Approches taxonomique et fonctionnelle des interactions trophiques entre grands herbivores et communautés végétales dans un écosystème de montagne

Taxonomic and functional approaches of trophic interactions between large herbivores and plant communities in a mountain ecosystem

• Auteur / Autrice : Marjorie Bison
• Direction : Anne Loison, Gilles Nigel Yoccoz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biodiversité-Ecologie-Environnement
• Date : Soutenance le 08/12/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE) en cotutelle avec Universitetet i Tromsø
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'écologie alpine (Grenoble, Isère, France ; Le-Bourget-du-Lac, Savoie, France ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Wilfried Thuiller
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Maillard, Loïc Pellissier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Bohan, Simon Chamaillé-Jammes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chevreuil

Mouflon méditerranéen

Alimentation

Chamois

Associations végétales

Alpes (France)

Écologie des montagnes

Mots clés libres

Interactions plantes-Herbivores

Ecosystèmes de montagne

Approche taxonomique et fonctionnelle

Dynamique des communautés végétales

Plant-Herbivore interaction

Mountain ecosystems

Taxonomic and functional approaches

Plant community dynamics

Résumé

Etant donné le rôle clé des grands herbivores sur la diversité végétale spécifique et fonctionnelle, notre objectif était de mieux comprendre la relation entre l'herbivorie et les communautés végétales principalement à une échelle spatiale fine, afin de concilier des objectifs de gestions des populations et de conservation de la flore. Pour cela, nous avons abordé cette problématique en intégrant des approches taxonomiques et fonctionnelles, et en étudiant les interactions aux niveaux inter- et intra-spécifiques. Nous avons combiné les informations de trois bases de données : (1) des données de régime alimentaire issus d'analyses d'ADN metabarcoding réalisées sur des faeces de chamois (Rupicapra rupicapra), chevreuil (Capreolus capreolus) et mouflons (Ovis gmelini musimon) du Massif des Bauges, (2) des données sur les caractéristiques des communautés végétales (composition floristique, biomasse, phénologie), (3) des données de traits fonctionnels des plantes. L'analyse de variabilité intra-spécifique des trois grands herbivores nous a permis de valider l'hypothèse de variation de niche (NVH) de Van Valen au niveau intra-spécifique mais aussi au niveau inter-spécifique, soit une relation positive entre la largeur de niche de l'espèce et sa variabilité intra-spécifique. Ensuite, grâce à deux populations de chamois d'alpage, l'une vivant en sympatrie avec le mouflon et l'autre vivant en allopatrie, nous avons pu mettre en évidence l'absence d'effets négatifs de la population introduite de mouflon sur le régime alimentaire de la population native de chamois, autant au niveau de la niche alimentaire taxonomique que fonctionnelle. L'analyse des critères de sélection alimentaire nous a finalement permis de mettre en avant des différences de critères de choix entre les deux espèces à certaines saisons, expliquant ainsi partiellement le partitionnement des niches taxonomiques et fonctionnelles entre les deux espèces. Par ailleurs, les scénarios proposés d'évolution de la sélection alimentaire au cours de l'année pour les deux espèces concordaient avec les caractéristiques morphologiques spécifiques à l'espèce d'ongulé. Finalement, contrairement à la littérature où aucune étude n'était capable de discriminer les effets directs et indirects des traits fonctionnels à cause de corrélations, nous avons pu, grâce à des analyses de pistes, démontrer que, dans la plupart des cas, les traits biomécaniques avaient un effet direct sur le choix alimentaire alors que les traits chimiques n'avaient qu'un effet indirect. Enfin, d'un point de vue méthodologique, nous conseillons l'utilisation d'indices d'azote fécaux uniquement dans l'étude de la variation à long terme de la qualité des régimes de manière spécifique à chaque espèce et chaque site, et non pas pour comparer des qualités de régime entre espèces ni pour étudier les variations fines à l'échelle intra-saisonnière. La complémentarité des approches nous a permis de mieux appréhender la structuration des communautés d'herbivores, et devrait nous aider à mieux évaluer l'état actuel et l'évolution des relations entre individus, entre espèces et avec leur environnement.Mots-clés : ongulés, interactions intra- et inter-spécifiques, approche taxonomique et fonctionnelle, ADN metabarcoding, NIRS, massif des Bauges, sélection alimentaire

Given the key role of large herbivores on species and functional plant diversity, we aimed at better understanding the relationship between herbivory and plant communities mainly at a fine-scale, in order to reconcile objectives of population management and plant conservation. For this purpose, we used both taxonomic and functional approaches, and studied interactions at the inter- and intra-specific levels. We combined information coming from three databases: (1) diet data from DNA-metabarcoding applied on chamois (Rupicapra rupicapra), roe deer (Capreolus capreolus) and mouflon (Ovis gmelini musimon) faeces from the Bauges Massif, (2) characteristics of plant communities (plant composition, biomass, phenology), (3) plant functional traits. Analyses of intra-specific variability of the three large herbivores allowed us to upscale the niche variation hypothesis (NVH) of Van Valen from the intra- to the inter-specific level, i.e. we observed a positive relationship between the species niche breadth and among-individual variation. Then, based on two chamois subpopulations living in pastures, one living in sympatry with the mouflon and the other living in allopatry, we revealed the absence of negative effects of the introduced mouflon population on native chamois population diet, both for the taxonomic and functional dietary niche. Analyses of diet selection criteria allowed us to highlight differences in choice criteria between chamois and mouflon in some seasons, which helped to explain the taxonomic and functional niche partitioning of the two species. Furthermore, the proposed scenario of the evolution of diet selection over the year for both species were consistent with ungulate-specific morpho-physiological features. Finally, contrary to the literature where no studies could discriminate the direct and indirect effects of functional traits on diet selection because of correlations, we used path analyses, which allowed us to show that in most cases, biomechanical traits had a direct effect on diet choices, whereas chemical traits had an indirect effect. Furthermore, from a methodological point of view, we advised to use nitrogen fecal indices only to study the evolution of species-specific and location-specific population long-term diet quality, but not to compare diet quality between species, nor to study slight fluctuations at the intra-seasonal level. The complementarity of the approaches allowed us to better account for the structuration of herbivore communities, which should help to better assess the actual state and the evolution of relationships among individuals, species and their environment.Key-words: ungulates, intra- and inter-specific interactions, taxonomic and functional approach, DNA metabarcoding, NIRS, Bauges Massif, diet selection