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CH4A ‐ Les filtres écologiques du pool régional de plantes à la communauté végétale locale

 

Comme  illustré  sur  la  figure  40,  la  composition  de  la  communauté  végétale  locale  est  le  fruit  d’un  processus continu et à  plusieurs niveaux et  différentes échelles spatiales de  filtrage écologique qui  prend son origine dans le pool de plantes régional. 

Selon George & Bazzaz (1999), un filtre écologique agit comme un tamis sur les populations initiales  de  diaspores  d’une  communauté  complète  et  détermine  les  caractéristiques  de  la  communauté  émergente comme la composition spécifique, la productivité et les patrons de distribution spatiale.  Pour Myers & Harms (2009), le filtrage écologique intervient du moment que des facteurs biotiques  et  abiotiques  limitent  l’appartenance  d’une  espèce  à  une  communauté  locale.  Van  der  Valk  (1981)  indique  qu’à  travers  son  influence  sur  les  populations  de  certaines  espèces,  l’environnement  peut  aussi agir comme un tamis écologique qui structure les communautés. Poff (1997) fait lui référence  aux  caractéristiques  de  l’habitat  comme  des  filtres  qui  influencent  la  probabilité  que  des  espèces  avec  des  attributs  fonctionnels  particuliers  soient  capables  de  persister  comme  membres  d’une  communauté locale. Díaz et al. (1998) décrivent l’ensemble des attributs des plantes régulièrement  associés avec certaines conditions environnementales comme la conséquence de l’effet de filtre des  conditions climatiques, des perturbations et des conditions biotiques. Tonn et al. (1990) décrivent les  conditions  environnementales  comme  des  filtres  constitutifs  à  travers  lesquels  le  pool  régional  d’espèces doit passer pour être potentiellement présent à une échelle locale.  

Ces  définitions  rejoignent  les  règles  d’assemblage  des  communautés  (Keddy,  1992),  c’est‐à‐dire  les  filtres, quels qu’ils soient, imposés au pool régional d’espèces. En ce sens, sa définition est proche de  celle  proposée  par  Myers  &  Harms  (2009),  Keddy  (1992)  décrit  la  meilleure  façon  d’envisager  les  règles d’assemblage comme un processus d’éviction par lequel l’environnement agit comme un filtre  qui  retire  les  espèces  auxquelles  il  manque  les  attributs  leur  permettant  de  persister  dans  un  ensemble particulier de conditions. Il décrit également ce processus de délétion comme un processus  successif  hiérarchique  depuis  le  régime  des  conditions  climatiques,  le  régime  dominant  de  perturbations  et  finalement  les  interactions  entre  organismes.  Il  fait  également  l’analogie  avec  le  processus de sélection naturelle, où seules les espèces avec un certain nombre de traits particuliers  peuvent subsiter aux différents filtres et ainsi contribuer à la communauté locale. 

Kraft et al. (2015) reprécisent la définition du filtre environnemental, au sein des règles d’assemblage  des communautés, du fait d’une dérive dans la définition de ce terme au cours du temps, avec des  conséquences  sur  la  manière  de  le  tester  et  de  le  mettre  en  évidence.  Le  filtre  environnemental,  filtre  d’habitat  ou  encore  filtre  abiotique  fait  référence  aux  facteurs  abiotiques  qui  empêchent  l’établissement  et  la  persistence  d’une  espèce  sur  un  site  donné  en  l’absence  d’interactions  biotiques. 

Par  la  suite,  je  conserverai  la  notion  générique  de  filtre  écologique  pour  l’ensemble  des  étapes  de  filtrage qui agissent sur le pool régional de plantes jusqu’à l’assemblage des communautés végétales  locales (fig. 40). Le premier filtre qui opère est le frein à la dispersion (Lortie et al., 2004), c’est‐à‐dire  la capacité des plantes à atteindre un site donné, c’est une question de distance et peut être lié à des  vecteurs  biotiques  et  abiotiques.  Le  second  filtre  est  le  filtre  environnmental,  sensu  Kraft  et  al.  (2015),  il  se  définit  par  l’impossibilité  pour  une  espèce  qui  arrive  sur  un  site  donné  à  s’établir  en  l’absence de  voisins, et fait donc référence à la tolérance physiologique des plantes aux conditions  abiotiques  locales.  Les  filtres  suivants  sont  liés  aux  interactions  biotiques,  aux  interactions  entre  plantes  (compétition/facilitation)  mais  aussi  aux  interactions  directes  avec  d’autres  organismes  (Lortie et al., 2004). Kraft et al. (2015) précisent également que l’hétérogénéité abiotique locale peut  permettre  ou  faciliter  la  coexistence  des  plantes,  on  verra  plus  loin  que  les  grands  herbivores  peuvent modifier fréquemment les conditions abiotiques locales dont la qualité est donc transitoire,  cette  variabilité  temporelle  des  conditions  abiotiques  locales  est  à  l’origine  des  fenêtres  d’opportunité (Myster, 1993) pour que s’installent les plantes. 

Les cadres en couleur dégradée bleue qui représentent les 4 grands filtres écologiques (le filtre lié à  la  dispersion,  le  filtre  environnemental,  les  interactions  biotiques  entre  plantes  et  les  interactions  biotiques  entre  plantes  et  d’autres  organismes  prédateurs  et  pathogènes)  opèrent  sur  le  pool  régional  de  plantes  pour  façonner  la  communauté  végétale  locale.  Pour  ces  4  grands  filtres  apparaissent  les  processus  par  lesquels  les  grands  herbivores  interagissent  dans  les  règles  d’assemblage des plantes (fig. 40): différents mécanismes de dispersion interne et externe; les effets  d’ingénierie  physique  et  d’ingénierie  de  transport  chimique ;  les  interactions  entre  plantes,  compétition et/ou facilitation, médiées ou non par les grands herbivores; et les interactions directs  avec  d’autres  organismes,  comme  les  grands  herbivores,  les  petits  prédateurs,  les  coléoptères  coprophages et autres agents pathogènes.  

La ligne médiane pointillée orange représente les 2 façons d’envisager les résultats de la dispersion,  soit  de  manière  prospective  par  une  analyse  chronologique  depuis  la  prise  en  charge  jusqu’à  la  libération  des  diaspores  (les  approches  mécanistes),  soit  de  manière  rétrospective  en  essayant  de  comprendre les processus qui peuvent expliquer les patrons observés de distribution des plantes à  différents stades. Cette figure 40 est inspirée par les 4 articles suivants : Lortie et al. (2004) ; Olff &  Ritchie (1998) ; Wang & Smith (2002) et Wilby et al. (2001).  La communauté végétale locale est le résultat d’un filtrage écologique permanent qui entraîne des  changements continuels dans sa composition ; la communauté végétale peut être définie comme un  état perpétuellement transitoire du fait de conditions locales changeantes et d’un flux de diaspores  fluctuant.  Les  grands  herbivores  parce  qu’ils  interviennent  à  ces  différents  niveaux  de  filtrage  sont  des acteurs dynamiques des communautés. Ils influencent la dynamique des écosystèmes par leurs  stratégies  d’alimentation  et  les  modifications  physiques  de  leur  habitat,  qui  se  répercutent  sur  les  communautés locales et aboutissent à des changements sur le long terme du cycle des nutriments  (Naiman, 1988). 

 

Encart 4. Les approches par caractéristiques (traits, traits fonctionnels et indicateurs de préférence  d’habitat) des plantes et leurs diaspores 

Le  trait  correspond  à  toute  caractéristique  morpho‐physio‐phénologique  mesurable  sur  l’individu,  sans référence à l’environnement. Le trait fonctionnel impacte la fitness indirectement par ses effets  sur la croissance, reproduction et survie (Violle et al. 2007). Les approches par traits ont pour finalité  de  généraliser  nos  résultats  et  de  comprendre  leur  implication  fonctionnelle  dans  les  processus  en  jeu. En ce qui concerne les plantes, nous avons déjà évoqué (Encart 2) les groupes fonctionnels pour  les  formes  de  vie  (mousses,  fougères,  herbacées,  graminées,  arbustes  et  arbres),  pour  les  traits  traités  dans  le  tableau  11  ci‐dessous  il  s’agit  autant  des  traits  des  plantes  que  ceux  des  diaspores  dont  elles  sont  issues.  Ces  traits  sont  disponibles  dans  différentes  bases  de  traits  (ECOFLORA,  Baseflor, LEDA, Tela Botanica, Digital Seed Atlas of Netherlands, Biolpop, …). 

Tableau 11. Récapitulatif des traits des diaspores et des caractéristiques des plantes mobilisées dans nos différents travaux 

traitant de l’herbivorie, du transport zoochore et de l’ingénierie physique. 

TRAITS DES DIASPORES  herbivorie  endozoochorie  épizoochorie  ingénierie 

physique 

Présence ou non d’appendices    ACL11, 13, 16  ACL11, 13, 20p   

Type et morphologie des appendices    ACL11, 13, 16  ACL11, 13   

Présence de pulpe (fruits secs/charnus),  d’élaiosome ou de mucilage 

  ACL13, 16  ACL13   

Taille (L, l)    ACL11, 12, 16  ACL11   

Masse    ACL11‐ 13, 16  ACL11, 13   

Forme (Vs) (0 sphérique à 0.2 forme  d’aiguille, Bekker et al., 1998)    ACL11, 13, 16  ACL11, 13    Longévité dans la banque du sol (transitoire  <1 an, courte]1‐5[ & longue 5 ans et +)    ACL11, 13, 16  ACL11, 13    Tégument (perméabilité, épaisseur)    ‐      CARACTERISTIQUES DES PLANTES          Préférence d’habitat (forêt, mil. ouvert,  lisière, mil. humide)  ACL 8  ACL 11, 13, 14,  16  ACL7, 11, 13,  14, 16    Valeurs indicatrices d’Ellenberg (N azote, L  lumière, T température, F humidité du sol, R  acidité) 

ACL5, 9  ACL 13, 14, 16  ACL7, 13, 16  ACL 18p. 

Mode principal de dispersion (baro‐,  anémo‐, épi‐, …‐chorie)    ACL14  ACL7, MSc9    Densité du bois  ACL5        Hauteur maximum  ACL5        Surface foliaire spécifique ACL5        Formes de vie, de croissance (bryophytes,  fougères, herbacées, graminées, arbustes et  arbres)  ACL5, 6, 8, 9,  19p        Classification de Raunkiaer (théro‐, géo‐, …‐ phytes)    ACL16      Stratégies de Grime (1974) (C compétitive,  S tolérante au stress, R rudérale)        ACL18p.  Durée de vie        ACL18p.  Appétence du feuillage (approchée par la  valeur indicatrice N d’Ellenberg)    ACL13      Présence de défenses physiques des  feuilles et des tiges  ACL5        Quantité de diaspores produites    ACL12   

Hauteur de libération des diaspores    ACL11, 13  ACL11, 13