Interactions entre espèces invasives et communautés végétales des berges de cours d’eau : vers l’utilisation du génie écologique dans la lutte contre les Renouées asiatiques.

Interactions between invasive species and plant communities of river embankments : toward the use of bioengineering methods against exotic Knotweeds.

• Auteur / Autrice : Fanny Dommanget
• Direction : Marie-Laure Navas, André Evette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecosystèmes et sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 07/02/2014
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'écologie fonctionnelle et évolutive (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Serge Muller
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Serge Muller, Jacques Haury
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Grégory Mahy, Nathalie Machon

Mots clés

Mots clés libres

Invasion biologique

Fallopia ssp.

Biodiversité fonctionnelle

Bio-ingénierie

Biological invasion

Fallopia ssp.

Functional biodiversity

Bioengineering

Résumé

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.

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.