Available wood in small forest patches and its links with plant diversity and ecosystem services

Small forest patches, smaller than 10 ha, are very common in many European landscapes and may represent a significant amount of wood available for logging, but also a support of important parts of biodiversity and of many ecosystem services. Few is known about the status of these quantities, because of the difficulty to sample such small habitats. In this presentation, we measured the amount of wood available, according to several classes of quality, in a sample of very small forest patches in southwestern France. In the same places, plant diversity and a set of related ecosystem services were also measured. The results showed a huge variability between patches regarding the amount of available wood, with some of them with a very dense stock of wood, comparatively with national references. Plant diversity was higher in patches with intermediate level of wood stocks, the lowest richness was in the densest patches, but the plant species were then more typical of large forest flora. It seems that allowing older and bigger trees in small patches could reduce the negative impact of the small size of the patch on plant composition. Few of the other ecosystem services were related to the amount of wood but these complex relationships need more detailed analyses. These preliminary results showed that small forest patches represent a significant amount of wood that may be harvested in the future is the demand continue to increase, but this may have consequences on their conservation value for plants, but apparently not for many other ecosystem services. Management practices are also a factor that need to be considered in the future as it may modify strongly the structure of these forests

Modélisation conceptuelle de l’influence de l’hétérogénéité du paysage et des pratiques agricoles sur les services de pollinisation et de régulation biologique par conservation, et leurs interactions

Dans le cadre du développement de l’agroécologie, une forte demande est placée dans les services de régulation rendus par la biodiversité que sont le contrôle biologique des ravageurs et la pollinisation. Les processus écologiques en jeu dans la réalisation de ces services interviennent à différents niveaux d’organisation : la parcelle, son environnement immédiat, le paysage et le contexte régional. De plus, ces services sont délivrés par des espèces mobiles et dotées de cycles de vie. Il est donc essentiel de prendre en compte les dimensions spatiales et temporelles et les différents niveaux d’organisation en jeu lors de l’élaboration de stratégies de gestion des espaces agricoles. Ces stratégies devraient être fondées sur la connaissance des apports spécifiques de chaque habitat, à la fois pour les insectes ravageurs, auxiliaires et pour les pollinisateurs. Il est probable que ces apports soient différents selon la guilde considérée, et qu’ils varient dans le temps, selon le cycle de vie des individus. Des problématiques de synergies et d’antagonismes peuvent alors apparaitre à travers les choix d’allocation et de gestion des espaces semi-naturels et de pratiques agricoles (allocation spatiotemporelle des cultures et conduite de celles-ci). Il existe une littérature importante explorant le rôle de la biodiversité et des services qu’elle rend dans les agroécosystèmes. Ces connaissances fournissent potentiellement un cadre d’analyse des processus écologiques en jeu dans la réalisation des services de régulation biologique et de pollinisation. De plus, de nombreux travaux se sont attachés, notamment au travers de méta-analyses, à estimer l’influence de l’hétérogénéité du paysage et des pratiques agricoles sur ces services, et ont démontré leur importances (Chaplin-Kramer et al. 2011; Kremen et al. 2004). L’objectif de ce travail est de présenter la démarche d’intégration et formalisation des connaissances pour le développement d’un modèle conceptuel des facteurs liés au paysage et de leur influence sur la régulation biologique des ravageurs, la pollinisation et les interactions entre ces services qui en découlent. Nous présenterons un formalisme original utilisé pour réaliser cette synthèse, le Fuzzy Cognitive Mapping (FCM) (Özesmi & Özesmi 2004). Les fuzzy cognitive maps sont une application des cartes cognitives, permettant de décrire des réseaux de relations orientées et quantifiées entre plusieurs entités et de simuler le comportement du système en réaction à des modifications des variables. Ce formalisme sera utilisé ici pour déterminer comment et à travers quels processus la composition et la configuration du paysage et les pratiques agricoles influencent les services de biocontrôle par conservation des ravageurs et de pollinisation des cultures. Ce modèle conceptuel est destiné à servir de support au développement d’un module de simulation dynamique et spatialisée des niveaux de services en relation avec l’hétérogénéité du paysage et les pratiques agricoles. Ce module sera développé dans la plateforme multi-agent MAELIA (http://maelia-platform.inra.fr/) afin d’explorer des scénarios de gestion des espaces agricoles

Phylogeography and historical demography of the Lusitanian snail Elona quimperiana reveal survival in unexpected separate glacial refugia

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Present day distributions of Palearctic taxa in northern latitudes mainly result from populations having survived in local patches during the Late Pleistocene and/or from recolonizing populations from southern temperate refugia. If well-studied Mediterranean and eastern European refugia are widely accepted, some recent biogeographical assumptions still remain unclear, such as the occurrence of multiple glacial refugia in Iberia and cryptic refugia in northern Europe during the last glaciations. The Lusitanian snail <it>Elona quimperiana </it>has a remarkably disjunct distribution, limited to northwestern France (Brittany), northwestern Spain and the Basque Country. By describing the phylogeographical structure of this species across its entire range, the present study attempts to identify refugia and subsequent recolonization routes.</p> <p>Results</p> <p>Results based on 16S and COI gene sequences showed that the low genetic diversity observed in the Brittany populations should be associated with a recent demographic expansion. By contrast, populations from Spain exhibit several differentiated lineages and are characterized by demographic equilibrium, while the Basque populations are the only ones harboring typical distinct haplotypes. The center of the star-like networks of both gene sequences is occupied by a common ancestral-like haplotype found in Brittany and Spain, which might have originated from the middle of Northern Spain (i.e. Asturias, eastern Lugo and western Cantabria). Estimates of the divergence time between the Spain-Brittany and Basque lineages strongly suggest that <it>E. quimperiana </it>survived the Pleistocene glaciations in distinct refugia on the Iberian Peninsula, one of which is situated in Picos de Europa, and the other in the Basque Country. The occurrence of a northern refugium in France cannot be rejected as of yet.</p> <p>Conclusion</p> <p>Present results confirm the Iberian origin of the land snail <it>E. quimperian</it>a and strongly support the emerging phylogeographic hypothesis of multiple refugia in Iberia during the last glaciations. The scenario of a spatial expansion of <it>E. quimperiana </it>from an Iberian refuge located in Asturias to northern areas provides the most probable explanation for the present distribution of this land snail. By harboring distinct haplotypes, the Basque Country populations appear to be of great importance in terms of potential adaptation, long term persistence and hence, the conservation of <it>E. quimperiana</it>.</p

Prédiction des services écosystémiques dans les bois agricoles à partir d’images hyperspectrales

Les services écosystémiques sont devenus un enjeu social, écologique et économique majeur dans le monde. Les forêts des paysages agricoles offrent des services précieux bien qu'ils soient souvent sous-estimés et mal utilisés. Cependant, une cartographie précise de ces services à grande échelle reste difficile. Des données de télédétection permettent aujourd’hui d’envisager cette cartographie. Nous avons évalué la contribution des indices de végétation calculés à partir d'images hyperspectrales à haute résolution spatiale pour la prévision de services écosystémiques par rapport aux résultats fondées sur la couverture terrestre. 28 parcelles forestières ont été échantillonnées et des images hyperspectrales aéroportées ont été acquises pour la zone d'étude, à une résolution de 2 m. Habituellement, les indices de végétation dérivés de l'hyperspectral à l’échelle du paysage (buffer spatial autour de l’objet considéré) sont réduits en utilisant des statistiques descriptives (moyenne, écart-type, valeurs minimales et maximales). Cependant, cette approche peut perdre beaucoup d'informations, en particulier à l'échelle des paysages, où plusieurs objets avec différentes signatures spectrales sont présents. Nous proposons une description du paysage hyperspectral basée sur la répartition complète des indices de végétation à travers les paysages. Nous avons utilisé les modèles de mélange gaussien (GMM) pour modéliser la distribution des pixels dans chaque paysage et introduit une distance L2 entre ces mélanges. Cette distance est utilisée dans l’algorithme des plus proches voisins pour prédire les niveaux de services. La qualité des prédictions a été comparée entre trois représentations de paysage: occupation des sols, statistiques descriptives de données hyperspectrales et description de données hyperspectrales basées sur GMM

Biodiversité et services rendus à l’agriculture. Principaux enseignements de différents dispositifs de recherche récents et actuels en Midi-Pyrénées

Dans le canton d’Aurignac, des chercheurs de l’Institut national de la recherche agronomique et de l’Institut national polytechnique de Toulouse travaillent depuis une trentaine d’années sur l’agriculture, les paysages et la biodiversité. Les paysages agricoles étudiés sont caractérisés par une agriculture de polyculture élevage et la présence de petits bois. Ces paysages agri-forestiers constituent un site d’étude à long terme qui est reconnu au niveau national et européen

Concepts et méthodes de l’écologie des paysages pour aider à mieux gérer les services écosystémiques

Concepts et méthodes de l’écologie des paysages pour aider à mieux gérer les services écosystémique

ATLAS: A tool to model spatial-temporal dynamics of processes influencing ecosystem services

Biodiversity provides various benefits to humankind throughout what is defined as ecosystem services. Within a specific ecosystem, a wide range of ecosystem services can be identified. During the past decades, human intervention has aimed to increase some services such as food production through agricultural intensification, at the expense of other services such as water regulation. Mapping, evaluating and quantifying each of these ecosystem services provided by biodiversity to crop production could help to increase the multi-functionality of agricultural landscapes. In this context, we developed a spatially-explicit model called ATLAS (AgriculTural LandscApe Simulator). ATLAS aims in simulating realistic spatio-temporal dynamics of agricultural landscapes, through crop rotations and phenology at the landscape scale. The robustness of the model was evaluated using two criteria: an accurate composition (crop area) and configuration (crop clustering) of crops. Here, we show the potential of such a tool to map and evaluate ecosystem services through the simulation of underlying ecological processes. We applied this model to two case studies: control of pests and crop pollination. First, we studied how the dynamics of a cereal aphid, Rhopalosiphum padi, respond to spatial-temporal crop availability. Second, we developed an extension to model spatialtemporal dynamics of flower resources in relation to wild pollinators and pollination. With a low amount of inputs and calibration needed in ATLAS, the impact of agricultural practices on ecosystem services can thus be explored to allow better comprehension and management

Spatiotemporal variations in aphid-parasitoid relative abundance patterns and food webs in agricultural ecosystems

Understanding the stability of communities is fundamental in theoretical and applied ecology. Organisms atop trophic chains are particularly sensitive to disturbance, especially when they are dependent on a specific trophic resource subject to strong fluctuations in density and quality, which is the case of parasitoids. We investigated the (1) variability in spatiotemporal relative abundance patterns of a cereal aphid parasitoid community, determining at what scales such patterns vary in agrosystems. We also investigated whether (2) parasitoid relative abundances are strongly influenced by host relative abundances and if (3) different host species are exploited at distinct rates. Aphid parasitoid populations were monitored in three remote agricultural regions in France between 2010 and 2012. Five parasitoid species (Hymenoptera: Braconidae: Aphidiinae) and three aphid species (Hemiptera: Aphididae) were identified in each of those three regions. Fields sampled in one region in a single year exhibited similar relative abundance patterns, with aphid parasitoid communities varying across regions and years. All parasitoid species were able to exploit each monitored host species. Metopolophium dirhodum Wlk was consistently a more frequent species among parasitized aphids than among living aphids, indicating that this aphid species was exploited at a higher rate than the other two aphid species found (Sitobion avenae F and Rhopalosiphum padi L). Those findings suggest the cereal aphid-parasitoid network is not strictly determined by the intrinsic permanent environmental characteristics but partially varies from one year to another. The similarity in abundance patterns in different fields of a region in a given year suggests the existence of a mechanism allowing a rapid synchronisation of the relative abundance patterns at an intra-regional scale. This phenomenon could be useful in predicting host-parasitoid communities and bear important consequences for the ecosystem service provided by parasitoids

The effect of semi-natural habitats on aphids and their natural enemies across spatial and temporal scales

Semi-natural habitats in agricultural landscapes are generally assumed to enhance the biological control of insect pests based on native beneficial insects, by providing alternative prey and hosts, resources and refuges for overwintering. We hypothesized that natural enemies of winter wheat aphids should arrive sooner in fields near semi-natural habitats. We compared aphid, hoverfly (larvae and eggs) and parasitized aphid (mummies) abundances in 54 winter wheat fields located in southern France from 2003 to 2007. Six surveys were recorded each spring and were split into the early period (defined as the period before the peak of aphid growth) and the late period (after the peak). The wheat fields differed by their surrounding landscape composition measured as the proportion of semi-natural habitats (woods, hedges and grasslands), at three different spatial scales: 200 m, 500 m, and 1200 m. Despite great variability in abundance data between years, the abundance of hoverflies appeared more sensitive to landscape composition than aphid abundance was. Early abundance for both aphids and hoverflies was positively related to wood cover, but not late abundance in spring. The abundance of hoverflies was positively related to hedge and grassland cover at all spatial scales and both periods considered. Aphid parasitism was higher near hedges at the small spatial scale late in the spring. Our results confirmed that higher proportions of semi-natural habitats in agricultural landscapes enhance the biological control of pests, but this effect depends on the spatial scale, the time period in the spring and the natural enemies considered

Edge effects: Which one?

L'effet de lisière est souvent invoqué comme explication de la distribution des espèces et des indices de diversité dans les tâches de forêt dans les paysages ruraux. Une analyse de la litterature faisant référence à cette explication montre qu'elle recouvre souvent des processus écologiques différents. Dans cette présentation nous défendons l'idée qu'il y a en fait plusieurs effets de lisières qui sont souvent présentés de façon indifférenciée alors qu'ils concernant des processus différents. Par une analyse à différents niveaux d'organisation de l'hétérogénéité créée par la discontinuité entre un milieu forestier et un milieu non forestier, nous montrons que l'on identifie différents effets de lisières sur la distribution des espèces. Nous montrons notamment que les effets de lisières observables sur un segment de lisière ne sont pas les mêmes que ceux qui concernent l'ensemble de la lisière d'un bois formée de plusieurs segments, alors que dans la littérature on trouve souvent une confusion entre ces deux niveaux. Une terminologie plus précise est nécessaire pour identifier les différents effets de lisière et clarifier leurs rôles respectifs afin de mieux les prendre en compte dans la compréhension des processus écologiques induits par les lisières et ainsi mieux gérer la biodiversité et les services écosystémiques qui en dépendent