The hyporeic zone as a primary source of invertebrate community resilience in intermittent alluvial rivers : evidence from field and mesocosm experiments

La zone hyporhéique favorise la résilience des communautés d'invertébrés dans les rivières alluviales intermittentes : expériences de terrain et mésocosmes en laboratoire

• Auteur / Autrice : Ross Vander Vorste
• Direction : Thibault Datry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie
• Date : Soutenance le 10/12/2015
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (France). Centre de Lyon-Villeurbanne
• Jury : Président / Présidente : Pierre Marmonier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nuria Bonada Caparros, Alan G. Hildrew, Stéphane Stroffek
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Dangles, John Richardson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Changements climatiques

Écologie des cours d'eau

Sociologie -- Résilience

Zone hyporhéique

Mots clés libres

Perturbation

Récupération

Assèchement

Rivière anastomosée

Dérive

Recolonisation

Changement climatique

Prélèvement d'eau

Disturbance

Recovery

Stream drying

Braided rivers

Drift

Recolonization

Climate change

Water abstraction

Résumé

Un paradigme émergent prédit que les perturbations influencent les processus qui déterminent l'organisation des communautés. L'assèchement des rivières (disparition complète d'eau de surface pour une durée déterminée) est une perturbation naturelle affectant les cours d'eau dans de nombreuses régions du monde. De plus en plus de cours d'eau pérenne s'assèchent en réponse aux changements globaux. Toutefois, l'effet de ces assèchements sur les communautés aquatiques et les processus impliqués dans leur résilience restent mal quantifié et mal compris. A travers quatre études allant de suivis de terrain à des expérimentations in-situ et des mésocosmes en laboratoire, une résilience exceptionnelle des communautés d'invertébrés a été mesurée dans huit rivières alluviales. La zone hyporhéique semble être la principale source de recolonisation expliquant la forte résilience de ces communautés. En laboratoire, l'augmentation de la température et de la compétition intra-spécifique entraine une migration de Gammarus pulex dans la zone hyporhéique. L'augmentation de la profondeur de la zone hyporhéique lors d'assèchements pourrait réduire la résilience et avoir des effets sur les fonctions de l'écosystème (décomposition de litière). Ces résultats montrent que les assèchements n'ont pas toujours des effets sévères sur les communautés d'invertébrés des rivières alluviales qui semblent même très résilientes. La zone hyporhéique joue un rôle primordial dans la résilience des communautés des cours d'eau. Un accent devrait être mis sur la protection de la zone hyporhéique dans les rivières alluviales afin de préserver cette capacité de résilience face aux changements globaux

Understanding community response to disturbance is essential to identifying processes that determine their assembly and to predicting the future effects of climate change on biodiversity and ecosystem functions. Drying (complete loss of surface water) is a natural disturbance affecting 50% of rivers worldwide and is occurring more in perennial rivers due to climate change. However, its effects on aquatic invertebrate communities and the underlying processes contributing to their resilience (i.e. return to pre-drying or undisturbed levels) have not been well quantified. Using 4 congruous field and mesocosm experiments to quantify community resilience and identify its primary sources in environmentally harsh alluvial rivers. First, I found communities in 8 alluvial rivers were highly resilient to moderate and severe drying. Second, I showed that the hyporheic zone (saturated interstitial sediments) can be the primary source of colonists, promoting high community resilience. Third, I found high water temperature and intraspecific competition caused Gammarus pulex, a common benthic detritivore, to migrate into the hyporheic zone. Fourth, I found increasing depth to the water table diminished the hyporheic zone’s role as a source of colonists by reducing survival of G. pulex. My results support an emerging concept that harsh ecosystems are highly resilient and indicate that the effects of drying on biodiversity and ecosystem functions could vary across river systems. In alluvial rivers, the hyporheic zone can contribute strongly to community resilience and management should focus on protecting and restoring vertical connectivity to maximize resilience to climate change