Effets combinés des changements climatiques et des changements d’utilisation des sols sur les populations de moustiques en Ontario

Abstract

The entomological context in Canada is undergoing significant transformations, marked by an increase in mosquito species over the last decade, bringing the total to approximately 80. Among these species, a minority pose a significant risk to public health due to their ability to transmit disease agents, primarily arboviruses in the Canadian context. In recent years, we have witnessed the emergence and re-emergence of human mosquito-borne diseases (MBD), caused by West Nile virus (WNV) and viruses from the California serogroup (CSV), including those of Snowshoe hare (SSHV) and Jamestown Canyon (JCV). Additionally, some diseases that affect mainly animals, like the Eastern equine encephalitis, also remain a concern for public health. These phenomena of emergence and re-emergence are often linked to climate change, which is the most studied and best-documented factor to date. However, other elements, such as land use, though less popularized, have also had scientific interest in recent years, highlighting the complexity of the issue and the importance of considering a broader range of variables in modeling mosquito populations and MBDs. Existing literature abounds with studies analyzing the separate impacts of climate or land use on mosquito populations, but the joint consideration of these two factors has rarely been addressed, particularly in the context of Canada. This gap underscores the need for investigations that explore the combination of climatic conditions and land use for a more comprehensive understanding of their influence on mosquito population dynamics. Our study aims to bridge this gap by examining specifically Eastern Ontario. First, our research used entomological data collected in the Greater Ottawa area between 2017 and 2018 to assess whether integrating land use improves understanding of observed variations in mosquito species occurrence and abundance. This involved correlating entomological data with Daymet weather data and annual crop inventory information for the same period. We analyzed two types of models: one considering only weather variables, and other including both weather and land use variables. Results highlighted the importance of considering land use, and its impact varied by species, underscoring the need to adjust models according to the species being studied. Our results have also highlighted unexplained variance, indicating that factors not considered in our study could influence the outcomes. We then extended our study area to Eastern Ontario, where we developed and modeled land use scenarios suited to the ecology of mosquitoes. The Dyna-CLUE model was used to simulate these land use scenarios until 2070, based on historical trends. We proposed five scenarios reflecting different levels of urbanization, agricultural expansion, and the conservation of natural areas. The results showed a good match between predicted and observed maps in 2020, predicting significant changes by 2050, and notable deforestation by 2070. These scenarios, developed to be combined with climate projections, were used to estimate mosquito populations. Finally, our focus shifted to Culex pipiens-restuans abundance, the main vector for WNV in the region, and to mosquito diversity, as a more general indicator of species. For this phase, the study period covered 2002 to 2020, and the study area was Eastern Ontario. The objective was to determine how Cx. pipiens-restuans abundance and mosquito diversity would evolve in the future in response to climate and land use changes. For this purpose, the previously developed and modeled land use scenarios were integrated with climate scenarios to carry out projections. Results demonstrated that land use is a relevant factor for predicting Cx. pipiens-restuans abundance. As for mosquito diversity, only the impact of climate changes proved to be decisive. Our analyses also revealed a characteristic spatial pattern of the regional landscape, showing stability in western natural areas compared to more pronounced changes in the east, more affected by human activities. Our results suggest that incorporating land use enhances our understanding of the spatio-temporal dynamics of mosquito populations. They also shed light on human activities as a factor facilitating changes in mosquito populations, thereby impacting disease transmission. This study underscores the significant role of land use and climatic conditions in the dynamics of mosquito populations, highlighting the impact of human activities on MBD transmission. Our findings emphasize that preserving natural habitats could be an effective strategy to mitigate the effects of climate change and reduce the risks associated with vector-borne diseases, adapting to changing environmental realities. Le contexte entomologique au Canada connaît une transformation notable avec une augmentation du nombre d'espèces de moustiques recensées au cours de la dernière décennie, portant leur total à environ 80 à ce jour. Parmi ces espèces, une minorité représente un risque pour la santé publique en raison de leur capacité à transmettre des agents infectieux, principalement des arbovirus dans le contexte canadien. Au cours des dernières années, nous avons assisté à l'émergence et à la réémergence de maladies humaines transmises par les moustiques (MTM), telles que le virus du Nil occidental (VNO) et les virus du sérogroupe Californie (VSC), y compris ceux de Snowshoe hare (VSSH) et de Jamestown Canyon (VJC). Par ailleurs, certaines maladies affectant principalement les animaux, comme le virus de l'encéphalite équine de l'Est (VEEE), restent également préoccupantes pour la santé publique. Ces phénomènes d’émergence et de réémergence sont souvent associés aux changements globaux et climatiques, qui constituent le facteur le plus étudié et le mieux documenté à ce jour. Cependant, d'autres facteurs tels que l'utilisation des sols, parmi d'autres facteurs moins populaires, ont également éveillé l'intérêt de la communauté scientifique ces dernières années, soulignant la complexité de la problématique et l'importance de considérer un éventail plus large de variables dans l’étude des moustiques et des MTM. La littérature existante présente une panoplie d'études analysant séparément les impacts du climat ou de l'utilisation des sols sur les populations de moustiques, mais la considération conjointe de ces deux facteurs est rarement abordée, en particulier en ce qui concerne le Canada. Cette lacune souligne le besoin d'investigations qui explorent la combinaison des conditions climatiques et d'utilisation des sols pour une compréhension plus complète de leur influence sur les dynamiques des populations de moustiques. Notre étude vise à pallier cette lacune en prenant spécifiquement pour cas d'étude l'est de l'Ontario. D’abord, notre étude a utilisé des données entomologiques recueillies dans la grande région d'Ottawa entre 2017 et 2018, pour évaluer si l'intégration de l'utilisation des sols améliore la compréhension des variations de présence et d'abondance des espèces de moustiques dans cette zone. Pour cela, nous avons mis en relation ces données entomologiques avec les données météorologiques de Daymet et les informations des inventaires annuels des cultures de la même période. Nous avons analysé deux types de modèles : l'un considérant uniquement les variables météorologiques, et l'autre incluant à la fois les variables météorologiques et d'utilisation des sols. Les résultats ont mis en évidence l'importance de considérer l'utilisation des sols, révélant un impact variant selon les espèces. Ceci souligne la nécessité d'ajuster les modèles en fonction des espèces étudiées. Nos résultats ont également mis en évidence une part de variance non expliquée, indiquant que d’autres facteurs non considérés dans notre étude pourraient influencer les résultats. Nous avons ensuite étendu notre zone d'étude à l'est de l'Ontario, où nous avons développé et modélisé des scénarios d'utilisation des sols adaptés à l'écologie des moustiques. Le modèle Dyna-CLUE a été utilisé pour simuler ces scénarios d'utilisation des sols jusqu'en 2070, en se basant sur des tendances historiques. Nous avons proposé cinq scénarios reflétant l'urbanisation, l'expansion agricole et la conservation des espaces naturels. Les résultats ont montré une concordance entre les cartes réelles et celles prédites de 2020 et prévoient des changements importants d'ici 2050, ainsi qu’ne déforestation notable d'ici 2070. Ces scénarios, développés pour être combinés avec des projections climatiques, serviront à prédire les populations de moustiques, sujet que nous aborderons ci-après. Finalement, notre attention s'est concentrée spécifiquement sur l'abondance de Culex pipiens-restuans, vecteur du VNO dans la région, et sur la diversité des moustiques, en tant qu'indicateur plus généraliste des espèces. Cette phase de l’étude a couvert la période de 2002 à 2020 et s’est focalisée sur la région de l’est de l’Ontario. L'objectif était de déterminer comment l’abondance de Cx. pipiens-restuans et la diversité des moustiques évolueraient dans le futur en réponse aux changements climatiques et à l'utilisation des sols. Pour ce faire, les scénarios d'utilisation des sols développés et modélisés précédemment ont été intégrés à des scénarios climatiques pour réaliser des projections. Les résultats ont démontré que l'utilisation des sols était un facteur pertinent pour prédire l'abondance de Cx. pipiens-restuans. En ce qui concerne la diversité des espèces, seul l'impact des changements climatiques s'est avéré déterminant. Nos analyses ont aussi mis en évidence un modèle spatial caractéristique du paysage régional, montrant une stabilité dans les zones naturelles de l'ouest face à des changements plus prononcés dans l'est, plus affecté par les activités humaines. Nos résultats suggèrent que l'intégration de l'utilisation des sols enrichit notre compréhension de la dynamique spatio-temporelle des populations de moustiques. Ils mettent en lumière l'influence des activités humaines comme un élément favorisant les changements des populations de moustiques, impactant ainsi la transmission des MTM. Cette étude met en lumière le rôle pertinent de l'utilisation des sols et des conditions climatiques dans la dynamique des populations de moustiques, soulignant l'impact des activités humaines sur la transmission des maladies vectorielles. Nos conclusions soulignent que la préservation des habitats naturels pourrait être une stratégie efficace pour atténuer les effets des changements climatiques et réduire les risques liés aux maladies à transmission vectorielle, en s'adaptant aux réalités environnementales changeantes.