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I - Impacts des facteurs écologiques sur la répartition des espèces végétales PowerPoint PPT Presentation


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Plan du COURS. I - Impacts des facteurs écologiques sur la répartition des espèces végétales II - Exemples de réponses des plantes aux contraintes écologiques (Aspect théorique de la réponse aux contraintes) III - Les stratégies fonctionnelles des végétaux : notion de stratégies adaptatives

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I - Impacts des facteurs écologiques sur la répartition des espèces végétales

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Presentation Transcript


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Plan du COURS

I - Impacts des facteurs écologiques sur la répartition des espèces végétales

II - Exemples de réponses des plantes aux contraintes écologiques

(Aspect théorique de la réponse aux contraintes)

III - Les stratégies fonctionnelles des végétaux : notion de stratégies adaptatives

IV - Les successions végétales : relations avec les stratégies fonctionnelles

V - Les invasions biologiques.

VI - Le changement global


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Plan

III - Les stratégies fonctionnelles : notion de stratégies adaptatives

A - Définitions

B - Les stratégies r et K

C - Les stratégies herbacées CSR (modèle de Grime)

D – Le modèle de Tilman


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Plan

III - Les stratégies fonctionnelles : notion de stratégies adaptatives

A - Définitions

B - Les stratégies r et K

C - Les stratégies herbacées CSR (modèle de Grime)

D – Le modèle de Tilman


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

  • Stratégies fonctionnelles :

    Réponses des êtres vivants aux différentes contraintes physiques et biotiques de l’environnement.


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Réponse à la lumière

Aulacomnium

turgidum

Eriophorum

vaginatum

Carex

bigelowii

Réponse à la fertilisation

0

Salix

pulchra

Betula nana

Eriophorum

angustifolium

0

Rubus

chamaemorus

0

Carex

aquatilis

Vaccinium

Vitis-idaea

Empetrum

nigrum

Ledum palustre

Réponse à la température

Chapin & Shaver 1984


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

  • Les Traits fonctionnels(ensemble des caractères morphologiques et

  • physiologiques) constituent la réponse adaptative à ces contraintes écologiques :

  • Ils permettent de définir ces Stratégies.


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

expansion latérale

hauteur

Surface Spécifique Foliaire (SLA)

Structure du couvert

Biomasse

C/N

LDMC

surface foliaire

Agent de dispersion

Production de graines

Masse des graines

Histoire de vie

Forme de vie

Phénologie floraison

Multiplication végétative

Taille des racines

rapport tige/racine

Morphologie

Weiher et al, 1999

Noble & Gitay, 1996

Favarger & Robert, 1995

Raunkiaer, 1905

Stratégies de gestion des ressources

Traits de régénération


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

TraitFonction

Masse de la graine etCapacité de dispersion, longévité de la banque

type de dispersionde graines, faculté d’installation

Histoire de vieTolérance de la perturbation

Aptitude au marcottageCapacité de colonisation

Clonalité, biomasseAcquisition de l’espace

HauteurAptitude à la compétition

SLA, LDMCCroissance, plasticité

Durée de vie des feuillesConservation des nutriments

Signification fonctionnelle des traits des végétaux

Weiher et al. 1999


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Les êtres vivants sont soumis à la règle du compromis entre traits (trade-off):

l’investissement dans une fonction et donc un trait se fait nécessairement aux

dépens des autres traits et fonctions.


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Biomasse

+

Espèce 1

Espèce 3

-

+

Espèce 2

+

Ressource B

(Azote)

-

-

Ressource A (Lumière)

Notion de Trade-off (Huston et Smith, 1989)


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Plan

III - Les stratégies fonctionnelles : notion de stratégies adaptatives

A - Définitions

B - Les stratégies r et K

C - Les stratégies herbacées CSR (modèle de Grime)

D – Le modèle de Tilman


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Modèle de stratégies r/K

Mc Arthur & Wilson 1967

A

Stratégie r

Taux d’accroissement

B

Stratégie K

B

A

Densité de population


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Espèces dispendieuses

( r )

Espèces conservatrices

( K )

Populus

Betula

Picea

Thuya

Forêts boréales

Reich et al. 1998a

Perturbation

Lumière

Nutriments

Stress

Compétition

Eau

Trouée

Forêt mature


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

200

800

25% lumière

5% lumière

25% lumière

5% lumière

150

600

Taux de croissance (mg/g/J)

100

SLA (cm2/g/g/J)

400

50

200

0

0

Espèces dispendieuses

( r )

Espèces conservatrices

( K )

Populus

Betula

Picea

Thuya

Tolérance à l’ombre

Forêts boréales

Reich et al. 1998a

Masse des graines

Longévité

Taux de croissance et SLA

Durée de vie des feuilles

Conservation des nutriments


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Forêt mature (espèce K)

Les espèces dispendieuses

disparaissent

Trouée

Lumière

Nutriments

Décomposition

de la litière

Bormann & Likens 1979

Les espèces conservatrices

atteignent la canopée

Colonisation et croissance

des espèces dispendieuses (espèce r)

Dominance des espèces dispendieuses


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Modèle réductionniste: importance de l’histoire et du hasard

1

2

3

4

5

Modèle de tolérance

Performance

6

Modèle d’inhibition

Temps

Toutes les espèces peuvent se développer au début de la succession, sauf en cas

d’inhibition, car un environnement neuf est à priori conçu comme toujours favorable.

La succession des espèces ne dépend que de leur aptitude à la colonisation et

de leur aptitude à tolérer la compétition (pour la lumière et les nutriments).

L’environnement est à priori homogène (un seul habitat) et ce sont les espèces qui

créent une hétérogénéité abiotique intra-communautaire et donc la diversité des niches.


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Plan

III - Les stratégies fonctionnelles : notion de stratégies adaptatives

A - Définitions

B - Les stratégies r et K

C - Les stratégies herbacées « C » « S » « R » (modèle de Grime)

D – Le modèle de Tilman


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Perturbation

Stress

Grime, 1977


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Grime 1974

C

Indice morphologique

= (a + b + c)/2

a = hauteur (1-10)

b = largeur (1-5)

c = épaisseur de la litière (1-5)

S

R

Taux de croissance maximal

(RGR max)

Le Stress apparaît dans les sites infertiles,

où la baisse de la productivité est déterminée par

Froid

Sécheresse

Ombre

Oligotrophie

Sempervirence

Faible taille

Faible aptitude à

la compétition


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

herbivores

pathogènes

anthropique

climatique

feux

érosion

La Perturbation est un changement

souvent brutal affectant une

communauté et entraînant

la destruction partielle ou totale

de la biomasse végétale

Elle peut être

d’origine diverse,

biotique ou physique

Grime 1974

C

Indice morphologique

= (a + b + c)/2

a = hauteur (1-10)

b = largeur (1-5)

c = épaisseur de la litière (1-5)

S

R

Taux de croissance maximal

(RGR max)


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Grime 1974

Stratégies principales et intermédiaires

100

C

25

75

50

50

C-S

C-R

C-S-R

75

25

R

S

S-R

100

25

100

75

50


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Position des différents types biologiques dans le triangle de Grime

C

C

C

R

S

S

R

R

S

Herbacées vivaces

Annuelles

Bisannuelles

C

C

C

R

S

R

S

R

S

Arbustes

Lichens

Bryophytes

Grime 1979


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Taux de croissance maximal (RGR)

de quelques types biologiques

2.5

2

Annuelles

Herbacées vivaces

1.5

Bis-

annuelles

1

Espèces ligneuses

0.5

toutes

autres

toutes

autres

toutes

sempervirentes

Fabacées

décidues

Poacées

Poacées

Grime & Hunt 1975


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Relation entre biomasse des communautés et richesse spécifique

Modèle « en dos de chameau »

Nombre d’espèces

C

S + R

autres

espèces

stress et/ou perturbation

biomasse


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Plan

III - Les stratégies fonctionnelles : notion de stratégies adaptatives

A - Définitions

B - Les stratégies r et K

C - Les stratégies herbacées CSR (modèle de Grime)

D – Le modèle de Tilman

E – Autres stratégies


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Tilman 1982

Compétiteur

pour la lumière

Allocation aérienne

Grime 1974

C

Allocation vers la

reproduction

S

R

Allocation souterraine

Compétiteur

pour les nutriments


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

1.0

0.8

0.6

Abondance relative du vainqueur prédit

0.4

0.2

0.0

0.5

1

1.5

Différence relative de R*

Masse racinaire,capacité de prélever l’azote (R*) et aptitude à la compétition pour les nutriments des Poacées de la prairie nord-américaine

0.6

Agrostis

scabra

0.5

0.4

R* (mg-N/Kg sol)

Agropyrum

repens

0.3

Schizachyrium

scoparium

0.2

Andropogon

gerardi

Poa

pratensis

0.1

200

400

600

Masse racinaire (g.m-2 )

Le compétiteur pour les nutriments est une espèce qui, de par son investissement sous-terrrain, a une plus forte aptitude à prélever les nutriments.

Tilman 1988


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

20

0.7

Andropogon

gerardi

Agrostis

scabra

Poa

pratensis

15

0.6

Schizachyrium

scoparium

Temps de colonisation (années)

RGR max

10

0.5

Schizachyrium

scoparium

Poa

pratensis

5

Andropogon

gerardi

0.4

Agropyrum

repens

Agropyrum

repens

Agrostis

scabra

0

0.3

0.2

0.4

0.6

0.2

0.4

0.6

R* (mg-N/Kg sol)

R* (mg-N/Kg sol)

Capacité de prélever l’azote (R*),taux de croissance et aptitude à la colonisation des Poacées de la prairie nord-américaine

En contre-partie, le compétiteur pour les nutriments est une espèce de faible croissance et à faible pouvoir colonisateur.

Tilman 1988


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Trade-off entre la disponibilité en azote et en lumière le long du gradient environnemental dans la prairie et évolution des allocations pour les espèces

50

Schizachyrium

scoparium

Gradient expérimental

2.0

A

40

B

1.6

30

C

Lumière à la surface du sol (%)

Rapport racine / tige

20

D

1.2

F

E

H

10

0.8

G

2

4

6

8

0

600

1200

Azote disponible (mg.kg-1 )

Azote total du sol (mg-N/Kg sol)

Tilman 1988


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

0.8

Schizachyrium

scoparium

0.6

Poa

pratensis

0.4

Proportions

Agropyrum

repens

0.2

0

1

2

5

10

30

Niveau d’azote apporté (g/m2/an)

Expérimentation de compétition entre Poacées dans la prairie nord-américaine


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

25

Poa pratensis

Ambrosia

Schizachyrium

scoparium

20

Agropyrum

repens

15

Agrostis

scabra

Abondances relatives

Andropogon

gerardi

0.8

10

Schizachyrium

scoparium

0.6

5

Erigeron

Rubus sp.

Poa

pratensis

0.4

Proportions

0

10

20

30

40

50

60

Agropyrum

repens

Temps (années)

0.2

0

1

2

5

10

30

Niveau d’azote apporté (g/m2/an)

Confrontation des expérimentations aux patrons de succession des groupes fonctionnels après abandon

Tilman 1988


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Compétition et productivité


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Modèle dynamique (Grime 1974)

Totale

Compétition

Aérienne

Sous-terraine

Productivité

Fertilité des sols

Modèle statique (Tilman 1982)

Aérienne

Compétition

Totale

Sous-terraine


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Résultats des études expérimentales

  • Gradients naturelsCompétition

  • Gradients experimentauxCompétition

Del Moral 1983Dynamique

Gurevitch 1986Dynamique

Wilson and Keddy 1986Dynamique

Reader and Best 1989Dynamique

MacGraw and Chapin 1989Dynamique

Pennings and Callaway 1992Dynamique

Reader et al. 1994Statique

Belcher et al. 1995Statique

Kadmon 1995Dynamique

Greenlee and Callaway 1996Dynamique

Twolan-Strutt and Keddy 1996Dynamique

Foster 1999Dynamique

Gerdol et al. 2000Dynamique

Choler et al. 2001Dynamique

Pugnaire and Luque 2001 Dynamique

Callaway et al. 2002Dynamique

Wilson and Shay 1990 Statique

Di Tommasso and Aarssen 1991 Statique

Wilson and Tilman 1991 Statique

Campbell and Grime 1992 Statique

Kadmon 1995 Dynamique *

Peltzer et al. 1998 Statique

Davis et al. 1998 Décroissance *

Cahill 1999 Statique

Brown and Archer 1999 Statique

Novoplansky and Goldberg 2001 Statique *

Corcket et al. 2003 Dynamique *

* Manipulation de l’eau

Nécessité de différencier les gradients de productivité déterminés seulement par

l’azote de ceux déterminés également par l’eau.


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

La durée de vie des feuilles


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Relation durée de vie

des feuilles et fertilité

pour les Poacées

Relation durée de vie

des feuilles et stress

pour les Poacées

Ryser & Urbas 2000


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Relation durée de vie des

feuilles et perturbations

pour les Poacées

Relation durée de vie des

feuilles et SLA

pour les Poacées

Ryser & Urbas 2000


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Plan

III - Les stratégies fonctionnelles : notion de stratégies adaptatives

A - Définitions

B - Les stratégies r et K

C - Les stratégies herbacées CSR (modèle de Grime)

D – Le modèle de Tilman

E – Le modèle de Taylor et al.

E – Autres stratégies


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Le modèle de Rameau


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Stratégies des essences forestières européennesRameau 1987, Rameau et al. 1989

d’après Oldeman 1983 modifié

Nomades

Acer

Acer

Picea

Picea

Picea

Picea

Pionnières

Post-pionnières

Dryades

Pinus, Quercus, Acer, Ulmus,

Tilla, Carpinus, Fraxinus

Espèces

Fagus, Abies, Picea, Taxus

Betula, Salix, Populus, Alnus

Stratégies

r

r ou K

K

?

Acquisition

des nutriments

?

?

Tolérance

à l’ombre

Taux de

croissance

Hauteur et

longévité

Apparition de

la reproduction

Tolérance

au stress


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Vers un nouveau modèle …

Le modelèle de Michalet


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Compétiteurs

dispendieux

Compétiteurs

conservatifs

Compétition

Stress

Stress physiques

Tolérantes (espèce S)

Tolérance à l’ombre

Conservation des nutriments

Rudérales

Pionnières (espèce R)

Perturbation


I impacts des facteurs cologiques sur la r partition des esp ces v g tales

Expansion latérale

Accumulation de litière

Forte aptitude compétitive

dans les sols infertiles

CC

CD

M = a + b + c

a: hauteur (1-5)

b: expansion latérale (1-5)

c: épaisseur de

la litière (1-5)

Indice morphologique

La compétition peut être

intense dans les environnements

seulement limités en nutriments

S

R

Taux de croissance max (RGR max) ou SLA

Sempervirence

Oligotrophie

Faible taille

Faible aptitude

compétitive

Le stress apparaît dans les envronnements contraints par

Sécheresse

Froid


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