Filling the gap in functional trait databases: Use of ecological hypotheses to replace missing data

Functional trait databases are powerful tools in ecology, though most of them contain large amounts of missing values. The goal of this study was to test the effect of imputation methods on the evaluation of trait values at species level and on the subsequent calculation of functional diversity indices at community level using functional trait databases. Two simple imputation methods (average and median), two methods based on ecological hypotheses, and one multiple imputation method were tested using a large plant trait database, together with the influence of the percentage of missing data and differences between functional traits. At community level, the complete-case approach and three functional diversity indices calculated from grassland plant communities were included. At the species level, one of the methods based on ecological hypothesis was for all traits more accurate than imputation with average or median values, but the multiple imputation method was superior for most of the traits. The method based on functional proximity between species was the best method for traits with an unbalanced distribution, while the method based on the existence of relationships between traits was the best for traits with a balanced distribution. The ranking of the grassland communities for their functional diversity indices was not robust with the complete-case approach, even for low percentages of missing data. With the imputation methods based on ecological hypotheses, functional diversity indices could be computed with a maximum of 30% of missing data, without affecting the ranking between grassland communities. The multiple imputation method performed well, but not better than single imputation based on ecological hypothesis and adapted to the distribution of the trait values for the functional identity and range of the communities. Ecological studies using functional trait databases have to deal with missing data using imputation methods corresponding to their specific needs and making the most out of the information available in the databases. Within this framework, this study indicates the possibilities and limits of single imputation methods based on ecological hypothesis and concludes that they could be useful when studying the ranking of communities for their functional diversity indices. (Résumé d'auteur

Reconciling production and biodiversity in management of pastures and grasslands

International audienceGrasslands are crucial for the conservation of biodiversity across the world. Current agricultural 4 practices have increasingly replaced grasslands by crops or managed them more intensively, resulting in a 5 dramatic reduction of biodiversity. Is it possible to reconcile profitable grassland production with conservation of 6 biodiversity? This chapter reviews research on the relationship between biodiversity and the quantity and 7 quality of biomass produced by grasslands. The chapter shows it is possible to manage grasslands to reconcile 8 production and biodiversity of grasslands

La biodiversité des prairies au cœur des débats de l’AFPF : enjeux et perspectives

Lors de la Conférence de Rio, la France s'est engagée à conserver la diversité des espèces et des écosystèmes sur son territoire, mais la biodiversité n'est pas encore une préoccupation majeure dans la gestion des systèmes fourragers. En organisant des Journées techniques sur ce thème, l'AFPF a ainsi relevé le défi de montrer les liens qui existent entre biodiversité et systèmes fourragers : la biodiversité assure des fonctions écologiques et agronomiques, mais de nouveaux concepts et outils sont à mettre en \u9cuvre ; elle peut avoir un effet positif sur l'économie des exploitations agricoles ; des solutions techniques existent pour trouver des compromis entre fonctions de production et de maintien de la biodiversité ; la préservation de la biodiversité doit bien sûr prendre en compte la dimension sociale. Autant d'axes de travail en perspective où l'AFPF pourra jouer son rôle en contribuant à la diffusion de l'information et des résultats\u85At the Rio Conference, France undertook to maintain the diversity of species on its territory, but in the management of the forage systems biodiversity has not yet become a major concern. In its technical sessions devoted to this theme, the AFPF society met this challenge and showed the links existing between biodiversity and the forage systems : biodiversity has ecological and agronomical impacts, but new ideas and new tools have to be implemented ; it may have a positive effect on the economy of the farms ; technical solutions exist for compromises between the production functions and the preservation of biodiversity ; the latter has of course to take into account the social dimension. All this points to new directions of study, where AFPF will be able to play its part, contributing to the diffusion of information and of the results

Evaluation des sources d'espèces et des déterminants de la diversité végétale des parcelles agricoles (interchamps, stock semencier, pratiques agricoles et paysage de l'Installation Expérimentale Inra ASTER Mirecourt)

L'un des moyens pour faire face à la réduction de l'utilisation d'intrants de synthèse est de favoriser durablement les services agro-écologiques de la diversité végétale. Pour cela, l'agriculteur devra adapter ses modes de gestion. Ma thèse s'inscrit dans l'objectif finalisé d'apporter à l'agriculteur, de l'aide à la gestion de cette diversité végétale sur le territoire de son exploitation. Je me suis fixé 2 objectifs de recherche : i) vérifier si les interchamps et le stock semencier constituent des sources d'espèces pour le centre des parcelles agricoles et ii) quantifier l'influence de la dynamique de deux grands groupes de facteurs, représentée sous la forme de trajectoires de parcelles, sur la diversité végétale : les pratiques agricoles et les caractéristiques de la mosaïque paysagère.J'ai mené ce travail sur l'ensemble du parcellaire de l'Installation Expérimentale de l'Inra ASTER Mirecourt, dont les systèmes de production (polyculture-élevage bovin laitier) sont convertis à l'agriculture biologique depuis 2004. J'ai caractérisé la végétation - en place dans les interchamps et au centre des parcelles, et dans le stock semencier - des parcelles en prairies permanentes et en champs cultivés selon deux approches complémentaires : taxonomique au rang de l'espèce et fonctionnelle à partir de sept propriétés rendant compte de la dissémination, de l'établissement et de la survie des espèces végétales. J'ai caractérisé les trajectoires des parcelles, sur une durée de neuf ans, soit à partir des pratiques agricoles mises en œuvre chaque année, soit à partir des caractéristiques annuelles de la mosaïque paysagère. Cette mosaïque correspond aux différentes occupations du sol obtenues à partir de relevés de terrain ou d'enquêtes auprès des exploitants.Je montre que le stock semencier et les interchamps ne constituent pas des sources potentielles d'espèces végétales pour le centre des parcelles, champs cultivés ou prairies permanentes. En revanche, ce sont des refuges importants pour une grande partie des espèces prairiales. Au vu de mes résultats, je fais l'hypothèse que les interchamps sont des puits d'espèces adventices en champs cultivés. J'ai également mis en évidence que le gradient fonctionnel de la végétation prairiale entre la bordure et le centre s'étend jusqu'à 2 m seulement.Enfin, la diversité végétale des parcelles étudiées est principalement influencée par la trajectoire des parcelles selon les caractéristiques de la mosaïque paysagère et par les pratiques agricoles mises en œuvre durant l'année en cours. Les caractéristiques du sol ont un rôle très minoritaire. Ces trois groupes de facteurs expliquent à eux seuls plus des trois quarts de la variabilité de la composition fonctionnelle de la végétation.La gestion de la diversité végétale des parcelles agricoles d'une exploitation peut donc être menée en partie par l'agriculteur. Cependant, compte-tenu des effets de la trajectoire des parcelles selon les caractéristiques paysagères, il est nécessaire de mettre aussi en place une gestion collective de la végétation entre les différents acteurs partageant le territoireOne of the means to offset the decrease of pesticide use is to favour agro-ecological services of plant diversity. In this aim, farmer will have to adapt its farming management. My work partly answers to the following applied objective: to bring to the farmer some advices for the management of plant diversity on the farm territory. I have two scientific objectives: i) to verify if field boundaries and soil seed bank are potential sources of plant species for field centres; ii) to quantify the relative influence of dynamics of two factor groups, characterized as field paths, on plant diversity: farming practices and characteristics of landscape mosaïc.I have carried out this study on the experimental farm of INRA ASTER Mirecourt. Its farming systems (mixed crop-dairy systems) have been converted to organic farming since 2004. I have characterized vegetation - established vegetation in field boundaries and in field centres, and vegetation in the soil seed bank - of permanent grasslands and arable fields with complementary approaches: taxonomical approach based on the species, and functional approach based on seven functional properties about dispersal, establishment and persistence of plant species. I have characterized field paths, along nine years, either from farming practices set up on field, either from annual characteristics of landscape mosaïc. I have represented this landscape mosaïc as a mosaïc of distinct land-uses. All of them and their spatialization have been determined from farmer surveys or landscape observations.My results show that soil seed bank and field bboundaries are not potential sources of plant species for field centres, in both permanent grasslands and arable fields. On the other hand, they are efficient refuges for a large part of grassland species. According to my results, I hypothesize that field boudaries are species sinks in arable fields. I also highlight that functional gradient of grassland vegetation in the field edge, between field margins and field centres, is spread until 2 m only.Finally, plant diversity in studied fields is mainly influenced by field path according landscape mosaïc and by farming practices set up the same year of vegetation sampling. Soil characteristics have a minor influence. These three groups of influent factors explain more than 75 % of the functional composition variability of the vegetation in field centres.The management of plant diversity in agricultural fields of a given farm can be partly reach by the farmer. However, according to the effects of field paths about landscape mosaïc, it is necessary to set up a collective management of plant diversity with all actors sharing the studied territoryNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Photosynthèse, répartition des assimilats et rhizodéposition chez le maïs (Zea Mays L.) soumis à la compaction du sol

NANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

PHOTOSYNTHESE, REPARTITION DES ASSIMILATS ET RHIZODEPOSITION CHEZ LE MAIS (ZEA MAYS L.) SOUMIS A LA COMPACTION DU SOL

NANCY/VANDOEUVRE-INPL (545472102) / SudocSudocFranceF

Évaluation de l'impact des pratiques agricoles sur les fonctions de la biodiversité à l'aide d'indicateurs agri-environnementaux (approche globale et développement d'un indicateur de "résistance aux stress biotiques")

Des outils d évaluation pertinents sont nécessaires pour évaluer l impact des pratiques agricoles sur les fonctions assurées par la biodiversité de l échelle de la parcelle à l échelle du territoire. L objectif et l innovation du présent travail a été d explorer une nouvelle méthode de création d un outil d évaluation des fonctions de la biodiversité. Nous avons choisi comme méthode d évaluation les indicateurs agri-environnementaux, qui permettent d évaluer l impact des pratiques agricoles sur les compartiments de l environnement (eau, sol, air, faune et flore) et aident à la prise de décisions. Nous proposons donc une architecture générale d un indicateur de biodiversité fonctionnelle et le détail d un indicateur de fonction agronomique d importance: la résistance aux stress biotiques. Au sein de cet indicateur se trouve un sous-indicateur : le rôle des auxiliaires terrestre . Les carabes seront utilisés comme auxiliaire modèle pour la construction de ce sous-indicateur. Deux méthodes de construction d indicateurs sont comparées: une méthode à dire d expert et une méthode par fouille de données, cette deuxième méthode représentant une innovation de la thèse. Les résultats de ces méthodes sont ensuite comparés à des mesures de terrain conduit sur le territoire de Vittel. Les mesures de terrain ont concerné le suivi des populations de carabes, et l organisation du territoire agricole. Un traitement par un système d information géographique a permis la validation des indicateurs obtenusRelevant tools for assessment are necessary to evaluate the impact of agricultural pratices on the functions provided by biodiversity at the plot scale to the landscape scale. The goal and the innovation of this work has been to explore a new method of creation of an assessment tool of the biodiversity functions. We have chosen like assessment method the agri-environmental indicators, which make it possible to evaluate the impact of agricultural practices on environment compartments (water, soil, air, fauna and flora) and help to decision-making. We thus propose a general architecture of an indicator of functional biodiversity and the detail of an agronomic function indicator of importance: resistance to the biotic stresses. Within this indicator, an under-indicator is: the role of the terrestrial auxiliaries . Carabids will be used as model auxiliary for the construction of this under-indicator. Two building methods of indicators are compared: a method with expert saying and a method with data mining, this second method representing an innovation of the thesis. The results of these methods are then compared with field datas leads on the Vittel territory. Field datas related to the follow-up of the carabid populations and the organization of the agricultural landscape. A treatment by a geographical information system allowed the validation of the indicators obtainedNANCY/VANDOEUVRE-INPL (545472102) / SudocSudocFranceF

Modélisation de l'effet des pratiques agricoles sur la diversité végétale et la valeur agronomique des prairies permanentes en vue de l'élaboration d'indicateurs agri-environnementaux

Nous posons l'hypothèse selon laquelle il est nécessaire d'élaborer un modèle mathématique de prévision de la diversité végétale et de la valeur agronomique des prairies permanentes pour construire des indicateurs de gestion des prairies permanentes en fonction de l'ensemble des pratiques agricoles qui y sont appliquées. Nous montrons que la régression multiple ne permet pas d'obtenir de modèles performants de la diversité végétale. En revanche, la prédiction de la valeur pastorale est assez performante si l'on tient compte des facteurs du milieu (pH, humidité, etc.). Cependant, ces bons résultats ne concernent que les prairies mixtes de Lorraine, en raison d'un faible nombre de données disponibles. Pour modéliser la diversité végétale, nous proposons une modélisation basée sur des systèmes experts associé à la logique floue. Cette modélisation est l'une des premières applications concrètes de la théorie des groupes fonctionnels basés sur les traits de vie des espèces végétales. Nous montrons qu'il est possible de diagnostiquer et prédire la végétation (liste d'espèces végétales) et la valeur patrimoniale d'une prairie, sans réaliser de relévés floristiques, en se basant uniquement sur les traits de vie déjà identifiés dans la littérature. Des indicateurs sont obtenus en rapportant les résultats du modèle à des valeurs régionales de diversité végétale et de valeur pastorale.We set out the hypothesis according which it is necessary to elaborate a mathematical model for the prediction of vegetal diversity and of agronomical value of permanent grasslands. The fmal aim is to set up indicators of permanent grassland management according to the agricultural practices applied there. We demonstrate that multiple regression analysis does not allow obtaining effective models of vegetal diversity. Nevertheless, the prediction of pastoral value is rather effective when considering the environmental factors (pH, moisture, etc.). However, these results do not concern the mixed grasslands of Lorraine, because of a weak number of available data. ln order to predict vegetal diversity and agronomic value, we propose a model based on expert systems associated to fuzzy logic. This modelisation is one of the ftrst concrete applications of the theory of functional groups based on life traits of plant species. We show that it is possible to diagnose and predict vegetation (list of vegetal species) and the patrimonial value of grassland, without realizing floristic relevés, by being based only on the life traits already identified in litterature. lndicators are obtained by reporting the model's results on an abacus ofregional values of vegetal diversity and ofpastoral value.NANCY/VANDOEUVRE-INPL (545472102) / SudocSudocFranceF