Les herbiers, un outil pour étudier les variations des traits fonctionnels des espèces sahéliennes

Les herbiers, un outil pour étudier les variations des traits fonctionnels des espèces

sahéliennes

TAUGOURDEAU S. (1,2), DIATTA S(3), NDIAYE O(4), MATHIEU D (5), ICKOW ICZ A. (1)

1. CIRAD — UMR SELMET, Montpellier France 2 ISRA LNERV — DP PPZS, Dakar Sénégal

3. Université Cheikh-Anta-Diop, Département Biologie végétale, Dakar Sénégal 4. ISRA Centre de recherche zootechnique de Dahra, Dahra Sénégal

5Tela Botanica, Montpellier, France

RÉSUMÉ

De très nombreux herbiers sont disponibles pour la flore d’Afrique de l’Ouest contenant de nombreux échantillons historiques de plantes des parcours sahéliennes. Dans ce papier, nous mettons en avant l’utilité de ces herbiers pour pouvoir mesurer des caractéristiques morphologique, physiologique et phénologique de ces espèces (c.-à-d. traits fonctionnels). Ces traits mesurés sur les planches permettent de comprendre les changements de fonctionnement physiologiques des espèces du Sahel avec les changements globaux en particulier les épisodes de sécheresse des années 70 et 80. De nombreux traits pourraient déjà être mesurés sur les planches cependant très peu de mesures sont effectuées actuellement. Nous proposons aussi quelques pistes de réflexion pour améliorer ces mesures.

Plant collections, a tool for the study of intraspecific variability of functional traits of

Sahelian species

TAUGOURDEAU S. (1,2), DIATTA S(3), NDIAYE O(4), MATHIEU D (5), ICKOWICZ A. (1) 1. CIRAD — UMR SELMET, Montpellier France

ABSTRACT

Many herbarium are available for West African plant. These herbarium contains numerous historical sample of Sahelian rangeland species. In this paper, we advocate for the utility of this collection to measure morphological, physiological and phenological features of these species (i.e. functional traits). The traits measure on these sample would be very useful to understand the change in physiological functioning of the plant species with global change especially regarding the dryness events in the seventies and the eighties. We presented different measures that can already be made on the sample. We also propose some research to improve the measures of functional traits.

INTRODUCTION

Dans ce papier, nous présenterons des pistes sur l’utilisation des herbiers pour étudier les impacts des changements globaux sur la végétation des parcours du Sahel.

1. CONTEXTE

Les écosystèmes sahéliens sont composés de communautés d’herbacées annuelles et pérennes et de ligneux. Ces communautés rendent de nombreux services (production de fourrage, de bois, séquestration du carbone, conservation de la biodiversité, etc.).

Ces communautés végétales sont influencées par de nombreux facteurs comme le climat, le sol et les activités anthropiques. Le climat est par exemple un facteur très variable dans le Sahel, en particulier la quantité de pluie annuelle.

La compréhension de la dynamique de la végétation est un enjeu important pour appréhender et prédire les évolutions de ces écosystèmes avec les changements globaux comme le changement climatique et par la suite proposer des schémas de développements soutenables des activités en lien avec ces écosystèmes comme l’élevage ou la foresterie.

Des études ont montré que les sécheresses des années 70 et 80 ont entrainé une modification de la composition spécifique de ces communautés. De nombreuses espèces ont été absentes durant ces épisodes de sécheresse (Boudet 1989). Cependant avec une amélioration de la pluviométrie, certaines espèces sont réapparues avec cependant des abondances différentes (Diouf et al. 2002, Ndiaye et al. 2015).

Ces facteurs écologiques en plus d’avoir influencé la présence ou l’absence d’espèces ont un impact sur les

stratégies fonctionnelles de ces espèces et donc sur le fonctionnement de l’écosystème. Ces impacts peuvent être évalués à partir de l’étude des traits fonctionnels. Les traits fonctionnels sont l’ensemble des caractéristiques morphologiques, phénologiques ou physiologiques mesurables à l’échelle de l’individu et qui sont liées à la survie, la croissance et la reproduction de cet individu (Violle et al. 2007). Ces traits fonctionnels varient au sein d’une espèce sous l’effet des différents facteurs écologiques. L’étude de ces variations peut indiquer les réponses des espèces aux changements globaux et donc les capacités d’adaptation des espèces. De ce fait, en plus du turn-over des espèces, il faut aussi prendre en compte ces variations de traits au sein des espèces. Cependant les mesures historiques de traits fonctionnels sont très rares en particulier au Sahel. Nous pensons cependant que les herbiers pourraient être un outil pour étudier les variations temporelles des traits fonctionnels.

2. FAITS MARQUANTS

De très nombreux échantillons d’espèces du Sahel sont conservés dans des herbiers tels que l’herbier ALF du CIRAD à Montpellier, l’herbier du département Biologie végétale et de l’IFAN à L’UCAD, l’herbier de l’ISRA LNERV à Dakar, l’herbier de l’IRED à N’Djamena. Beaucoup de ces échantillons furent récoltés au siècle dernier et certains sont antérieurs aux épisodes de sécheresse. Sur ces échantillons de nombreux traits pourraient être observés directement sur les planches ou indirectement sur leur image pour ceux qui ont été numérisés. Des traits comme la forme de vie, le stade phénologique, la couleur de fleur, etc. peuvent être observés. D’autres traits pourraient être aussi mesurés sur les planches telles que la longueur et la largeur des

feuilles, la taille des tiges, etc. Ces mesures nécessitent cependant de manipuler les planches. En effet la masse et la surface de la feuille séchée sur la planche peuvent être pesées en laboratoire et de manière similaire pour les graines pouvant dans certains cas provoquer la perte de l’échantillon.

Pour finir, des mesures peuvent être réalisées en analysant chimiquement les planches d’herbiers afin d’étudier la teneur en azote et en carbone des feuilles par exemple. Il est nécessaire de détruire les planches au moins en partie pour les échantillons disponibles en plusieurs exemplaires.

Pour ces dernières mesures, il faut donc faire un équilibre entre la conservation et les mesures. Ces analyses peuvent être aussi des analyses génétiques permettant d’identifier éventuellement la p r é s e n c e de certains gènes et donc fonctions des plantes.

Quelques études ont montré l’utilisation des herbiers pour voir des modifications de traits phénologiques comme la date de floraison des arbres de la forêt du Congo (Ouédraogo et al. 2016) ou des changements dans la physiologie foliaire (Verstraete et al. 2015) aussi au Congo.

De nombreux traits pourraient déjà être mesurés sur l’ensemble des herbiers déjà présents dans la sous-région et ces données pourraient être ensuite rassemblées dans une large base de données accessible pour pouvoir étudier les variations des traits au sein des espèces sahéliennes. Il reste cependant des recherches à effectuer pour faciliter ces mesures de traits sur les planches.

3. COMMENTAIRES ET PERSPECTIVES

Des recherches méthodologiques restent nécessaires pour améliorer l’utilisation des herbiers pour mesurer les traits fonctionnels.

1) Comparer les traits mesurés sur le terrain et les traits mesurés sur les herbiers. Aucune étude à notre connaissance n’a testé la qualité des traits obtenus entre les deux modes de mesures. Une étude est en cours dans ce sens pour un certain nombre de traits.

2) Développer des méthodes non destructives des traits pour éviter le « sacrifice » des échantillons. Nous testons actuellement l’intérêt des outils utilisant la spectrométrie en proche infrarouge pour évaluer les traits liés à la composition chimique des échantillons.

3) Développer des méthodes de mesures automatiques des images de planches. De nombreuses recherches ont montré l’intérêt de l’analyse d’image en botanique et écologie végétale. Des outils d’analyses d’image pourraient être développés pour des analyses automatiques des planches et produire rapidement des valeurs de traits (tels que la surface des feuilles). Cette étape n’est bien sûr possible que pour les planches qui ont été numérisées au préalable.

4) Les méthodes de sciences participatives pourraient permettre d’effectuer rapidement de nombreuses observations et mesures. Il serait possible de déposer les images des planches sur un site web et de demander au grand public d’effectuer les observations comme les stades phénologiques ou le type de forme de vie. Il serait aussi possible de demander à ces chercheurs-citoyens de mesurer les longueurs et les largeurs de feuilles sur les images à l’aide d’un outil web adapté. Ces différentes recherches permettraient d’optimiser les mesures de traits sur herbier et de pouvoir créer de larges bases de données sur ces traits.

Ces valeurs de traits pourront être ensuite regroupées au sein d’une large base de données et permettre des études de variations de traits et ainsi mieux comprendre les effets des changements globaux comme les évènements de sécheresse sur l’écologie des parcours.

CONCLUSION

De nombreux herbiers ont été conservés par les différentes institutions de recherche dans la zone sahélienne. Ces collections pourraient être utilisées pour mesurer des traits fonctionnels et ainsi étudier les variations des traits fonctionnels dans l’espace et le temps.

Remerciements. Ce travail fut possible grâce à un financement CIRAD. AI CRESI « THS ».

Boudet, G. 1989. Evolution de la végétation des parcours sahéliens et possibilités de réhabilitation. Fourrages :401-415.

Diouf, M., L. Akpo, A. Rocheteau, F. Do, V. Goudiaby, and A. L. Diagne. 2002. Dynamique du peuplement ligneux d’une végétation sahélienne au Nord-Sénégal (Afrique de l’ouest). Journal des sciences 2:1-9.

Jung, V., C. Violle, C. Mondy, L. Hoffmann, and S. Muller. 2011. Intraspecific variability and trait-based community assembly. Journal of Ecology 98:1134–1140.

Ndiaye, O., A. T. Diop, M. Diène, and L. E. Akpo. 2015. Étude comparée de la végétation de 1964 et 2011 en milieu pâturé: Cas du CRZ de Dahra. Journal of Applied

Biosciences 88:8235–8248.

Ouédraogo, D.-Y., P. Stoffelen, J.-L. Doucet, K. Dainou, H. Beeckman, and A. Fayolle. 2016. The reproductive phenology of central African tree species: combining field observations and herbarium records. 53rd Annual Meeting of the Association for Tropical Biology and Conservation, Montpellier, France.

Siefert, A., C. Violle, L. Chalmandrier, C. H. Albert, A. Taudiere, A. Fajardo, L. W. Aarssen, C. Baraloto, M. B. Carlucci, and M. V. Cianciaruso. 2015. A global meta‐analysis of the relative extent of intraspecific trait. Variation in plant communities Ecology Letters 18:1406– 1419.

Verstraete, B., S. Janssens, and P. Stoffelen. 2015. Chronological analysis of functional traits of rainforest tree species in Central African biosphere reserves.

Violle, C., B. J. Enquist, B. J. McGill, L. Jiang, C. H. Albert, C. Hulshof, V. Jung, and J. Messier. 2012. The return of the variance: intraspecific variability in community ecology. Trends in ecology & evolution 27:244–252.

Violle, C., M.-L. Navas, D. Vile, E. Kazakou, C. Fortunel, I. Hummel, and E. Garnier. 2007. Let the concept of trait be functional! Oikos 116:882–892.