«Poursuivre au-delà de BEEST : une approche fonctionnelle basée sur les traits de vie des espèces en relation avec l habitat». Philippe USSEGLIO-POLATERA Université Paul Verlaine Metz UMR-CNRS 746 - LIEBE Colloque de restitution du projet BEEST, Paris, 9 Mai 20
Contexte scientifique : Outils de bioévaluation existants (critères taxonomiques) Compartiment biologique Organismes Nouveaux outils de bioévaluation (e.g. traits des organismes) Caractéristiques structurales Approche «traits fonctionnels»? Comprendre les relations entre diversité biologique et fonctionnement des écosystèmes Caractéristiques fonctionnelles Ecosystème(s) Comprendre les mécanismes qui structurent les communautés (e.g. perturbations anthropiques) Ignon (France) 2
Contexte scientifique : Habitat Pool de colonisateurs potentiels e. g. climat, géologie, géomorphologie e.g. altitude, utilisation du BV, pente moyenne e.g. distribution longitudinale, utilisation de l espace, physico-chimie Communauté potentielle Southwood, 977; Southwood, 988; Townsend, 989; Townsend & Hildrew, 994 Ecoregion Bassin-versant Tronçon Théorie du Habitat templet e.g. nature du substrat, vitesse du courant, profondeur Mesohabitat Modifications Probabilité de présence variable Communauté observée Fréquence d utilisation variable petite? e.g. aquatique? taille maximale? fécondité? élevée? dispersion? 3 Traits biologiques observés
Définition des traits : Que sont les traits fonctionnels? Trait : «une propriété bien définie et mesurable des organismes, habituellement mesurée au niveau individuel et utilisée de manière comparative à travers les espèces».. In McGILL et al. 2006, TREE 2 (4), p. 78 Trait fonctionnel : «un trait qui influence fortement la "performance" (= fitness) des organismes».. In McGILL et al. 2006, TREE 2 (4), p. 78 Performance (d une espèce) : «capacité à maintenir sa biomasse sur plusieurs générations, dans un milieu donné» In VIOLLE et al. 2007, Oikos 6, p. 889 4
Définition des traits : Que sont les traits fonctionnels? Taille maximale potentielle Caractéristiques biologiques «générales» Intégratrices de certaines fonctions écologiques Traits d histoire de vie: (e.g. taille, fécondité, durée du cycle biologique, stratégie de reproduction, mode d alimentation, mode de dispersion, etc.) Variables décrivant les relations faune/habitat: (e.g. distribution spatiale, préférences en matière de substrat, vitesse du courant; sensibilité aux faibles valeurs de ph, à la salinité, à l eutrophisation; valeur saprobiale; etc.) Fécondité Dispersion Préférences substrat 5
Définition des traits : Pourquoi s intéresser à la fréquence d utilisation de certaines adaptations? Directement et facilement interprétables en termes fonctionnels (e.g. quantité de ressources disponibles, diversité des niches écologiques, stabilité/instabilité, contraintes biotiques/abiotiques, etc) Comparables à large échelle spatiale (même entre écoregions aux cortèges taxonomiques différents) 6
Description des traits : Traits «Potentiels» Analyse bibliographique Observations Pop Pop 2 Pop N... Large gamme de conditions environnementales Profil fondamental Capacités bio/physio/écologiques d une espèce décrites sur une large gamme de conditions environnementales [// «Fundamental niche» (McGILL et al., 2006)] Espèce Intégration Communauté Utilisation/ Interprétation 7
Description des traits : Traits «Potentiels» Analyse bibliographique Taxon j Profil fondamental Description du profil de trait par «codage flou» (Chevenet et al. 994) 8
Description des traits : le codage flou Traits décrits par plusieurs modalités (= catégories) Nourriture Agrypnia (Trichoptera) 9 catégories - fine sediment + microorganisms 2 - fine detritus (< mm) 3 - plant detritus ( mm) 4 - living microphytes 5 - living macrophytes 6 - dead animal ( mm) 7 - living microinvertebrates 8 - living macroinvertebrates 9 - vertebrates Notes d affinité (0-5) 0 0 3 2 4 % 0.0% 0.0% 7.7% 23.% 7.7% 7.7% 5.4% 30.8% 7.7% Profil du taxon 9
Description des traits : Traits «Potentiels» Analyse bibliographique Taxon j Description du profil de trait par «codage flou» Fréquence relative d utilisation des modalités du trait par le taxon j (%) Profil fondamental Trait i 2 3 4 5 6 7 8 9 Modalités du trait (Chevenet et al. 994) Pour tous les traits Pour tous les taxons Taxa X traits (Y categories) Trait data base 0
Les traits biologiques «pour quoi faire?» : Contexte : analyse fonctionnelle des écosystèmes diagnostic écologique/bioévaluation biomonitoring Objectif : Etablir un diagnostic écologique (plus) efficace des écosystèmes Mieux comprendre les effets des perturbations (principalement anthropiques) sur les écosystèmes et de manière plus pragmatique... Faciliter la prise de décisions pertinentes en termes de (i) conservation ou (ii) la restauration des écosystèmes (via un intégration dans des outils d aide à la décision, systèmes expert )
Les traits biologiques «pour quoi faire?» : Renseigner (de manière originale) sur le fonctionnement d'un écosystème et à indiquer son niveau de dégradation Approche uni-traits F 2 category 3 category 2 Pour le trait j category 4 Liste faunistique de référence trait j taxa traits Information biologique category taxa F category 5 Etape - Définir, pour un trait donné, dans un contexte spatial déterminé, une typologie témoin définie par l'ensemble de la faune «potentiellement capturable» à cette échelle spatiale. Analyse des profils biologiques de la liste de référence par FCA 2
Les traits biologiques «pour quoi faire?» : Renseigner (de manière originale) sur le fonctionnement d'un écosystème et indiquer son niveau de dégradation Approche uni-traits category 2 category 3 F 2 category taxa samples For trait j category 4 F category 5 Analyse des profils biologiques de la liste de référence par FCA 2 Liste faunistique de référence taxa trait j taxa traits Information biologique échantillons Information faunistique Etape 2 Confronter des relevés à cette typologie témoin 3
Les traits biologiques «pour quoi faire?» : A altitude (m) 200 00 000 Profil longitudinal Autrans 2 Méaudre 3 4 5 confluence (Bourne) 900 0 3 6 9 2 5 8 20 échantillons (5 stations x 4 saisons), type IBGN (carrés verts) sont projetés sur la typologie de référence à la moyenne pondérée des positions des taxons rencontrés Données faunistiques : Pegaz-Maucet (980) Distance à la source (km) 57,3 % 4 > samples F 0.7 2 -.7 42,7 % Zoom! Echelle spatiale de référence : écoregion 04 = «Alps» (sélection des genres potentiels) Trait = «Nombre de générations annuel» -. 2.5 F < -0. -0.9 0 -. J N Station 5 A J A F F N F N J J N A A Station 3 Station 2 F J Station 4 A F N Station F = Février J = Juin A =Août N = Novembre 4
Les traits biologiques «pour quoi faire?» : Altitude (m) 400 200 000 3 34 800 600 400 200 0.7-2 - 2 3 4 5 6 Le Puy 7 8 28 30 20 22 29 37 32 2 24 38 9 23 25 26 35 36 8 27 7 barrages Grangent Villerest Profil longitudinal Allier Cher Indre Vienne 9 0 2 Roanne 4 Gien 3 6 8 Orléans 9 Tours Angers 5 20 22 7 24 25 26 3 Nantes 2 27 28 23 29 30 36 à 37 38 0 200 400 600 800 000 5 33 6 4 3 9 0 F 2 Distance à la source (km) 5 6 7 8 2 4 2 3 Maine F Analyse de la structure taxonomique par AFC (positions des 38 stations dans le plan factoriel F-F2) 38 sites échantillonnés (Loire) Printemps/été Kick sampling (0 minutes) Filet Surber (maille: 0,5 mm) E P T C Ivol et al., Archiv für Hydrobiologie, 38 (997) Group I Group II 34 Approche multi-traits 5 F 2 37 38 30 3 32 35 3 36 28 29 24 33 20 9 0 9 26 4 22 8 23 2 27 6 25 7 2 5 6 7 8 2 Analyse de la co-structure entre abondances taxonomiques et profils biologiques par analyse de co-inertie (positions des 38 stations dans le plan F-F2) 5 4 0.5-0.5 0.5-0.5 3 F Gradient longitudinal
Traits biologiques Traits écologiques Nombre de cycles annuel F 2 Mode d alimentation piercer Courant (preferendum) F 2 null slow moderate + Température (preferendum) F 2 eury fast warm F cold - F + Substrat (preferendum) poly microphytes mud macrophytes silt litter roots sand gravel flag/pebbles Val. saprobiale β-meso - oligo xeno + > F < Group I Group II 34-5 F 2 37 38 30 3 32 35 3 36 28 29 24 33 20 9 0 9 26 4 22 8 23 2 27 6 25 7 deposit feeder shredder carver scraper filterer 2 5 6 7 8 2 Analyse de la co-structure entre abondances taxonomiques et profils biologiques par analyse de co-inertie (positions des 38 stations dans le plan F-F2) 6 4 0.5-0.5 0.5-0.5 3 F Gradient longitudinal
Conclusion : (i) Les traits bio/écologiques sont capables d'identifier un «état perturbé» et différents niveaux de pression Plusieurs métriques basées sur les traits (i.e. stratégie de reproduction, voltinisme) intégrées à l indice invertébrés multimétrique (I2M2), DCE compatible Meilleure efficacité à détecter des situations perturbées que l IBGN (p value =7,63 0-6 ) I 2 M 2 (v) IBGN DEmoyen 0,8230 0,6507 Sur 7 types de perturbations chimiques et physique 7
Conclusion : (ii) Sont capables de renseigner sur la nature et l'intensité des perturbations, à large échelle spatiale Intégrés à un outil diagnostique permettant de modéliser (à l aide d arbres conditionnels) la probabilité pour un site d être impacté par différents types de pression (à partir des caractéristiques de son peuplement d invertébrés) Avec une efficacité moyenne des modèles prédictifs élevée 0,823 < AUC < 0,929 (pour 6 des 9 types de pression chimique considérés) 8
Conclusion : (iii) Peuvent indiquer efficacement l'état de santé d'un cours d'eau sur la base de prélèvements réalisés sur un type déterminé d habitat Implications possibles en milieu estuarien (plus grande homogénéité des supports que dans cours d eaux de piedmont ou de plaine) 9
Merci! 20
2