Expérimentation de biodiversité et fonctionnement des écosystèmes herbacés du Cerrado

Biodiversity–Ecosystem Functioning (BEF) experiment in herbaceous Cerrado

• Auteur / Autrice : Marina Duarte pinho reis
• Direction : Elise Buisson, Soizig Le stradic
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la vie
• Date : Inscription en doctorat le 01/04/2025
• Etablissement(s) : Avignon en cotutelle avec Université d'État de Campinas
• Ecole(s) doctorale(s) : Agrosciences et Sciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IMBE Institut Méditerranéen de Biodiversité et d'Ecologie marine et continentale

Mots clés

Mots clés libres

Savanes

Écosystème herbacé

Fonctionnement des écosystèmes

Biodiversité

Écologie de la restauration

Savannahs

Ecosystem functioning

Herbaceous ecosystem

Ecological restoration

Biodiversity

Résumé

Les écosystèmes herbacés tropicaux (EHT) sont des écosystèmes anciens présentant une biodiversité et un endémisme exceptionnels et fournissant des services écosystémiques clés. La conservation et la restauration des EHT sont largement inefficaces en raison d'un manque de compréhension de leur écologie. La restauration à grande échelle des EHT nécessite des actions adaptées et fondées sur des bases scientifiques solides pour garantir l'efficacité des projets de restauration. Un défi majeur est de restaurer des communautés végétales résilientes aux perturbations naturelles (feu) ainsi que les rétroactions associées à ces perturbations. Pour les EHT, la restauration de la strate herbacée est d'une importance capitale. L'objectif du projet est de comprendre les mécanismes fonctionnels qui favorisent l'établissement du couvert herbacé dans les communautés de EHT afin qu'elles soient résilientes au feu, , résistantes aux espèces exotiques envahissantes (EEE) et présentant des processus écosystémiques cruciaux tels que le contrôle de l'érosion, le stockage du carbone ou l'infiltration de l'eau. Notre modèle est le Cerrado, savane brésilienne qui abrite une importante biodiversité, offre de nombreux services écosystémiques et est actuellement fortement menacée. Nous mettrons en place une expérimentation de terrain « Biodiversité et Fonctionnement des Ecosystèmes » pour mieux comprendre comment la manipulation à la fois de la diversité fonctionnelle et de la richesse spécifique des communautés herbacées permet l'installation de communautés résilientes au feu et résistantes aux EEE. Des communautés herbacées expérimentales seront conçues en utilisant quatre groupes fonctionnels basés sur les stratégies de propagation des plantes herbacées observées dans le Cerrado. Jusqu'à présent, la restauration du Cerrado a consisté en du semis direct d'espèces à croissance rapide, alors qu'ici nous développerons de nouvelles méthodes permettant l'installation d'espèces variées, dont des espèces conservatrices, caractéristiques des EHT. Durant 2024, des espèces cibles de graminoïdes indigènes ont été récoltées et multipliées en serre pour être transplantées en janvier 2025 dans des zones anciennement cultivées et abandonnées, dans le parc national Chapada dos Veadeiros, au centre du Brésil. Durant les 2 premières années de la thèse, il s'agira de réaliser un suivi de l'installation de la végétation et des processus écosystémiques : contrôle de l'érosion des sols, productivité et cycles du carbone et de l'eau. Nous effectuerons des relevés réguliers de la végétation et évaluerons les traits fonctionnels aériens et souterrains des plantes associés à l'installation des espèces, à la compétition avec les EEE et à l'inflammabilité. Nous évaluerons les processus écosystémiques afin d'établir des relations causales entre les traits des espèces et l'établissement des communautés végétales avec chaque fonction écosystémique. Après 2 années de mise en place de l'expérimentation, nous mettrons en place des feux contrôlés et nous surveillerons la résilience des communautés restaurées au feu, en analysant les différentes stratégies de rétablissement. Nous nous attendons à trouver une corrélation positive entre la complémentarité des traits fonctionnels et l'efficacité de la restauration. Les résultats de ce projet contribueront à approfondir les connaissances écologiques sur l'assemblage des communautés végétales dans les EHT, seront utilisés pour développer de nouvelles méthodes de restauration et pour éclairer les lignes directrices pour une mise en œuvre efficace des actions de restauration des EHT. Des partenariats seront mis en place avec les acteurs (gestionnaires, praticiens et les communautés locales traditionnelles de Kalunga) afin d'optimiser ces directives. 

Tropical grassy biomes (TGB), the world's ancient savannas and grasslands support outstanding biodiversity and endemism, and provide key ecosystem processes. Historical misunderstandings of TGB ecology led to ineffective conservation and ill-advised restoration practices cascading into few investments to improve TGB restoration. A major challenge to restore fire-prone ecosystems as TGB, is to restore plant communities resilient to the natural disturbance as well as the feedbacks associated with that disturbance. Restoration of TGB herbaceous stratum is of main importance to ensure self-sustainable TGB, given that studies focusing on the herbaceous component are scarce. Our goal is to understand the functional mechanisms promoting the establishment of native herbaceous plants in TGB communities that are fire-resilient, self-sustaining, invasion-resistant, and able to provide crucial ecosystem processes such as soil erosion control, carbon storage or water infiltration. We choose the Cerrado, the Brazilian savanna, as a model to answer our research questions as it hosts a vast biodiversity, offers many ecosystem services and is currently highly threatened. We will set up a Biodiversity and Ecosystem Functioning field experiment to better understand how the manipulation of both functional diversity and species richness of herbaceous plants allow the establishment of a continuous herbaceous ground cover and the restoration of important ecosystem functions, that ensure resilience to fire and resistance to invasive species. We aim at better understanding how functional diversity and species richness modulate the functioning of restored ecosystems. We will establish experimental herbaceous plant communities using four different functional groups based on the plant propagation strategies observed in native Cerrado. Current restoration models of herbaceous Cerrado plant communities rely on direct seeding of fast-growing, acquisitive species, whereas we will develop new methods that allow establishment of a range of species, including species with conservative strategies, characteristics of pristine TGB. During 2024, target native graminoid species were collected and grown in greenhouses, to be transplanted in an abandoned farmland. Field experiments will be set up at the Chapada dos Veadeiros National Park, central Brazil. During the two first years of the PhD, we will monitor vegetation establishment and different ecosystem processes namely erosion control, productivity and carbon and water cycles. We will perform regular vegetation surveys and assess above and belowground plant functional traits associated with species establishment, competition with invasive species and flammability. In parallel, we will assess ecosystem processes in order to establish causal relationships between the species traits and plant community establishment with each ecosystem function, allowing a better understanding of the mechanisms driving ecosystem processes. 2 years after experiment implementation, we will set prescribed fires and will monitor resilience of the restored communities to fire, analyzing the different strategies of recovery. We expect to find a positive correlation between the complementarity of both aboveground and belowground functional traits and restoration effectiveness. The results of this project will contribute to deepening ecological knowledge on the assembly of plant communities in TGB, will be used to develop novel methods for TGB restoration and to inform guidelines for effective implementation of restoration actions for TGB. Partnerships with stakeholders, practitioners and local traditional Kalunga communities will improve these guidelines