Physical habitat modifications by submerged aquatic vegetation : consequences for biogeochemical processes and feedbacks for plants
Modifications physiques de l'habitat par les végétaux aquatiques : conséquences pour les processus biogéochimiques et rétroactions pour les plantes
Résumé
Submerged aquatic vegetation often grows in lotic systems in patches generated by scale-dependent feedbacks. As ecosystem engineers, plants modify the physical environment triggering positive feedbacks within the patch and negative feedbacks alongside the patch, resulting in regular pattern formation. These scale-dependent feedbacks enable to explain only the lateral expansion of patches, but not their longitudinal development. The objective was to study the processes that trigger positive and negative feedbacks for plants along patches and the consequences for patch dynamics. In situ coupled measurements of hydrodynamics, sediment characteristics, and plant morphology were performed along patches of increasing length. The results demonstrated that a minimum patch length was needed to induce in-patch velocity reduction and fine sediment accumulation. As a consequence of these modifications, patch length influenced the nutrient concentrations in interstitial water of the in-patch sediment, this effect being observed only over a certain threshold length. Over this threshold length, the sediment presented an accumulation of ammonium and depletion of nitrates. Plant height was related to patch length by a quadratic relationship, suggesting that negative feedbacks occur over a certain patch length, probably due to the high ammonium concentration that can be toxic for plants in the range measured. The threshold lengths over which patches influence the biogeochemical processes and negative feedbacks occur were reduced in the ecosystem presenting the highest nutrient level. The results also demonstrated that the physical habitat modifications induced by patches depend on the plant traits and patch characteristics. The plant-induced modifications of the physical habitat have cascading effects on the biogeochemical processes and plant growth, which depended on the environmental conditions, with consequences for patch dynamics and ecosystem functioning
Dans les systèmes lotiques, la végétation aquatique se développe en formant des taches générées par des rétroactions échelle-dépendantes. Les plantes modifient l'environnement physique (i.e. organismes ingénieurs), induisant des rétroactions positives dans les taches et négatives à côté, ce qui conduit à la formation de patrons réguliers. Ces rétroactions échelle-dépendantes ne permettent d'expliquer que l'expansion latérale des taches, mais pas leur développement longitudinal. L'objectif était d'étudier les processus qui induisent des rétroactions pour les plantes et les conséquences pour la dynamique des taches. Des mesures de l'hydrodynamique, des caractéristiques des sédiments et de la morphologie des plantes ont été faites in situ le long de taches de longueur croissante. Les résultats ont démontré qu'une longueur minimale est nécessaire pour induire une réduction de la vitesse du courant et une accumulation de sédiments fins dans les taches. L’ensemble conduit à des changements des concentrations en nutriments dans l'eau interstitielle au delà d’une certaine longueur de tache, consistant en une accumulation d'ammonium et une diminution des nitrates. La hauteur des plantes est liée à la longueur de la tache selon un modèle quadratique, suggérant l’existence d’une rétroaction négative au delà d’une longueur seuil, probablement due à la concentration élevée en ammonium qui peut être toxique pour les plantes. Les longueurs au delà desquelles ont lieu des changements des processus biogéochimiques et des rétroactions négatives sont plus faibles dans l’écosystème avec le niveau de nutriments le plus élevé. Enfin, les modifications de l'habitat induites par les taches dépendent des caractéristiques des plantes et des taches. Ces modifications induites par les plantes ont des effets en cascade sur les processus biogéochimiques et la croissance des plantes, avec des conséquences pour la dynamique des taches et le fonctionnement de l'écosystème
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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