Traits fonctionnels des arbres : de la plasticité intraspécifique aux effets de leur diversité sur le fonctionnement de l'écosystème

Garbe, Cornelia Marie (2014). « Traits fonctionnels des arbres : de la plasticité intraspécifique aux effets de leur diversité sur le fonctionnement de l'écosystème » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en sciences de l'environnement.

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Résumé

Depuis la fin du 20ème siècle, la prise de conscience de l'effritement sans précédent du nombre d'espèces a mené les scientifiques à se questionner sur les impacts de la perte de la biodiversité sur le fonctionnement des écosystèmes (FE). Conséquemment, une recherche concertée et systématique a été entreprise afin de comprendre la relation entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes (RBFE). Plus de 20 ans de recherche ont dégagé un consensus associant l'accroissement de la productivité, de la capture des ressources et de la décomposition avec une augmentation de la biodiversité. Les deux mécanismes principaux expliquant cette relation positive sont la complémentarité des niches et l'effet de sélection. Ces deux mécanismes mettent en valeur le rôle fondamental des traits fonctionnels pour expliquer les corrélations sous-jacentes à la RBFE. En particulier, la complémentarité des niches (la plus grande exploitation des ressources due à une plus grande diversité des traits) a été montrée à la base des RBFE positifs et d'augmenter au fil du temps. Souvent utilisée dans l'étude de la RBFE pour mesurer la diversité, la richesse spécifique n'est pas le meilleur prédicteur du FE puisqu'elle suppose que toutes les espèces sont fonctionnellement égales (c.-à-d., l'effet de n'importe quelle espèce est interchangeable avec l'effet de n'importe quelle autre). La diversité fonctionnelle a, quant à elle, montré un meilleur potentiel pour expliquer les RBEF. Par contre, la majorité des recherches sur la RBEF a été fait sur des systèmes herbacés. De plus, les connaissances sur les traits fonctionnels proviennent presque exclusivement des parties aériennes des plantes. Les objectifs principaux de cette thèse étaient de développer la connaissance des RBEF au niveau des communautés d'arbres afin de mieux comprendre les effets de la complémentarité de niche et de la diversité fonctionnelle sur le fonctionnement de ces systèmes. Plus précisément, les objectifs étaient d'améliorer la connaissance des variations racinaires intraspécifiques et interspécifiques, de développer un design expérimental pour tester les effets de la diversité fonctionnelle et déterminer s'il y a présence de complémentarité dans les communautés d'arbres. Le dernier objectif était de mettre en œuvre le design développé pour tester l'effet de la diversité fonctionnelle sur la productivité dans les communautés d'arbres. La thèse est divisée en trois chapitres, traitant chacun un des objectifs. Le premier chapitre analyse deux ensembles de données de traits de racines fines (le diamètre, l'intensité du branchement et la longueur spécifique des racines). Le premier jeu de données compare la corrélation interspécifique de ces traits pour 12 espèces nord-américaines d'arbres cultivées dans des conditions expérimentales contrôlées. Le deuxième jeu de données examine les variations intra-spécifiques pour quatre espèces co-occurrentes selon un gradient de conditions du sol et d'âge des arbres. Entre les espèces, les traits des racines étaient fortement corrélés ce qui supporte les preuves récentes de l'existence d'un spectre des traits racinaires. Pour une même espèce, les variations des traits racinaires dues au sol et à l'âge de la plante sont spécifiques à chaque trait. Des trois traits racinaires, le diamètre est celui qui montre la plus grande plasticité phénotypique et était significativement plus grand dans les sols riches et humides que dans les sols xériques et mésiques. Le deuxième chapitre récapitule et résume les connaissances actuelles sur la RBEF dans les communautés d'arbres et au-delà. Suite à l'identification des avenues de recherche principales au sein des RBEF, le deuxième chapitre propose un système expérimental dont l'objectif est de répondre à ces questions. Le cœur de ce design expérimental est la variation des communautés d'arbres suivant un gradient de diversité fonctionnelle (DF) continu pour tester spécifiquement l'effet de la DF sur le FE et décrire les mécanismes sous-jacents tels que la complémentarité. De plus, le design est très flexible, ce qui permet à chaque site d'explorer simultanément d'autres questions pertinentes. Le troisième chapitre expose les résultats obtenus sur un site expérimental suivant l'approche décrite dans le deuxième chapitre. Des communautés d'arbres très denses variant en termes de DF et de richesse spécifique de façon indépendante ont servi à tester les effets respectifs de ces deux caractéristiques sur la productivité. L'existence de la complémentarité au sein de communautés d'arbres jeunes a aussi été testée dans ce chapitre. Après quatre années de croissance, des effets positifs de la diversité ont été trouvés pour la majorité des communautés testées. Par contre, ces effets sont largement attribuables aux effets de sélection. Quelques espèces décidues à croissance rapide ont clairement surproduit au sein des peuplements mixtes pendant que la plupart des conifères étaient exclus du à la compétition. Les traits fonctionnels expliquant cet effet incluent la longévité des feuilles, la masse de graines et le contenu en azote. Ces traits reflètent les stratégies fondamentales des espèces ayant surproduit. De plus la profondeur des racines et la quantité de ramifications racinaires affectaient significativement la biomasse des arbres et l'effet de la diversité sur la productivité, ce qui pourrait indiquer des ressources limitantes dans le sol. En conclusion, de même que pour les traits des parties aériennes des arbres, la variabilité des traits des racines fines semble être contrainte par des compromis physiologiques. De plus, même s'il est souvent négligé, le diamètre des racines fines pourrait être un meilleur estimateur de changements environnementaux que la longueur spécifique des racines qui est fréquemment utilisée. En ce qui concerne les RBFE, on conclut que même si de grands progrès dans la compréhension des effets de la biodiversité sur le FE ont été atteints, de nombreux liens cruciaux doivent encore être examinés, en particulier pour les écosystèmes dominés par des arbres. Cela est particulièrement vrai pour des paramètres de diversité autres que la richesse en espèces. Malgré la reconnaissance croissante et la compréhension de l'importance de la DF par rapport aux RBFE, seules quelques expériences manipulent DF dans des communautés d'arbres. En outre, les arbres sont des systèmes modèles pour étudier les RBFE offrant de multiples avantages par rapport à d'autres systèmes. Grâce à leur taille et la facilité d'évaluer leur développement sur une base individuelle au fil du temps, les systèmes d'arbres permettent de tester de nouvelles séries de questions. En conséquence, ils rapprochent la science d'une compréhension plus détaillée de la façon dont les individus régulent la coexistence positivement ou négativement. Après avoir présenté l'une des premières expériences testant l'effet de la DF sur la productivité, nous arrivons à la conclusion qu'en général, la diversité influe positivement sur la productivité dans les jeunes communautés d'arbres. Cependant, cet effet est en grande partie dû à des effets de sélection. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : biodiversité et fonctionnement des écosystèmes, arbre, diversité fonctionnelle, complémentarité, dispositif expérimental, plasticité racinaire

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Messier, Christian
Mots-clés ou Sujets: Arbre, Diversité végétale, Écologie des communautés, Écosystème, Interaction biotique, Productivité biologique, Racine (Botanique), Variation (Biologie)
Unité d'appartenance: Instituts > Institut des sciences de l'environnement (ISE)
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 22 déc. 2014 14:57
Dernière modification: 22 déc. 2014 14:57
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/6548

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