèmes hydrographiques au monde, fait désormais l’objet d’études cherchant à mieux comprendre les causes du développement d’une zone hypoxique (i.e. zone déficitaire en oxygène dissous) en eau profonde au niveau de son estuaire. Deux grandes causes principales pourraient expliquer cette diminution d’oxygène : une variation au niveau des températures et des teneurs en oxygène des courants de l’Atlantique ainsi qu’une augmentation de la demande en oxygène expliquée par la décomposition de la matière organique. Dans ce contexte, l’objectif principal de ce projet est de caractériser la répartition spatiale et saisonnière des éléments nutritifs de l’estuaire moyen et maritime, entre la ville de Québec et Pointe-des-Monts. Les données recueillies sont issues d’expéditions en mer menées au cours des quatre saisons entre l’automne 2017 et l’été 2019. Des incubations avec enrichissement de nitrate, d’ammonium ou d’urée marqué au ¹⁵N ont également été effectuées à différents points de l’estuaire afin de quantifier et de caractériser la prise d’azote par le phytoplancton. Les résultats indiquent la présence de gradients spatiaux dans les concentrations de nutriments associés à la zone de transition entre la portion d’eau douce et d’eau salée de l’estuaire. Les secteurs de Québec et de l’estuaire moyen présentent une variation saisonnière importante largement associée aux apports provenant de la portion fluviale du fleuve. Les données printanières suggèrent également que les concentrations de surface en nitrate de l’estuaire maritime sont influencées par la propagation des concentrations élevées observées en amont. Les ratios azote:phosphore (N:P) inorganiques dissous indiquent que la région de Québec est passée d’une limitation en phosphore à une limitation en azote depuis les années 1970. Les taux maximaux de prise d’azote par le phytoplancton ont été mesurés dans le secteur de Québec et de l’estuaire moyen au cours des quatre saisons. La contribution relative des différentes formes d’azote indique que le nitrate et l’ammonium sont préférés à l’urée quelle que soit la position dans l’estuaire. Ces travaux, qui pourront désormais servir de référence, permettent une meilleure compréhension de la dynamique des nutriments dans l’estuaire du Saint-Laurent.Eutrophication in coastal and estuarine environments is often linked to an increase in nutrient inputs to ecosystems, stimulating their productivity and, to date, represents one of the biggest issues associated with the impacts of pollution from anthropogenic activities. The St. Lawrence System is considered one of the largest hydrographic systems in the world and is now the subject of studies that are looking into the causes of the development of a hypoxic zone (i.e. a zone lacking in dissolved oxygen) in the deep waters of its estuary. Two main causes have been identified to explain this decrease in dissolved oxygen: a variation in water temperature and oxygen levels in the Atlantic currents, and an increase in oxygen demand due to the decomposition of organic matter. In this context, the main objective of this project is to characterize the spatial and seasonal distribution of nutrients in the Upper and Lower Estuaries, between Quebec City and Pointe-des-Monts. The data has been collected on expeditions conducted in all four seasons between fall 2017 and summer 2019. Incubations with enrichment of ¹⁵N-labelled nitrate, ammonium or urea were also carried out at various stations in the estuary to quantify and characterize nitrogen uptake by phytoplankton. The results indicate the presence of spatial gradients in nutrients concentrations associated with the transition zone between the freshwater and marine portions of the estuary. The Quebec City and Upper Estuary sectors show significant seasonal variation largely associated with inputs from the upstream river. The spring data also suggest that surface nitrate concentrations in the Lower Estuary are influenced by the spread of high concentrations observed upstream. Dissolved in organic nitrogen:phosphorus ratios indicate that the Quebec City area has undergone a transition from phosphorus to nitrogen limitation since the 1970s. Maximum nitrogen uptake rates by phytoplankton were measured in the Quebec City area and the Upper Estuary in all four seasons. The relative contribution of the different forms of nitrogen indicates that nitrate and ammonium are preferred to urea regardless of position in the estuary. This work, which can now be used as a reference, provides a better understanding of the dynamics of nutrients in the St Lawrence Estuary