Titre du stage : Distribution de la biodiversité en milieu urbain, aspects écologiques et sociétaux








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Spécialité Ecologie, Biodiversité et Evolution

Proposition de stage de M2 RECHERCHE

Année 2009/2010
Stage de Fanny Dommanget
Titre du stage : Espèces invasives en berges de rivières : rôle du couvert végétal et de la compétition pour la lumière dans le développement des Renouées asiatiques.
Laboratoire d’accueil :

Cemagref, Grenoble Régional Centre, Unité de Recherche Ecosystèmes montagnards

Domaine Universitaire

2- rue de la papeterie BP 76

F-38402 Saint-Martin d’Hères Cedex
Responsable du stage :

Nom : André Evette, chercheur en écologie végétale et ingénierie écologique

Tél : +33 (0)4 76 76 27 06

Fax : +33 (0)4 76 51 38 03

Email : andre.evette@cemagref.fr
Encadrement du stage :

André Evette, Thomas Spiegelberger, Freddy Rey et Georges Kunstler.
Références dans le domaine :
Evette, A., A. Bédécarrats, and G. Bornette. 2009. Environmental constraints influence clonal traits of herbaceous plant communities in an Alpine massif Folia Geobotanica & Phytotaxonomica 44:95-108.

Evette, A., S. Labonne, F. Rey, F. Liébault, O. Jancke, and J. Girel. 2009. History of bioengineering techniques for erosion control in rivers in Western Europe. Environmental Management 43:972-984.

Evette, A., C. Balique, C. Lavaine, and F. Rey. 2009. Using ecological and biogeographical features to achieve a typology of the plant species used in riverbank protection bioengineering in Europe. in EGU, Vienna.

Pottier, J., and A. Evette. Sous presse. Empirical test of the spatial pattern and process relationship at the plant neighbourhood scale Folia Geobotanica & Phytotaxonomica.

Burylo M., Rey F., Delcros P. 2007. Abiotic and biotic factors influencing the early stages of vegetation colonization in restored marly gullies (Southern Alps, France). Ecological engineering, vol. 30, pp. 231-239.

Spiegelberger T., Daumergue N., Anthelme F. (2009) Installation des renouées exotiques en milieu montagnard. Oral presentation, ECOVEG5. Gembloux, Belgique.

Spiegelberger T. , Anthelme,F., Gourgues F. (2008) Propagule pressure, not climate mainly limits Fallopia x bohemica’s current distribution. Oral presentation, EURECO, Leipzig, Germany.

Spiegelberger T., Daumergue N., Anthelme F. (2009) Installation des renouées exotiques en milieu montagnard. Oral presentation, ECOVEG5. Gembloux, Belgique.

Description du stage (1 page maximum)
Ce stage se situe dans le domaine de l’écologie des communautés. Il s’intéresse aux modalités de développement des espèces végétales invasives sur les berges de cours d’eau. En effet le développement des espèces invasives apparaît comme une des menaces majeures qui pèse sur la biodiversité (Thuiller 2007). Les espèces invasives sont particulièrement virulentes sur les berges de cours d’eau, notamment en raison du fort régime de perturbation qui y règne (Planty-Tabacchi et al. 1996). Mais l’invasion en elle même ne constitue pas nécessairement un problème, c’est lorsqu’une invasive devient très abondante qu’elle présente une menace réelle pour les écosystèmes (Siemens and Blossey 2007). La disponibilité en lumière apparaît comme un des éléments qui va déterminer l’abondance des invasives (Siemens and Blossey 2007).

Lors de travaux de restauration écologique, il est possible de piloter les écosystèmes en vue d’avancer leur stade successionnel par l’implantation de ligneux, et donc d’agir sur la disponibilité en lumière des milieux ainsi créés. Cette étude sera ainsi ciblée sur les processus écologiques qui conduisent au développement et à la domination de l’espèce envahissante dans un écosystème, et principalement le rôle de la compétition pour la lumière.

La finalité de cette recherche est de fournir aux gestionnaires de cours d’eau des éléments de compréhension pour la lutte contre cette espèce envahissante, notamment dans la gestion et l’aménagement d’ouvrages de génie végétal.

Les berges de cours d’eau constituent des zones d’interface (ou écotones) entre milieux terrestres et aquatiques et présentent une très grande richesse biologique, tant pour la flore que pour la faune (Decamps 2003). Ces habitats jouent ainsi un rôle majeur de corridors biologiques pour les invertébrés et vertébrés (Naiman et al. 1993). Dans les milieux à forte pression anthropique, l’invasion des berges de cours d’eau par des plantes invasives va donc à la fois jouer sur la diversité spécifique de ces milieux, mais également sur la diversité des différents taxons qui utilisent ces corridors dans leurs déplacements (Gerber et al. 2008).

Ces invasions sont bien sûr déterminées par les capacités physiologiques des espèces, mais elles le sont également par des facteurs biotiques comme la compétition ou des facteurs abiotiques comme les conditions de sol ou de climat, ou encore par la disponibilité de l’habitat (Tickner et al. 2001, Pysek and Prach 2003).

Les espèces modèles sont les renouées asiatiques (Fallopia japonica [Houtt.] Ronse Decraene / sachalinense [Schmidt Petrop.] Ronse Decraene / bohemica Chrtek & Chrtkova), considérées parmi les espèces invasives les plus menaçantes d’Europe (selon le programme de la Commission Européenne DAISIE - Delivering Alien Invasive Species Inventories for Europe1) et qui sont en extension et intéressent à ce titre fortement les gestionnaires.

Les renoués présentes en France sont issues de l’espèce Fallopia japonica, de Fallopia sakhalinensis et leur hybride Fallopia bohemica, cette dernière présentant un taux de régénération végétative bien plus élevé que les deux autres (Bimova et al. 2003).

Ces espèces présentent de très fortes capacités compétitives. Elles sont présentes en milieux perturbés, mais aussi en milieu forestier peu perturbé où elles apparaissent cependant avec des densités inférieures (Bimova et al. 2004). Ces capacités compétitives sont notamment liées à leur forte capacité de multiplication végétative (Bimova et al. 2003), à leur forte croissance (Price et al. 2001) et à leur production de composés phénoliques allélopathiques (Vrchotová and Šerá 2008 ). Le développement de la renouée entraîne généralement une diminution drastique de la richesse spécifique des communautés végétales et d’invertébrés (Bimova et al. 2004, Gerber et al. 2008, Maurel et al. 2009).
La bibliographie montre que le développement de la renouée est dépendant de nombreux paramètres comme le recrutement (Forman and Kesseli 2003), la variété de renouée (Bimova et al. 2003), le type de formation végétale en lien avec le taux de perturbation (Bimova et al. 2004), la distance à la route (Spiegelberger en préparation), le pH du sol et la granulométrie du substrat, les conditions climatiques et notamment de lumière (Schnitzler and Schlesier 1997),… La renouée va également être dépendante des conditions de sol initiales, mais va aussi les modifier. En effet Fallopia japonica est connue pour augmenter les flux de nutriments dans l’écosystème et la fertilité du sol superficiel (Dassonville et al. 2007). Elle dispose par ailleurs d’un taux de recyclage des photo-assimilats particulièrement élevé (Price et al. 2001).
La renouée est une géophyte généralement considérée comme rudérale et possédant une bonne affinité pour la lumière (Lauber and Wagner 1998, Forman and Kesseli 2003), et apparaît ainsi comme un taxon de début de succession. Si dans son milieu d’origine ce taxon pionnier favorise l’arrivée d’autres espèces de stade successionnel plus avancé (Adachi et al. 1996), là où elle est invasive, la renouée est susceptible de bloquer les successions en excluant la régénération de toutes les autres espèces végétales (Dassonville et al. 2007).
Par ailleurs, des résultats montrent que si les habitats forestiers peuvent être colonisés, les densités de renouée observées y sont moindres (Bimova et al. 2004). Ainsi les saulaies semi-naturelles sont infestées mais conservent un bon degré de diversité, les forêts riches et bien structurées s’opposent, elles efficacement à l’invasion des renouées (Schnitzler and Schlesier 1997). La question concerne donc les capacités d’invasion de la renouée sous un couvert forestier (ripisylve) de densité variable. Il s’agit d’approcher la réponse de la renouée à la compétition, principalement pour la lumière. Il s’agit également de voir comment ce couvert forestier agit sur la diversité des communautés colonisées par les renouées.
Déroulement du stage

Ce stage comprend deux volets :

  • une étude bibliographique permettra de cerner les éléments d’écologie et de méthode nécessaires à la compréhension du contexte et à la bonne réalisation de l’expérimentation. Cette étude se déroulera du 1er février au 31 mars.




  • une expérimentation sera menée sur le terrain en vu de quantifier, par une approche empirique et quantitative, le rôle de la compétition pour la lumière sur le développement de la renouée et la diversité spécifique végétale. Il s’agira de mettre en évidence l’importance de la présence du couvert végétal autochtone et le rôle de la compétition interspécifique dans le développement des taches de renouée sur les berges de cours d’eau. Pour cela on étudiera simultanément les facteurs biotiques et abiotiques en jeu. Seront ainsi quantifiés, le développement et les caractéristiques des populations de renouées, la composition des différentes strates des communautés végétales, la luminosité et certains facteurs intégratifs des conditions de sol. L’ensemble de ces mesures seront réalisées sur un gradient de couverture végétale. Cette étude sera réalisée pendant la saison de végétation sur des cours d’eau infestés. On procédera à une stratification de l’échantillonnage de parcelles infestées et non infestées en fonction de la couverture de la ripisylve, les différentes modalités étant choisies à proximité sur le même cours d’eau. Les caractéristiques des peuplements autochtones et les facteurs abiotiques seront utilisés comme variables explicatives. Les relevés de terrain auront lieu du 1er avril au 15 mai, le dernier mois sera consacré à la rédaction du rapport.


Ce stage pourrait se poursuivre par une thèse, dans le cadre d’une formation complémentaire par la recherche, dispositif proposé par l’Ecole Nationale du Génie Rural, des Eaux et Forêts.
Bibliographie

Adachi, N., I. Terashima, and M. Takahashi. 1996. Central Die-back of Monoclonal Stands of Reynoutria japonica in an Early Stage of Primary Succession on Mount Fuji. Annals of Botany 77:477-486.

Bimova, K., B. Mandak, and I. Kasparova. 2004. How does Reynoutria invasion fit the various theories of invasibility? Journal of Vegetation Science 15:495-504.

Bimova, K., B. Mandak, and P. Pysek. 2003. Experimental study of vegetative regeneration in four invasive Reynoutria taxa (Polygonaceae). Plant Ecology 166:1-11.

Dassonville, N., S. Vanderhoeven, W. Gruber, and P. Meerts. 2007. Invasion by Fallopia japonica increases topsoil mineral nutrient concentrations. Ecoscience 14:230-240.

Decamps, H. 2003. Ripisylves : la biodiversité par l'instabilité = Biodiversity through instability. Pages 221-230 in Journées d'études sur les ripisylves méditerranéennes, , Pont-du-Gard , FRANCE (10/04/2003).

Forman, J., and R. V. Kesseli. 2003. Sexual reproduction in the invasive species Fallopia japonica (Polygonaceae). American Journal of Botany 90:586-592.

Gerber, E., C. Krebs, C. Murrell, M. Moretti, R. Rocklin, and U. Schaffner. 2008. Exotic invasive knotweeds (Fallopia spp.) negatively affect native plant and invertebrate assemblages in European riparian habitats. Biological Conservation 141:646-654.

Lauber, K., and G. Wagner. 1998. Flora Helvetica. Second Edition, P. Haupt Editions, Berne-Stuttgart-Vienne.

Maurel, N., S. Salmon, J. F. Ponge, N. Machon, J. Moret, and A. Muratet. 2009. Does the invasive species Reynoutria japonica have an impact on soil and flora in urban wastelands? Biological Invasions:1-11.

Naiman, R. J., H. Decamps, and M. Pollock. 1993. The Role of Riparian Corridors in Maintaining Regional Biodiversity. Ecological Applications 3:209-212.

Planty-Tabacchi, A. M., E. Tabacchi, R. J. Naiman, C. Deferrari, and H. Décamps. 1996. Invasibility of species-rich communities in riparian zones. Conservation Biology 10:598-607.

Price, E. A. C., R. Gamble, G. G. Williams, and C. Marshall. 2001. Seasonal patterns of partitioning and remobilization of C-14 in the invasive rhizomatous perennial Japanese knotweed (Fallopia japonica (Houtt.) Ronse Decraene). Evolutionary Ecology 15:347-362.

Pysek, P., and K. Prach. 2003. Research into plant invasions in a crossroads region: history and focus

Biological Invasions 5:337-348.

Schnitzler, A., and S. Schlesier. 1997. Ecologie, biogeographie et possibilites de controle des populations invasives de renouees asiatiques (fallopia japonica et fallopia sachalinensis) en europe. Le cas particulier du bassin rhin meuse. Aerm;centre de recherches ecologiques metz;universite metz;laboratoire de phytoecologie metz.

Siemens, T. J., and B. Blossey. 2007. An evaluation of mechanisms preventing growth and survival of two native species in invasive Bohemian knotweed (Fallopia Xbohemica, Polygonaceae). American Journal of Botany 94:776-783.

Thuiller, W. 2007. BiodiversityClimate change and the ecologist. Nature 448:550-552

Tickner, D. P., P. G. Angold, A. M. Gurnell, and J. O. Mountford. 2001. Riparian plant invasions: hydrogeomorphological control and ecological impacts. Progress in Physical Geography 25:22-52.

Vrchotová, N., and B. Šerá. 2008 Allelopathic properties of knotweed rhizome extracts. PLANT SOIL ENVIRON 54:301-303.


Spécialité Ecologie, Biodiversité et Evolution

Proposition de stage de M2 RECHERCHE

Année 2009/2010
Stage de Sandra GOUTTE
Titre du stage  (internship title): Spatial patterns in species richness and modeling priority areas for conservation of anurans in northwestern Borneo
Laboratoire d’accueil (lab) : Department of Biology, Universiti Brunei Darussalam, Brunei
Responsable du stage  (advisor) :

Nom (name) : Assoc. Prof. Dr. Ulmar Grafe

Tél (phone numbe) : +673 8830209

Fax : +673 2461502

Email : grafe@biozentrum.uni-wuerzburg.de
Références dans le domaine (references in the field):

Cabeza, M. & A. Moilanen 2001. Design of reserve networks and the persistence of biodiversity. Trends in Ecology and Evolution 16:242-248.

Cabeza, M. & A. Moilanen 2003. Site-selection algorithms and habitat loss. Conservation Biology 17:1402-1413.

Chao, A. Chardon, R.L., R.K.Colwell & Tsung-Jen Shen 2005. A new statistical approach for assessing similarity of species composition with incidence and abundance data. Ecology Letters 8:148-159.

Keller, A., K.E. Linsenmair, M.O. Rödel & T.U. Grafe 2009. The importance of environmental heterogeneity for species diversity and assemblage structure in Bornean stream frogs. Journal of Animal Ecology 78:350-358.
Description du stage (internship description) (1 page maximum)

Veuillez SVP indiquer les objectifs du stage et la méthodologie employée (please indicate the internship’s objectives and the methods that will be used).
Aim of this study is to analyze anuran communities within the lowland mixed dipterocarp rainforest and compare their diversity across sites in northwestern Borneo. Relatively few studies have examined species turnover in tropical frogs despite such knowledge being important in understanding the relative roles of historical and current ecological processes in maintaining tropical frog diversity and predicting their responses to climate change.

Ecologists commonly measure species diversity at three different levels: local or within-habitat diversity (alpha diversity), between-habitat diversity (beta diversity), and regional diversity (gamma diversity). Beta diversity measures the variation in species composition between several local or regionally separated assemblages and is a key concept for understanding ecosystem function and management for biodiversity conservation.

We will use replicated incidence data obtained from standardized visual and acoustic encounter surveys to determine the degree of similarity both within and between sites. Several sites will be self surveyed with additional data coming from available data bases. We will also investigate the importance of measured environmental variables (i.e, stream turbidity, stream size, and density of understory vegetation) as deterministic factors of assemblage composition. Furthermore, the macro-scale biogeographical data of incidence will be used to model reserve design within the Heart of Borneo initiative, an attempt to preserve large forest areas in Borneo’s interior.
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