___________________________________________________________________________________________________________ G©rard LACROIX

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  • ___________________________________________________________________________________________________________ www.biologie.ens.fr/bioemco Grard LACROIX Laboratoire "Biogochimie et Ecologie des Milieux Continentaux" UMR 7618 - Bioemco Ecole Normale Suprieure, 46 rue dUlm, 75230 Paris cedex 05 lacroix@biologie.ens.fr De la comprhension de la structure des rseaux trophiques la gestion des cosystmes: Sminaire 2011 RP2E Ressources, Procds, Produits, Environnements 20 janvier 2011
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  • 88117 63 85 101 47 90 59 116 51 77 79 133 4648 444556 45564459 4785 6351 8890 77 79 69 116 101 4648 117 122 103 133 52 97 53 54 55 5758 89 94 113 118 60 61 70 71 98 62 87 124 64 65 75 78 66 76 67 72 68 95 96 99 100 102 104 105 106 107 108 73 74 80 109 81 82 83 84 86 110 111 112 113 114 115 120 119 121 125 126 127 128 129 130 91 92 93 132 134 131 1234567891011 12 13 14 15 16 17 18 19 2021222324252627282930 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 43 4142 Basal resourcesPrimary consumersHigher consumersParasites
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  • Lac de Crteil Microcosmes Modles thoriques Dakar Dakar-Bango Bandama - Lamto CEREEP - Foljuif Couplage dapproches
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  • Manipulation de la structure des rseaux trophiques Effets en cascade marqus du zooplancton herbivore Effets en cascade marqus des poissons planctivores Confrontation des modles thoriques Interactions nutriments x poissons ( Bottom-up versus Top-down control )
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  • Gestion de milieux et conception damnagements durables, adaptatifs, multifonctionnels, bass sur les mcanismes qui gouvernent les systmes cologiques (auto-organisation, rtroactions ngatives, diversit leve, structures htrognes, rsilience) La stratgie gnrale caractrisant lingnierie cologique est la mise en place de pratiques de gestion minimisant le travail humain et maximisant le travail naturel, tout en minimisant les effets collatraux dfavorables. Trois grandes catgories dobjectifs : -Rhabilitation dcosystmes dgrads, et restauration de communauts fonctionnelles. -Cration de nouveaux cosystmes durables qui ont une valeur pour lhomme et pour la biosphre. -Mise au point doutils biologiques pour rsoudre des problmes de pollution, rtablir ou maximiser des services cosystmiques. Ingnierie cologique
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  • Enrichissement des eaux en lments nutritifs (phosphore, azote) qui aboutit gnralement une prolifration d'algues planctoniques ou de cyanobactries, parfois toxiques. Ces prolifrations : -rduisent la transparence -induisent une accumulation de matire organique morte -induisent un dficit en oxygne, voire une anoxie, dans les couches profondes des milieux aquatiques -favorisent la dgradation de la qualit physico-chimiques, biologique, cologique, esthtique et sanitaire des eaux -Aboutissent des mortalits massives et une baisse de la biodiversit -Rduisent considrablement les services cosystmiques - Augmentent les risques de sant pour les animaux et les humains Eutrophisation
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  • Spring total phosphorus (mg/m 3 ) Daprs Dillon et Rigler (Limnol. Oceanogr.,1974) -P-PO 4 -- rare dans les cosystmes aquatiques -Importance du contrle par les ressources -Les lacs sont essentiellement des puits en phosphore (eutrophisation = processus naturel) -Sdiments bien oxygns: P complex avec Fe +++, Al, etc. -Sdiments anoxiques: Fe ++ => libration de P X 1000 Charge en P Biomasse algale Libration P par sdiment Anoxie sdiment Augmentation du recyclage interne en P Production de phytoplancton souvent limite par le phosphore
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  • -De faibles ratios N/P et une limitation en N favorisent les cyanobactries: -Souvent peu contrles par les herbivores (impasses trophiques) -Parfois toxiques pour les autres algues, les animaux aquatiques et les mammifres -Leutrophisation des eaux dpend en premier lieu : - des effluents urbains - des fertilisants agricoles - des apports de matire organique allochtone (rosion) -Laugmentation de P a souvent conduit un changement des facteurs limitant les producteurs primaires (limitations successives en P, N, et CO 2 ) Cyanobactries parfois capables de fixer lazote gazeux N 2 Eutrophisation et loi de Leibig
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  • ELA Lake 226 D. Schindler 1974 +C +N +C +N +P
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  • Jeppessen et al. (2005, Freshwater Biology): rponse long terme de 35 lacs la rduction des apports en nutriments - 5 35 ans (moyenne 16 ans) - Profondeur moyenne de moins de 5 m 177 m - Phosphore de 7,5 3500 g L -1 - latitude: 28-65 - Diminution de la teneur en phosphore total et en phosphates - Nouvel quilibre aprs 10 - 15 ans - Augmentation du ratio N/P dans 80 % des lacs - Augmentation de la transparence de leau - Diminution de la biomasse du phytoplancton - Evolution de la composition des communauts algales lies la profondeur - Pas toujours une diminution des cyanobactries Pour contrler les algues: rduire les intrants en phosphore
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  • Relation phosphore-chlorophylle a en milieux lacustres (Daprs Dillon et Rigler, Limnol. Oceanogr.,1974) Importance des ressources ( bottom-up control ) Uniquement un problme de nutriments?
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  • Des lacs avec des apports en nutriments similaires, peuvent tre clairs ou turbides La transition entre ces deux tats alternatifs nest gnralement pas graduelle en fonction des apports en nutriments. Des transitions rapides entre ces tats peuvent survenir sous laction de forces extrieures. Des mcanismes retroactifs entranent une certaine stabilit de ces tats. Des tats alternatifs
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  • effets en cascade phytoplancton zooplancton piscivores nutriments planctivores De la chane alimentaire aux rseaux trophiques complexes
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  • effets en cascade Cascades trophiques lchelle des communauts phytoplancton zooplancton piscivores nutriments planctivores zooplancton Nutriments planctivores phytoplancton De la chane alimentaire aux rseaux trophiques complexes 1.En absence de prdation, le zooplancton herbivore peut contrler la biomasse de la communaut algale. 2.Les poissons planctophages peuvent induire une augmentation du phytoplancton en consommant le zooplancton herbivore.
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  • effets indirects complexes effets en cascade phytoplancton zooplancton piscivores nutriments planctivores zooplancton Nutriments planctivores phytoplancton De la chane alimentaire aux rseaux trophiques complexes Neo Martinez Cascades trophiques lchelle des espces? Cascades trophiques lchelle des communauts
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  • Ln (taux de filtration des Cladocres) Ln (Chl a) (daprs Bertolo et al., Arch. Hydrobiol. 2000)
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  • X Les cascades trophiques en lac - Ne sont pas toujours lies la biomasse du zooplancton - Sont fortement lies la structure des communauts biomasse totale du zooplancton (g PS L -1 ) Taux de filtration par le zooplancton (mL L -1 Jour -1 ) Contribution des cladocres Sans poissons Avec poissons
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  • Sans Poissons Avec Poissons Gros zooplancton Faible biomasse algale Eaux claires Petit zooplancton Forte biomasse algale Eaux turbides Des rseaux trophiques contrasts Exprience en msocosmes long terme sur le lac de Crteil (Ile-de-France)
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  • Abondance du phytoplancton Sonde fluorimtrique BBE (g q. Chlor. a L -1 ) Plus de 10 fois plus de phytoplancton sur 14 mois dans les enceintes avec des poissons planctonophages Avec poissons Sans poissons g Chlor. a L -1 biomasse du zooplancton ( mg PS L -1 ) Avec poissons Sans poissons (mg PS L -1 ) Les cascades trophiques ne sont pas lies la quantit de zooplancton herbivore
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  • phytoplancton zooplancton piscivores nutriments planctivores Interactions ressources x prdateurs : des modles thoriques
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  • Rseau bas sur des groupes fonctionnels ( espces trophiques ). (modifi daprs Carpenter et Kitchell, 1993, The trophic cascade in lakes, Cambridge University Press). Zooplancton carnivorePoissons planctonophages Petits herbivores Grands herbivores Petites algues Algues moyennes Grandes algues Phosphore Intgrer la complexit fonctionnelle des rseaux trophiques
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  • Modle mathmatiqueRsultats exprimentaux Mthode qualitative des boucles (Levins, 1974; Pucia et Levins, 1985) Effets directs positifs Effets directs ngatifs Hulot, Lacroix, Lescher-Moutou et Loreau. 2000. Functional diversity governs ecosystem response to nutrient enrichment. Nature, 405: 340-344
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  • Modle mathmatiqueRsultats exprimentaux Effets directs positifs Effets directs ngatifs Pas de modle gnral, mais des structures particulires dont on peut prdire le fonctionnement Hulot, Lacroix, Lescher-Moutou et Loreau Nature, 2000
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  • Slectivit des herbivores Burns C. W. Limnol. Oceanogr. (1968) sans poissons avec poissons Prdation slective sur le zooplancton et capacit de filtration du zooplancton herbivore
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  • Prdation et Structure en taille du phytoplancton Expriences en msocosmes sur le lac de Crteil
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  • 0 500 1000 Algues, seston Bactries Zooplancton Poissons C:P ratio Stchiomtrie cologique : tude de lquilibre des lments chimiques dans les interactions cologiques (Elser et al. 2000) (C x P y ) consommateur + (C a P b ) ressource Q(C x P y ) consommateur + (C a P b ) dchets C: x + a = Qx + a P: y + b = Qy + b Q = Facteur de croissance du consommateur Rseaux trophiques et cycles des nutriments: apports de la stoechiomtri