Interactions entre processus écosystémiques et populationnels S. Barot IRD, UMR 7618 http://millsonia.free.fr/

Idée générale Ecologie fonctionnelle Ecologie des populations MO N min Exemple du recyclage des nutriments Nombre d’individus Fécondité, survie L3 ENS, Introduction, Barot

Plan  Principe général  Exemple des savanes  Exemple des plantes légumineuses  Effets des vers de terre sur les plantes  Conclusion L3 ENS, Introduction, Barot

Principe général L3 ENS, Introduction, Barot

Comment prédire la composition de la communauté? Comment prédire la nombre d’espèces? Comment prédire la production végétale totale? L3 ENS, Introduction, Barot

Répartition des ressources Lumière Eau Nutriments L3 ENS, Introduction, Barot

Répartition des biomasses Lumière Biomasses Eau Nutriments Quels mécanismes déterminent la répartition des ressources? Problème de la coexistence? L3 ENS, Introduction, Barot

Stratégie d’acquisition des ressources Exemple des systèmes racinaires Physico-chimie Taille % de la ressource accaparé Densité Profondeur Ressource totale Répartition de la ressource Notion de stratégie d’allocation des ressources L3 ENS, Introduction, Barot

Passage à la seconde génération? Biomasses t Biomasses t+1 ??? Pas de prédiction directe! Passage par la démographie Biomasses t Biomasses t+1 FéconditéXgermination L3 ENS, Introduction, Barot

Déterminants de la fécondité Biomasse ou qut de ressource accaparée Un cas extrême Notion de stratégie d’allocation des ressources L3 ENS, Introduction, Barot

Schéma général L3 ENS, Introduction, Barot Disponibilité des ressources Biomasse relative de chaque espèce Stratégie pour accaparer Les ressources Stratégie d’allocation des ressources Stratégie globale d’allocation Survie des adultes Fécondité Nombre relatif d’individus dans la communauté à la génération suivante L3 ENS, Introduction, Barot

Exemple des savanes L3 ENS, Introduction, Barot

Définition? L3 ENS, Introduction, Barot

Répartition des ressources? Coexistence? Répartition des ressources? L3 ENS, Introduction, Barot

Répartition des ressources a priori inéquitable Lumière Système aérien Système racinaire L3 ENS, Introduction, Barot

 La répartition des ressources semble favoriser les arbres Pourquoi les arbres n’envahissent ils pas la savane? L3 ENS, Introduction, Barot

Comment expliquer le maintient de l’herbe? 2 stratégies démographiques différentes Pérenne Reproduction végétative et sexuée Reproduction plus précoce Pérenne Reproduction sexuée L3 ENS, Introduction, Barot

Réaction aux perturbations Feu Herbivores Les herbes repoussent chaque année à partir du système racinaire Le arbres peuvent rejeter et développer de nouvelles branches Mais … L3 ENS, Introduction, Barot

Réaction aux perturbations  Le feu et les herbivores augmentent la mortalité des plantules  Le feu et les herbivores maintiennent les arbres au stade ‘‘rejet’’, les empêchent de se reproduire   Limitent la démographie des arbres L3 ENS, Introduction, Barot

Exemple des plantes légumineuses L3 ENS, Introduction, Barot

Limitation de la production primaire par l’azote  Ajouter de l’azote minéral augmente presque toujours la croissance végétale  Quelles sont les sources d’azote minéral pour les écosystèmes naturels? Azote atmosphérique Azote de la MO du sol? Azote minéral du sol? Fixation par des bactéries L3 ENS, Introduction, Barot

Cas des légumineuses Indépendant pour l’azote Dépend de l’azote du sol Fixation symbiotique L3 ENS, Introduction, Barot

Cas des légumineuses Fixation symbiotique Dépend de l’azote du sol Indépendant pour l’azote Dépend de l’azote du sol Bon compétiteur pour l’azote du sol Mauvais compétiteur pour l’azote du sol Gagne la compétition quand le sol est pauvre en azote Gagne la compétition quand le sol est riche en azote L3 ENS, Introduction, Barot

 Coût à la fixation symbiotique ? Pourquoi les légumineuses perdent la compétition quand le sol est riche?  Coût à la fixation symbiotique ?  Échelle écologique Nourrir les bactéries symbiotiques  Échelle évolutive Coût d’entretient du système permettant la symbiose Spécialisation symbiose/absorption racinaire L3 ENS, Introduction, Barot

 Effet des légumineuses sur le sol? Notion de rétroaction  Effet des légumineuses sur le sol?  Production d’une litière riche en azote  Enrichissement du sol en azote  Conséquences à long terme? Cycles Temps L3 ENS, Introduction, Barot

Règles de transition  Les plantes fixatrices ne dépendent pas de la disponibilité en azote locale pour leur survie et leur recrutement  Les non- fixatrices peuvent coloniser les fixatrices mais pas l’inverse Mécanisme démographique

pas compte (comme les modèle de type Lotka Volterra). Création d’hétérogénéité spatiale : répartition des plantes, disponibilité de l’azote

Effet d’une augmentation des dépôts azotés (ou apport d’engrais)  Plus il y a d’apports d’azote plus les plantes non-fixatrices se développent  Passer un certain seuil les apports d’azote augmentent la production primaire

 Détermine les propriétés globales de l’écosystème Conclusion  Un processus démographique interagit avec la répartition des ressources  Détermine les propriétés globales de l’écosystème  Cause ultime? =Cause évolutive Pourquoi toutes les plantes n’ont pas évolué la fixation symbiotique? Coût de la fixation? Symbiose difficile à stabiliser? L3 ENS, Introduction, Barot

Conclusion Evolution PP Propriétés des écosystèmes Stratégie d’acquisition des ressources Démographie Densité relative en légumineuses et graminées PP Propriétés des écosystèmes Richesse du sol en azote L3 ENS, Introduction, Barot

Effet des vers de terre sur les plantes L3 ENS, Introduction, Barot

Importance écologique des vers  Vers comme ingénieurs des écosystèmes  Effets sur la croissance des plantes? Effet généralement positif Accélère la minéralisation Production de phytohormones? L3 ENS, Introduction, Barot

De très nombreuses études  Microcosmes  Cours terme  Production de biomasse Est-ce suffisant? Long terme? Démographie des plantes? L3 ENS, Introduction, Barot

 Influencent potentiellement la survie relative des espèces végétales Mécanismes  Influencent la répartition des ressources entre les espèces végétales  Influencent potentiellement la survie relative des espèces végétales  Influencent la fécondité  Influencent la germination Ingestion des graines Enterrent les graines L3 ENS, Introduction, Barot

Effet de 2 groupes fonctionnels de vers sur la démographie de 4 annuelles Thèse de Kam-Rigne Laossi Trifolium dubium Cerastium glomeratum Veronica persicae Poa annua Et 5 espèces végétales Aporrectodea caliginosa (ver endogé) Lombricus terrestris (ver anécique)

Pourquoi peut on penser que différentes plantes répondent différemment aux vers? Pourquoi peut on penser que différents vers auront des effets différents? L3 ENS, Introduction, Barot

Résultats Biomasse aérienne L3 ENS, Introduction, Barot

Résultats L3 ENS, Introduction, Barot

Résultats L3 ENS, Introduction, Barot

Bilan: Surtout effet de LT Ressources 10 b 8 6 4 % of variation in number of seedlings 2 TD PA CG VP -2 -4 -6 Démographie L3 ENS, Introduction, Barot

 Effet démographique positif Surtout sur la fécondité Interprétation  Effet principal des vers = minéralisation Peu d’effet sur la biomasse des légumineuses  Effet démographique positif Surtout sur la fécondité Mécanismes?  Autres mécanismes d’action des vers? Stratégie d’allocation? L3 ENS, Introduction, Barot

Interprétation L3 ENS, Introduction, Barot

Conséquences sur les cycles légumineuses-graminées? Sans vers de terre Temps Avec vers de terre Temps L3 ENS, Introduction, Barot

Conclucion L3 ENS, Introduction, Barot

 Interaction constante entre processus fonctionnels et démographie  L’évolution façonne ces interactions en aboutissant à des stratégies d’allocation  Notion de trade-off Pas de démon darwinien Pas de stratégie parfaite en toute circonstance Diversification des stratégies L’évolution façonne les propriétés des écosystèmes L3 ENS, Introduction, Barot