Une vision isotopique de l'organisation trophique des peuplements de macroinvertébrés benthiques le long d'un gradient d'acidification

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1 Une vision isotopique de l'organisation trophique des peuplements de macroinvertébrés benthiques le long d'un gradient d'acidification MONDY Cédric*, ANGELI Nicolas**, USSEGLIO-POLATERA Philippe* * Laboratoire des Interactions Ecotoxicologie Biodiversité Ecosystèmes (LIEBE), Université Paul Verlaine METZ, CNRS UMR 7146 **INRA, Unité Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers, Champenoux mondy@univ-metz.fr

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4 La Maix Ravines Vosges Gréseuses Gentil Sapin

5 Sites d étude Occupation des sols dans un rayon de 500 et 1000 m autour des sites d études (Données Corine Land cover) Pas de différences majeures d occupation des sols entre sites: tous en milieu forestier

6 Sites d étude Occupation des sols dans un rayon de 500 et 1000 m autour des sites d études (Données Évolution Corine du ph Land entre cover) les sites (mars 2009-février 2010) Friedman rank sum test 2 1 data: ph, groups: Station, blocks: Date Pas de différences majeures d occupation des sols entre sites: Friedman chi-squared = , df = 5, p-value tous = en 8,368e-09 milieu forestier 0 La Maix Ravines Gentil sapin

7 Ich LIEBE meine Vosges Au sein du laboratoire: long historique d études menées sur l acidification des cours d eau vosgiens et leurs effets sur les macroinvertébrés benthiques sous l impulsion de François Guérold Réponses physiologiques de taxons (Dinocras, Hydropsyche, Gammarus) Modifications de la biodiversité benthique Modifications des structures taxonomiques et fonctionnelles des communautés Relations entre diversité fongique/macrobenthique et décomposition de litière Modification de la structure trophique des communautés Les invertébrés présentent une flexibilité relativement importante dans la nature des sources de nourriture qu ils ingèrent. De plus, il peut exister une différence entre ce qui est ingéré par un organisme et ce qu il assimile, c est-à-dire ce qui est vraiment utilisé par cet organisme Expérience préliminaire d isotopie stable pour décrire les structures trophiques de peuplements d invertébrés exposés à un gradient d acidification à partir des isotopes du Carbone et de l Azote

8 Méthode Echantillonnage et congélation (-20 C) [Juillet 2009] Invertébrés (ablation du tube digestif par dissection) Sources de nourriture potentielles Préparation Séchage à l étuve (65 C pendant 2 jours) Broyage (Broyeur à billes) Pesée Dosage [C], [N] (C and N analyzer: Carlo Erba NA 1500NC, Milan, Italy) δ13c, δ15n (IRMS:Finnigan Mat, Delta S, Bremen, Germany) Caractérisation du réseau trophique Variabilité isotopique Longueur du réseau trophique Ratio C/N δ15n

9 Groupes trophiques Étudier la structure trophique en se basant sur des ensembles de taxons regroupés en fonction de leur similarité dans l utilisation des sources de nourriture potentielles ACP sur les profils d utilisation des sources de nourriture par les invertébrés FG1 FG2 dead.plant (>1mm) living macrophytes dead.animal (>1mm). F2 vertebrates FG4 FG5 FG3 living microphytes microorganisms detritus (< 1mm) living macroinvertebrates living microinvertebrates F1

10 Dans les réactions chimiques l isotope léger peut être favorisé : ainsi des plantes avec différentes voies métaboliques (e.g. C3 vs C4) vont avoir des signatures isotopiques différentes puisque les réactions ne seront pas les mêmes ceci permet de différencier l origine de la matière organique 13 C 12 C Dans les mécanismes de transmission trophique (consommation), on applique ce principe: «nous sommes ce que nous mangeons plus quelques pour milles» La variabilité de la signature isotopique d un consommateur traduit donc la diversité des signatures isotopiques de ses sources de nourriture

11 δ15n δ15n δ15n 10 mai 2010 Représentation isotopique des réseaux trophiques Maix 3 1 Ravines δ13c -11 δ13c -11 Sources de nourriture Taxons du groupe FG1 Taxons du groupe FG4 Taxons du groupe FG3 Taxons du groupe FG5 Consommateurs Primaires Prédateurs Gentil Sapin δ13c -11

12 δ15n 10 mai 2010 Origine de l inertie isotopique Maix Inertie isotopique du peuplement 3 Inertie isotopique de FG Inertie isotopique de FG1 X X X X X Inertie isotopique de FG Variabilité intra groupe Variabilité inter groupe I intra I inter k j 1 i 1 n j 1 n i 1 k i j n d²( e, g) n j 1 d²( e, g i i d²( g, g) δ13c d²( e, g) i i j )

13 Proportion de l inertie totale expliquée 10 mai 2010 Origine de l inertie isotopique 0,9 variabilité intra-fg 0,8 0,7 variabilité inter-fg 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Au sein du peuplement invertébrés, les sources de nourriture assimilées par les membres de chaque groupe trophique semblent moins diversifiées en condition acide, par contre elles semblent être plus contrastées entre groupes trophiques 0,0 Maix Ravines Gentil Sapin

14 Proportion de l inertie totale expliquée 10 mai 2010 Origine de l inertie isotopique 0,8 0,7 0,6 0,5 L uniformisation des ressources assimilées est observables chez les consommateurs primaires (FG1 et FG4) mais pas chez les prédateurs (FG5), ceux-ci montrant au contraire une diversification des ressources assimilées plus importantes en milieu acide 0,4 0,3 FG1 FG4 FG5 0,2 0,1 0,0 Maix Ravines Gentil Sapin

15 δ15n Longueur du réseau trophique Dans la littérature, on considère classiquement que le passage d un niveau trophique au niveau Ravines trophique supérieur est accompagné d une augmentation du δ15n de 3, δ15n prédateurs δ15n consommateurs primaires L 15N 15N préd consoi 3,4 δ13c -11

16 Longueur du réseau trophique 10 mai 2010 Longueur du réseau trophique 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Les «prédateurs» sembleraient diversifier leur régime alimentaire en milieu acide avec des sources de nourriture ayant des δ15n plus faible, les mêmes sources que celles de consommateurs primaires Proportion de l inertie totale expliquée par le groupe trophique FG5 0 Maix Ravines Gentil Sapin

17 C/N 10 mai 2010 Ratio Carbone/Azote FG ,8 4,6 35 4,4 4,2 30 Bryophytes 4 25 Feuilles 3,8 3,6 20 3,4 3,2 15 Maix Ravines Gentil Sapin 3 Maix Ravines Gentil Sapin Augmentation du ratio C/N chez les sources de nourriture diminution de leur qualité nutritive Augmentation du ratio C/N chez les invertébrés diminution de leur taux de croissance? La plus faible qualité des ressources en condition acide pourrait sélectionner des taxons possédant un taux de croissance plus faible et/ou ralentir le taux de croissance des taxons

18 Diminution quasi générale du δ15n le long du gradient d acidification Signature δ15n FG1 FG FG5-3.5 Bryophytes -5 Feuilles -2 Sédiment 0 Perilithon

19 Diminution quasi générale du δ15n le long du gradient d acidification Signature δ15n Apport important d azote d origine anthropique

20 Diminution quasi générale du δ15n le long du gradient d acidification Signature δ15n Apport important d azote d origine anthropique Hors ces formes d azote sont appauvris en N 15 par rapport aux formes naturelles de l azote, car la volatilisation des composés azotés favorise l isotope léger Hypothèse: une importante source d azote dans les systèmes les plus acidifiés serait d origine anthropique Fry, B. (2006). Stable Isotope Ecology. Springer, New York, NY.

21 Synthèse Simplification du réseau trophique: uniformisation et spécialisation des régime alimentaires des consommateurs primaires Raccourcissement du réseau trophique: élargissement du spectre alimentaire des prédateurs aux ressources primaires Baisse de la qualité nutritive des ressources préférentielles du groupe trophique FG1 et taux de croissance des membres de ce groupe plus faible en condition acide Azote anthropique: importante source d azote pour les systèmes acidifiés

22 Merci de votre attention