Interactions entre espèces invasives et communautés végétales des berges de cours d'eau : vers l'utilisation du génie écologique dans le contrôle des renouées asiatiques

Traditional methods for the management of Asian knotweeds (Fallopia spp.), among the worst invasive plants worldwide, are fastidious and expensive. Managers try to develop alternative technics such as bioengineering. Habitually used for riverbank protection against erosion, bioengineering also promotes the rapid recovery of plant communities. One issue for the control of Asian knotweeds is to improve such methods in order to restore competitive plant communities able to regulate the invasive populations. In this context, this work aims at better understanding the role of biotic interactions in the regulation of Asian knotweed populations. In this PhD project, we focused on Asian knotweed populations already established, trying to highlight factors that control their performance. Asian knotweeds are rare in mature and structured forests and are known as pioneer species in their native range. Our hypothesis is that competition and particularly competition for light, has a central role in the control of their performance. The objective of this work was to test this hypothesis through i) the evaluation of the role of light in the performance of Asian knotweeds (chapter 1), ii) the study of the role of competitive interactions (chapter 2) and iii) the investigation on the inhibitory effect of Asian knotweed on Salicaceae cuttings in different light conditions (chapter 3). The first chapter highlights, through field measurements, the importance of light quantity filtered by plant canopy relatively to other factors like disturbance and soil resources on aerial biomass production (part 1). Another experiment in semi-controlled conditions, where Asian knotweeds were grown under a light gradient, shows their phenotypic plasticity and puts forward different light thresholds considering biomass production, resource allocation or capacity to filter light. The second chapter focuses more specifically on biotic interactions like competition for light. The first part demonstrates, through the field evaluation of knotweed performance along environmental gradients, the major role of the functional structure of plant community. The second part studies more precisely the respective competitive effects between Salix viminalis (a good candidate for the control of Asian knotweeds) and Asian knotweed. Finally, the last chapter deals with allelopathic effect of Asian knotweed on cuttings of different Salicaceae species. A first analysis shows differential inhibitory effects between Salicaceae species (part 1). A second analysis repeats the first one in different light conditions and highlights resource trade-offs in Asian knotweed which favors light acquisition to secondary compound production. This PhD thesis, at the crossing point of invasion ecology, community ecology and functional ecology, is focused on the highly invasive Asian knotweeds. This work proposes new insights on their ecology allowing a better understanding of their invasive capacities in order to improve their management.Les méthodes traditionnelles de gestion des renouées asiatiques (Fallopia spp.), plantes invasives parmi les plus menaçantes au monde, ont des résultats mitigés et coûteux. Certains gestionnaires s’orientent donc vers des solutions alternatives comme le génie végétal. Ordinairement utilisé contre l’érosion des berges de cours d’eau, il permet également d’installer un couvert végétal rapidement et durablement. Un des enjeux pour le contrôle des renouées asiatiques est donc d’optimiser ces méthodes afin de reconstituer des communautés végétales capables de les réguler. Ce travail de thèse tente de répondre à cet enjeu en apportant une meilleure compréhension du rôle des interactions biotiques dans la régulation des renouées asiatiques. Dans ce projet, nous nous sommes intéressés aux populations déjà installées de renouées asiatiques et donc aux facteurs qui interviennent en tant que régulateur de leur performance. Les renouées asiatiques étant plus rares en forêts structurées et étant connues comme des espèces pionnières dans leur aire d’origine, l’hypothèse est que la compétition, en particulier pour la lumière, joue un rôle central dans la régulation de leur performance. L’objectif du travail de thèse a été de vérifier cette hypothèse, en évaluant le rôle de la lumière dans la performance des renouées asiatiques (chapitre 1), en étudiant le rôle des interactions biotiques de type compétition (chapitre 2) et en évaluant l’effet inhibiteur de la renouée du Japon sur des boutures de Salicaceae en fonction de la lumière disponible (chapitre 3). Le premier chapitre met en évidence, par des mesures in situ, l’importance de la quantité de lumière sur la production de biomasse aérienne des renouées asiatiques, comparativement à d’autres facteurs liés aux perturbations ou aux conditions édaphiques (partie 1). Une expérimentation en conditions semi-contrôlées, dans laquelle des renouées asiatiques ont été cultivées et soumises à un gradient de lumière, complète ces résultats (partie 2). Elle met en évidence leur plasticité phénotypique ainsi que l’existence de différents seuils de lumière pour la production de biomasse, l’allocation des ressources ou leurs effets compétitifs. Le deuxième chapitre s’intéresse plus spécifiquement aux interactions compétitives et en particulier à la compétition pour la lumière. La première partie démontre, par l’évaluation in situ de la performance des renouées asiatiques le long de gradients environnementaux, le rôle prépondérant de la structure fonctionnelle de la communauté végétale. La deuxième partie s’appuie sur une expérimentation en microcosme et montre les effets compétitifs respectifs du saule des vanniers (espèce prometteuse pour le contrôle des renouées asiatiques) et de la renouée du Japon. Enfin, le dernier chapitre de la thèse s’intéresse plus spécifiquement aux effets allélopathiques de la renouée du Japon sur des boutures de différentes espèces de Salicaceae. Une première analyse met en évidence des effets phytotoxiques différentiels entre les espèces de Salicaceae (partie 1). La deuxième analyse répète cette expérimentation mais dans des conditions de lumières limitées, mettant ainsi en évidence les compromis de ressources chez la renouée du Japon qui privilégie l’acquisition de la lumière au détriment de la production de composés inhibiteurs. Cette thèse, située à l’interface de l’écologie des invasions, de l’écologie des communautés et de l’écologie fonctionnelle, est centrée sur un complexe d’espèces hautement invasives, les renouées asiatiques. Elle propose des éclairages sur leur écologie permettant une meilleure compréhension de ses capacités invasives dans la perspective d’améliorer leur gestion

Les plantes exotiques envahissantes : une menace ou une opportunité ?

National audienceLes plantes exotiques envahissantes : une menace ou une opportunité

Les plantes exotiques envahissantes : une menace ou une opportunité ?

National audienceLes plantes exotiques envahissantes : une menace ou une opportunité

Fonctionnement de nouveau écosystèmes : de l'invasion à la restauration de zones envahies par la renouée - en considérant les abeilles

International audienceAsian knotweeds are considered among the 100 worst invasive plant species in the world. Introduced from South‐Eastern Asia at the end of the 19th they are now widespread throughout the Northern hemisphere, and have been reported in Chile, Australia and New‐Zealand. These bamboo‐like geophyte species develop in monoclonous stands and spread rapidly along rivers and roadsides due to the high repsrouting efficiency of their rhizomes. They affect plant and animal biodiversity and substantially modify soil functioning. However their true impacts are questioned (Lavoie 2017) and some studies also report positive effects on pollinating insects (Davis et al. 2018). Indeed knotweeds are nectariferous species that can provide non negligible resources for pollinators. Management of these species is problematic as most classical technics are fastidious and/orexpensive. Therefore, managers try to develop alternative methods such as bioengineering. Habitually used for riverbank protection against erosion, bioengineering also promotes the rapid recovery of plant communities through plantation or seeding. Novel ecosystems arise from these interventions, mixing residual knotweed individuals (which are rarely eradicated) with the reintroduced native species. But how do such restored ecosystems function, regarding plant recruitment and pollinator communities? The aim of this study which will start in spring 2020 is to compare knotweed‐invaded sites to bioengineering‐restored sites on the basis of plant and bee communities in order to evaluate the effect of such management actions. Reference sites will also be studied and should help to apprehend the effects of knotweeds on these major components of biodiversity functioning

Fonctionnement de nouveau écosystèmes : de l'invasion à la restauration de zones envahies par la renouée - en considérant les abeilles

International audienceAsian knotweeds are considered among the 100 worst invasive plant species in the world. Introduced from South‐Eastern Asia at the end of the 19th they are now widespread throughout the Northern hemisphere, and have been reported in Chile, Australia and New‐Zealand. These bamboo‐like geophyte species develop in monoclonous stands and spread rapidly along rivers and roadsides due to the high repsrouting efficiency of their rhizomes. They affect plant and animal biodiversity and substantially modify soil functioning. However their true impacts are questioned (Lavoie 2017) and some studies also report positive effects on pollinating insects (Davis et al. 2018). Indeed knotweeds are nectariferous species that can provide non negligible resources for pollinators. Management of these species is problematic as most classical technics are fastidious and/orexpensive. Therefore, managers try to develop alternative methods such as bioengineering. Habitually used for riverbank protection against erosion, bioengineering also promotes the rapid recovery of plant communities through plantation or seeding. Novel ecosystems arise from these interventions, mixing residual knotweed individuals (which are rarely eradicated) with the reintroduced native species. But how do such restored ecosystems function, regarding plant recruitment and pollinator communities? The aim of this study which will start in spring 2020 is to compare knotweed‐invaded sites to bioengineering‐restored sites on the basis of plant and bee communities in order to evaluate the effect of such management actions. Reference sites will also be studied and should help to apprehend the effects of knotweeds on these major components of biodiversity functioning

Utiliser les effets de priorité pour restaurer des communautés végétales : une question à creuser ?

National audienceDe nombreux projets de restauration ont pour objectif principal la restauration d’une communauté végétale de référence. La restauration peut être passive, se basant uniquement sur la dynamique de recolonisation spontanée. Afin d’accélérer ou de rendre possible la restauration, elle peut également être active : la dynamique est manipulée, soit par modification des conditions abiotiques ou biotique, soit par forçage de la dispersion des espèces. Dans l’immense majorité des cas, le forçage de la dispersion des espèces est réalisé en une seule fois pour l’ensemble des espèces transplantées (par semis, par transfert de foin, etc.). Cette arrivée simultanée d’espèces différentes dans un écosystème ne fait que rarement partie de l’histoire de la communauté de référence, souvent issues de décades, centenaires ou millénaires d’interactions entre l’environnement, les espèces présentes et la pression de propagules. Or il est admis que la contingence historique peut modifier la composition et la structure d’une communauté par effet de priorité. L’effet de priorité est le fait qu’une espèce bénéficie d’un avantage compétitif causé par son arrivée précoce dans la communauté. La description de cet effet a permis de comprendre certaines observations comme l’effet loterie, l’existence d’états alternatifs stables, la co-existence d’espèces sans exclusion compétitive ou encore l’avantage de certaines espèces invasives. Dans un cadre de restauration, nous pourrions imaginer utiliser cet effet afin de modifier la dynamique de communautés restaurées en utilisant des séquences d’arrivée pour différentes espèces afin d’augmenter le succès de restauration et de minimiser les couts de restauration. Malgré des perspectives intéressantes, de nombreuses questions restent en suspens : Jusqu’à quel point l’effet de priorité peut contre balancer les différences de compétitivité ? Comment déterminer les séquences d’arrivée des espèces ? Quel intervalle entre deux arrivées ? Quel effet sur le long-terme ? L’objectif de ce poster est de faire naître des discussions autour de l’utilisation potentielle des effets de priorité dans la restauration des communautés végétales

Dynamiques spatiales à fine échelle et clonalité d'une plante exotique envahissante en montagne : quels effets de la végétation environnante et des perturbations anthropiques ?

International audienceAlors qu'elles ont longtemps été épargnées par les invasions biologiques, de plus en plus de montagnes sont désormais colonisées par des espèces exotiques envahissantes (EEE). Considérées comme faisant partie des pires EEE de la planète, les renouées asiatiques (Reynoutria spp.) sont déjà bien implantées aux pieds de nombreux massifs montagneux d'Europe et d'Amérique du Nord. Afin d'évaluer leur potentiel d'invasion des milieux d'altitude et de mieux comprendre les facteurs influençant leur expansion, une étude diachronique de leurs dynamiques spatiales a été entreprise dans les Alpes françaises du Nord. Différentes "taches" de renouées situées dans les massifs entourant la ville de Grenoble ont donc été cartographiées en 2008 puis en 2015, avant d'être mises en relation avec de nombreuses variables environnementales et de gestion par le biais d'analyses multivariées et de modèles mixtes. Les résultats indiquent que ni la fauche ni l'altitude ne semblent être des freins efficaces pour contenir l'expansion locale des taches de renouées. En effet, celles-ci semblent plutôt être influencées par l'âge des taches et leur éloignement des milieux perturbés. Malgré tout, il apparait que la fauche et surtout la présence de communautés arbustives et arborées jouent quand même un rôle important dans le processus d'expansion des renouées, probablement via un effet de la disponibilité en lumière sur les dynamiques clonales de ces plantes

Suivi dynamique de la végétation en réponse à la mise en pâturage des bancs alluvionnaires de l'Isère

Les deux expérimentations suivies dans cette étude constituent deux voies de gestion possible de la végétation des atterrissements de la rivière Isère dans l'objectif pour le gestionnaire de limiter les impacts négatifs de ces végétations sur les débits et les processus hydrogéomorphologiques pouvant contribuer à augmenter les niveaux de risques les populations et les infrastructures. Deux axes ont alors été explorés : (i) un axe limitant fortement les interventions mécaniques et permettant une insertion plus forte dans le tissu socio-économique et plus précisément agricole des opérations de gestion des végétations des atterrissements, tout en contribuant au développement de modes de gestions « verts », moins impactant visuellement et s'appuyant de façon générale sur l'ingénierie écologique (utilisation du vivant pour piloter des niveaux de services écosystémiques). Cet axe s'appuie sur l'utilisation du pâturage avec des herbivores domestiques pour contrôler, limiter voire bloquer les dynamiques naturelles de végétation sur les atterrissements. (ii) Un axe mécanique utilisant des méthodes plus novatrices, le dessouchage, pour tester son efficacité sur la réouverture du milieu et la limitation, ou le ralentissement de la dynamique de végétation subséquente sur les atterrissements. Les résultats de cette première étude souligne la pertinence écologique du pâturage par des caprins pour la réouverture du milieu et son potentiel pour le contrôle des dynamiques de végétation. Le pâturage peut ainsi être considéré comme une alternative localement réalisable pour contrôler et rouvrir la végétation des atterrissements. Cette conclusion s'appuie sur le fait que (1) les herbivores, ici des caprins ont été en mesure de valoriser du point de vue fourrager les végétations atypiques de ces bancs. Cette étude a fourni des premiers éléments de description de la valeur fourragère de ces végétations, qui, malgré une qualité médiocre, la présence d'espèces aux composés secondaires parfois toxiques, a permis de fournir une alimentation acceptée et bien valorisée par le pâturage caprin ; (2) le pâturage a montré son efficacité dans la réouverture du milieu, la limitation de la biomasse végétale et de la dynamique des espèces ligneuses. Toutefois ces résultats ont montré des limites, notamment sur les bancs déjà fortement colonisés par des espèces ligneuses arbustives, où le pâturage, au chargement testé, a peu conduit à des mortalités significatives d'arbustes. Il a fallu, sur ces milieux, compléter l'impact des herbivores par des élagages des restes des arbustes consommés pour arriver à une ouverture totale du couvert et éviter la reprise rapide des arbres encore vivants (la majorité). Il a également souligné l'importance de bien travailler sur le chargement animal (instantané ou cumulé sur une saison) pour obtenir des tangibles de l'efficacité du pâturage sur le ralentissement voire l'arrêt des dynamiques de végétations sur les bancs en début de succession végétale c'est-à-dire ayant subi un essartement récent

Quel est le rôle de l'effet de priorité et de la densité des semis d'espèces indigènes sur l'invasibilité des communautés de berges remaniées ?

International audienceLes espèces exotiques envahissantes (EEE) sont un facteur important de perte de biodiversité dans le monde. Il est souvent très difficile d'éradiquer une EEE lorsqu'elle est déjà installée. Le meilleur outil de lutte est d'éliminer ces espèces dès les premiers stades de développement. Par ailleurs, il est admis que l'ordre d'arrivée des espèces dans une communauté végétale peut influencer sa composition ultérieure. La résistance aux EEE dépendrait-elle d'un effet de priorité ? Pour répondre à cette question, des placettes expérimentales in situ ont été installées au sein d'un projet de restauration de berges à grande échelle. Deux facteurs sont testés de manière factorielle: la pression de diaspores, exprimée par la densité des semis, et l'ordre d'arrivée des espèces, régulé par un labour. Le semis, réalisé une année après le remodelage des berges, comporte quatre modalités: un semis à forte densité, un semis à faible densité, un semis de Sainfoin (Onobrychis viciifolia) et un semis à faible densité mélangé avec le Sainfoin. Le labour de surface, préalable au semis et effectué pour la moitié des modalités, permettra de supprimer les espèces s'étant exprimées la première année sur le site. Des relevés botaniques réguliers ont été effectués au printemps 2017 pour suivre la dynamique spatio-temporelle des communautés végétales. Nous émettons l'hypothèse que la combinaison d'un semis à forte abondance ainsi qu'un labour préalable serait la modalité la plus efficace pour réduire l'abondance des EEE

Dynamiques de semis à partir d'un mélange local de semences sur une structure de protection de berges en génie végétal

International audienceRestoration of riverbanks through soil bioengineering techniques allows managers to combine riverbank stability and riparian ecosystem functioning. This restoration often involves the sowing of a seed mixture, which helps develop herbaceous vegetation. This development and sufficient vegetation cover are essential for protection against erosion and for hosting biodiversity, two of the main goals of riverbank bioengineering. Restoration aims at recreating ecosystems closer to an undisturbed state; choosing seed mixtures of local provenance is therefore encouraged. In this study, we investigated the local seed mixture sown on bioengineered riverbanks and the conditions influencing the first steps of plant development, so as to delineate the setting favoring restoration. We focused on the composition of the seed mixture and germination capacity as well as the effect of sowing density and soil quality on vegetation cover and diversity. We tested four sowing densities: 5,10, 15, and 30 g.