Modelling species distribution when habitat occupancy departs from suitability : application to birds in a landscape context

Abstract

Les modèles de distribution d'espèces permettent d'expliquer ou de prédire, à diverses échelles spatiales, la présence ou l'abondance des espèces sur base de variables quantifiant les conditions environnementales. Ces modèles constituent des outils précieux en écologie et en biogéographie, et deviennent de plus en plus répandus en biologie de la conservation pour la mise en place de mesures de protection de l'environnement ou de gestion des populations. Actuellement, la majorité des techniques de modélisation utilisées néglige une double problématique importante: divers facteurs peuvent en effet (1) amener certains individus à occuper des conditions environnementales non favorables et/ou (2) rendre certains sites favorables non occupés. Cette thèse propose des améliorations conceptuelles et techniques aux méthodes de modélisation existantes afin de tenir compte de cette problématique. Étant faciles à recenser et largement reconnus comme indicateurs de la qualité de l'environnement, les oiseaux s'avèrent être des organismes idéaux pour la modélisation. Ce travail étudie en particulier les exigences en termes d'habitat pour la pie-grièche écorcheur (Lanius collurio L.) dans les paysages agricoles du sud de la Belgique. Une approche de modélisation basée sur le paradigme de la niche écologique a tout d'abord été mise au point dans le but de s'affranchir du problème des sites favorables inoccupés. Dans un deuxième temps, une procédure statistique a permis de filtrer les individus présents dans des conditions non favorables. Des données sur le succès reproducteur de la pie-grièche écorcheur ont validé le fondement écologique de ce type de filtrage pour cette espèce. Des analyses spatiales ont alors révélé que la présence d'individus dans des conditions environnementales non favorables était liée à la présence d'autres individus à proximité. Ces résultats ont permis d'aboutir au constat que le découplage entre la qualité des habitats et leur occupation par l'espèce était structuré dans l'espace. Il a alors été jugé important d'améliorer techniquement les méthodes de modélisation actuelles afin de permettre une dissociation entre la modélisation de la qualité des habitats et celle de la distribution potentielle des espèces. Ces améliorations ont permis (1) de classer les différentes composantes de l'habitat par ordre d'importance pour la conservation de l'espèce et (2) de délimiter géographiquement les sites favorables ainsi que les sites de présence potentielle de l'espèce. Les ressemblances et dissemblances entre ces deux délimitations ont mené à l'identification, dans le paysage, des sites requérant des mesures de protection et/ou de restauration.Species Distribution Models (SDM) relate species presence or abundance to environmental predictor variables. They proved to be valuable tools in ecology and biogeography and are increasingly used to underpin the implementation of effective protection or management strategies for species conservation. However, existing SDM approaches largely overlook a widespread dual issue: a variety of factors may cause individuals to be present in unsuitable environmental conditions and/or absent from suitable ones. This thesis addresses this ecological question by enhancing the conceptualization of SDM. Easy to survey and widely recognized indicators of environmental quality, birds offer ideal conditions for modelling. The habitat requirements of the Red-backed Shrike (Lanius collurio L.) in Southern Belgian rural landscapes were specifically investigated. A niche-based modelling approach relying on presence-only information was designed to deal with the absence from suitable habitat. A statistical procedure screened out species presences not conveying reliable information about habitat suitability before building SDM. Breeding success data corroborated the ecological foundation of this screening approach. Spatial analyses revealed that the presence of individuals in locally unsuitable conditions was positively related to the presence of other individuals in the surroundings. These findings highlighted the fact that the decoupling between habitat suitability and occupancy was structured in space. Accordingly, we carried out conceptual and technical improvements to existing niche-based SDM approaches, so as to disconnect habitat suitability modelling from likelihood of occupancy modelling. The ensuing SDM allowed (1) ranking the importance of different habitat components for the species conservation and (2) delineating the distribution of suitable areas and the potential species distribution. Similarities and discrepancies between both distributions allowed prioritizing areas in the landscape where protection and/or restoration measures are required.Doctorat en sciences (sciences biologiques) (BIOL 3)--UCL, 200