Spatial pattern and plant traits from the plant neighbourhood to the lansdcape: the case of restored embankments of channels deriving the Rhone river.
Structures spatiales et traits biologiques du voisinage de la plante au paysage: Le cas des digues restaurées des canaux de dérivation du Rhône
Résumé
The spatial patterning of organisms and their resultant consequences are central questions within the science of both pure and applied ecology. Spatial heterogeneity is indeed of primary interest within the field of ecological restoration for both the conception and evaluation of projects. The work that has been developed during this PhD project encompasses a study of spatial patterning set against a background of ecological restoration. The study was carried out with a model study system, within an anthropogenic system: the banks of channels deriving the river Rhône. I have analysed the links between plant spatial patterns and their biological traits in this model system with an underlying aim of understanding their role in both community structuring and functioning within a hierarchical system. This approach is based upon the analysis of spatial patterns from the plant neighbourhood through to the landscape scale: i.e. from centimetric scales to kilometric scales. In doing so, this needed to combine concepts and methodological techniques derived from remote sensing, spatial statistics and functional ecology. The results provided an explanation of the development of spatial pattern of vegetation, at various scales, in interpreting the role of biological traits related to endogenous processes (dispersion and biotic interactions) and/or plant responses to exogenous factors (environmental conditions that have been imposed by restoration work and disturbance). The results also highlighted: (1) the role of three spatial strategies in shaping the pattern of herbaceous communities; (2) some variable relationships between the fine-scale spatial aggregation of tillers of competitive graminoïds and local species coexistence; and, (3) strong correlations between the functional structure and diversity of local communities and the reflectance properties of vegetation derived from high resolution remotely-sensed imagery. Taken together, these results allowed me to establish continuity between local functional assemblages and the spatial heterogeneity of complex ecosystem properties at the landscape level. A synthesis of the results from this study led to the development of a conceptual model that integrates the role of spatial vegetation pattern, plant traits and their interrelationships in the functioning of plant communities at a range of spatial scales from the landscape to the plant neighbourhood. The results from this work also offer practical management perspectives for the evaluation of restoration projects.
La structuration et les effets de l'hétérogénéité spatiale des organismes font l'objet d'un questionnement transversal à l'écologie. Leur prise en compte correspond aussi à une préoccupation grandissante pour la conception et l'évaluation des projets de restauration écologique. Le travail qui a été développé au cours de cette thèse s'inscrit dans ce contexte. Avec comme modèle d'étude un système fortement anthropisé – les digues restaurées des canaux de dérivation du Rhône – j'ai analysé les liens unissant la structure spatiale des plantes à leurs traits biologiques, en vue de comprendre leurs rôles dans la structure et le fonctionnement des communautés végétales intégrées au coeur d'un système hiérarchisé. Cette démarche repose sur l'analyse des structures spatiales qui s'étendent du voisinage de la plante au paysage, c'est-à-dire des dimensions géographiques allant du centimètre jusqu'au kilomètre. Dans cette perspective il a été nécessaire de croiser des approches issues des statistiques spatiales, de l'écologie fonctionnelle et de la télédétection. Les résultats obtenus permettent d'expliquer la genèse de structures spatiales végétales, à diverses échelles, à partir de traits biologiques qui interviennent dans la manifestation de processus endogènes (dispersion et interactions biotiques) et/ou dans la réponse des plantes à des facteurs exogènes (conditions environnementales imposées par des travaux de restauration et perturbations). Ils mettent également en lumière 1) le rôle de trois stratégies spatiales dans la structuration des communautés herbacées; 2) des relations variables entre l'agrégation fine de graminées monopolistes et la coexistence des espèces au niveau du voisinage de la plante ; et 3) des relations fortes entre la structure/diversité fonctionnelle des communautés et les propriétés de réflectance de la végétation dérivées d'images aériennes à haute définition. Ceci permet d'établir une continuité entre des assemblages fonctionnels locaux et l'hétérogénéité spatiale de propriétés écosystémiques complexes au niveau du paysage. Une synthèse de cette étude conduit à proposer un modèle conceptuel qui intègre le rôle des structures spatiales végétales, des traits des plantes et de leurs interactions, dans le fonctionnement des communautés végétales en lien avec leurs niveaux adjacents (n+1 : le paysage ; n-1 : le voisinage de la plante). Enfin, les résultats qui ressortent de ce travail ouvrent des perspectives d'application pour l'évaluation et la gestion des projets de restauration.