Traits fonctionnels : concepts et caractérisation exemples des prairies Marie-Laure Navas, Eric Garnier, Cyrille Violle, Equipe ECOPAR

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1 Traits fonctionnels : concepts et caractérisation exemples des prairies Marie-Laure Navas, Eric Garnier, Cyrille Violle, Equipe ECOPAR Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

2 Diversité spécifique ou fonctionnelle? Combien d espèces? Combien de formes? ou de fonctions? Dürer, La Grande Touffe d Herbe, 1520 Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

3 Espèces vs Traits Espèces Keddy 1992 Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

4 Pourquoi utiliser des traits? Une lecture universelle de la diversité «plus simple» que la diversité floristique Appréhender les interactions entre organismes et milieu Définir les fonctions qui façonnent les réponses des individus aux facteurs du milieu et/ou leurs conséquences sur l écosystème Aller du fonctionnement de l organisme à celui de la communauté puis de l écosystème Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

5 Traits et fonctions Fonctions «Marqueurs Fonctionnels» Fécondité Dispersion Recrutement Masse de graine Hauteur Reproductive Phénologie Reproductive Interception lumière Aptitude à Compétition Hauteur Végétative Acq. Ressource/ Croissance Décomposition litière Traits feuilles vivantes Spectre SPIR Absorption (nutriments, eau) Flux C (exsudation ) Compétition souterraine Densité Racinaire Diamètre et Longueur racinaires Surface Spécifique Racinaire Dessin B Testi

6 Définition d un trait Toute caractéristique morphologique, physiologique ou phénologique mesurable au niveau de l individu, de la cellule à l organisme sans référence explicite au milieu ni à aucun autre niveau d organisation Un trait se définit indépendamment du milieu ou de l organisation écologique supérieure à l individu (population, communauté, écosystème) Violle et al Oikos Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

7 Un trait différents attributs Conséquences de cette définition traits et attributs Quels attributs utiliser? Individus valeur population Populations valeur espèce Variabilité intra / interspécifique Quand joue-t-elle un rôle? Violle et al Oikos Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

8 Variabilités inter et intra-spécifiques Amplitude variabilité intra ou inter-spécifique Communauté? Inter-sp Intra-sp Ind. Pop. Com. EcoS. Biome Biosphère Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin 2012 Albert et al

9 Variabilités intra et inter-spécifiques 9 traits chez 39 espèces espèces 3 millions attributs Kazakou et al. soumis Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

10 Conséquences de la définition changement d échelle Wright & Westoby 2001 SLA m² kg -1 Wright et al SLA m² kg -1 Garnier et al Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

11 Comment choisir un trait en écologie comparative? Lien démontré avec une fonction clairement établie Relativement facile et rapide à mesurer Possibilité de développer des méthodes standardisées de mesure Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

12 Trois axes de variation des traits aériens et racinaires Liens avec racines Craine 2003, Roumet 2006, Freschet 2010 Liens avec racines Violle 2009 Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

13 Un schéma général: traits de réponse et d effet Adapté d après Keddy (1992), JVS Lavorel & Garnier (2002), Funct. Ecol. Violle et al. (2007) Oikos Suding et al. (2008) GCB ECOSYSTEME Pool régional d ESPECES Propriétés et fonctionnement ENVIRONNEMENT Traits d effet Abondance espèces Traits de réponse Structure fonctionnelle des communautés Denis Vile

14 5. Identifier les traits liés aux services cibles (échelle spatiale) Services Ecosystémiques Questions actuelles Propriétés et fonctionnement de l écosystème 4. Identifier les traits associés aux processus 1. Quantifier les facteurs environnementaux 3. Caractériser la structure fonctionnelle des communautés (gamme-moy-sd) et les processus associés Fréquence Valeur trait Communauté 2. Définir effet filtre des facteurs sur les traits (e.g. croissance, régénération) d après Garnier & Navas 2012

15 Identifier les gradients Gradients indirects: réduire la complexité en définissant les variables directes Altitude, Herbivorie, succession Gradients directs T, ph Gradients de ressources Nutriments - eau Gradients de perturbations Herbivorie, certaines pratiques agricoles Austin & Smith 1989 Garnier & Navas sous presse Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

16 Transformer des pratiques de gestion des prairies en gradients de ressources et de perturbations Indice de nutrition azotée Herbivorie 5 N%= 4.8*MS avec MS en t/ha Grille à 5 items Utilisation antérieure teneur en azote (%) a teneur en azote critique Type de prélèvement Retour annuel perturbation Début perturbation Intensité de la perturbation (qté biomasse prélevée) 3 b 2.5 niveau de nutrition azotée : IN= b/a biomasse (t/ha) Lemaire 1997 Garnier et al. 2007

17 Traits de réponse à la gestion des espèces prairiales Duru et al. (1998) Fourrages 153: 97

18 Traits de réponse à la gestion des espèces prairiales Intensité d utilisation (fauche + pâturage) Recyclage rapide des organes: -Acc Phénologie végétative - tolérance défoliation Capture des Ressources: -Digestibilité - SLA, TxN, TxP Conservation ressources: -digestibilité - TMS - Masse des graines Cruz et al Disponibilité en éléments minéraux Recyclage lent des organes: - hauteur - durée de vie feuilles - date de floraison Traits de réponse à la gestion

19 Ce schéma est général malgré des différences de flore locale Intensité d utilisation (fauche + pâturage) Conservation ressources: -digestibilité - TMS - Masse des graines Recyclage rapide des organes: -Acc Phénologie végétative - tolérance défoliation Theix Camargue La Fage intensification Capture des Ressources: -Digestibilité - SLA, TxN, TxP Recyclage lent des organes: - hauteur - durée de vie feuilles abandon Disponibilité en éléments minéraux- date de floraison Traits de réponse à la gestion Prog DIVHERBE

20 Comment décrire la structure fonctionnelle d une communauté? Distribution des fréquences des attributs dans une communauté Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin 2012 Enquist et al. (soumis) 20

21 Les deux moments privilégiés: moyenne et variance pondérées H: Dominance H: Complémentarité Moyennes pondérées CWM j n j = k =1 A k, j Trait k CWV Variances pondérées j n j = k = 1 A 2 k, j ( Traitk CWM j ) Garnier et al. (2004) Ecology 85: 2630 Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin 2012 Sonnier et al. (2011) JVS 21:

22 Traits et production de biomasse sur 30 ans de fertilisation Domaine La Fage Molénat et al Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

23 Maximum standing biomass (g m -2 ) r = * Chollet et al. soumis CWV Specific leaf area (m 2 kg -1 ) n j 2 CWV j = Ak, j ( Traitk CWM j ) Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin k = 1

24 Traits de réponse et/ou d effet en prairies Ressources édaphiques Défoliation Filtres Environmentaux LNC SLA H LDMC DFl Traits de réponse Abondance des traits dans la communauté LNC SLA H LDMC DFl Traits effet Digestibilité Pic de production de biomasse Date du pic de production Flexibilité Propriétés de la production Ecosysteme Garnier & Navas 2011 CWM CWV

25 Traits des espèces prairiales, processus et services LNC SLA H LDMC DFl Digestibilité Pic de production de biomasse Date du pic de production Flexibilité de la production Production de fourrage Alimentation du bétail d après De Bello et al. 2010; Garnier & Navas 2011; Lavorel & Grigulis 2012

26 Traits des espèces prairiales, processus et services LNC SLA H LDMC DFl Décomposition Minéralisation Stockage C dans le sol Fertilité des sols d après De Bello et al. 2010; Garnier & Navas 2011; Lavorel & Grigulis 2012

27 Traits des espèces prairiales, processus et services LNC SLA H LDMC DFl Palatabilité Diversité des fleurs Diversité en invertébrés Valeur esthétique d après De Bello et al. 2010; Garnier & Navas 2011; Lavorel & Grigulis 2012

28 Services fonction de plusieurs niveaux trophiques Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

29 Exemple de la pollinisation Lavorel 2012 Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

30 En conclusion Des connaissances bien établies Lien traits-fonction Schéma traits de réponse et d effets Des travaux en cours Gradients : cas des pratiques culturales Effet différents filtres dans règles assemblage communautés Caractériser la structure fonctionnelle des communautés Identifier liens traits-processus-services pour l évaluation De l écosystème au paysage Compromis entre services Et le pilotage Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

31 Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

32 Vos questions (telles que je les perçois) Traits d une plante 2 1 Court /long termes Communauté En partie construite; * Sp statuts: Cult P serv Adv 3 Ecosystème Interactions avec autres org. * Traits des plantes * Et des autres org. Traits d une plante 1 Processus 2 Services Proxy des fonctions Mesure (conditions, méthodes) Compromis Approches Traits vs Taxonomie vs Agronomie Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

33 Illustration avec des exemples tirés des prairies permanentes / parcours Facteurs du Milieu Intensité de la gestion -Semences sélectionnées -Statu minéral -Régime de défoliation Climat et sol locaux Services Ecosystémiques Production fourragère Santé du bétail Stockage du C dans le sol Qualité de l eau Conservation de la biodiversité Valeurs culturelles Structure Fonctionnelle Valeur, gamme et abondance relative des traits Processus Ecosystémiques Production primaire Chaînes trophiques Cycles biogéochimiques Cycle de l eau Résistance/résilience Garnier & Navas 2011

34 3. Traits d effet et production de biomasse Productivité Primaire Nette N i (M t M o ) (communauté i sp ) = t Ni= effectif sp i Mt=masse au temps t t= temps Pcce=période cce M t = M o *e RGR*pcce dm RGR = M*dt Productivité Primaire Nette = N i M o ( e RGRi*t -1) (communauté i sp ) t Lavorel & Garnier 2002 Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

35 Construction biologique des services Potschin & Haines-Young (2011) Prog Phys Geo 35: 575 Ecole Chercheurs AgroEcologie 5-8 Juin

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