LogoLogo

Sor, Ratha. Modélisation des changements spatio-temporels des communautés de macroinvertébrés benthiques dans les rivières d'Asie et d'Europe

Sor, Ratha (2017). Modélisation des changements spatio-temporels des communautés de macroinvertébrés benthiques dans les rivières d'Asie et d'Europe.

[img]PDF - nécessite un logiciel de visualisation PDF comme GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
8Mb

Résumé en francais

Objectifs généraux: les systèmes fluviaux tropicaux et tempérés d'eau douce sont connus pour soutenir différentes communautés biotiques. Dans cette étude, menée dans une région d'Asie tropicale et dans une région d'Europe tempérée, j'ai étudié la composition et la diversité de la communauté des macro-invertébrés benthiques ainsi que leurs variations spatiales et temporelles. J'ai également examiné les influences des variables physico-chimiques de la qualité de l'eau sur les variations et la diversité de la composition de la communauté et j'ai modélisé l'occurrence d'espèces sélectionnées. Localisation géographique: Asie tropicale: le bassin aval du Mékong (LMB), couvrant une superficie de 609 000 km2; Europe tempérée: Europe occidentale, fleuves flamands (Belgique), couvrant une superficie de 13 787 km2. Matériel et méthodes: Pour le LMB, les données recueillies de 2004 à 2008 ont été utilisées et les valeurs médianes de cette période ont été analysées. Pour les rivières flamandes, les données collectées de 1991 à 2010 ont été utilisées. Les données ont été divisées en 4 périodes: D1: 1991-1995, D2: 1996-2000, D3: 2001-2005 et D4: 2006-2010. Les médianes de chaque période ont été utilisées pour des analyses spatiales détaillées. Des analyses multivariées ont été appliquées pour relier la composition et la diversité de la communauté aux variables physico-chimiques. Cinq techniques de modélisation, à savoir la régression logistique (LR), les Random Forest (RF), le Support Vector Machine (SVM), les réseaux de neurones artificiels (ANN) et les arbres de classification (CT) ont été utilisées pour modéliser l'occurrence desespèces sélectionnées. Principaux résultats: Variations de la composition des communautés, diversité et relation avec les variables environnementales Dans le cours aval du Mékong LMB, 299 taxons de macro-invertébrés distribués dans 196 genres et 90 familles ont été identifiées; dont 131 insectes, 98 mollusques, 38 crustacés et 32 annélides. Il s'agit du plus grand inventaire réalisé pour le bas Mékong (LMB). Les taxons exotiques n'ont pas été évalués en raison du manque de données de distribution et des connaissances taxonomiques limitées. Les insectes se trouvaient principalement dans zones amont, caractérisées par une haute altitude, une eau claire avec une forte concentration d'oxygène dissous (DO); tandis que les mollusques, les crustacés et les annélides sont majoritaires dans les parties aval, caractérisées par une grande surface des bassins hydrographiques, des rivières profondes et larges et une température élevée de l'eau. Ces compositions diverses trouvées à différentes échelles spatiales donnent lieu à une diversité locale (Shannon-Weiner, H') qui s'accroit depuis les zones amont (H' = 1,9) vers les zones aval (H'= 2,7) ainsi qu'à une grande variation de biodiversité ou bêta-diversité (ß) (BDTotal = 0,8 sur une échelle de 0 à 1). Lorsqu'ils sont calculés séparément pour chaque composante des communautés (ex. insectes, mollusques, crustacés et annélides), les mollusques et les insectes ont une variation plus élevée et leurs LCBD ont largement contribué à la diversité des communautés, alors que les crustacés et les annélides ont une variation plus faible et ont contribué moins à la bêta diversité. Un haut degré d'unicité dans la composition de la communauté de ce système tropical se produit surtout le dans les rivières, qui sont fortement associés aux perturbations anthropiques. Dans les rivières flamandes, 207 taxons de macro-invertébrés appartenant à 145 familles ont été identifiés, dont 131 insectes, 34 mollusques, 21 crustacés et 21 annélides. Soixante-treize taxa exotiques de macro-invertébrés ont été récoltés. Dès le passé (D1) jusqu'à la période récente (D4), la plupart des taxa et leur abondance étaient liés à des valeurs élevées de DO et de faibles valeurs d'autres variables de qualité de l'eau; à l'exception du Chironomidae thummi-plumosus, des Naididae et des Asellidae qui se sont révélés négativement associés à la concentration de DO, mais liés positivement à la concentration d'ammonium (NH4+), de phosphate, de demande chimique en oxygène (COD) et de nitrate (NO3-). La diversité locale a augmenté de D1 (H' = 1,6) à D3 (H' = 1,9), mais a diminué en D4 (H' = 1,6), ce qui est dû à une augmentation énorme de l'abondance globale de macro-invertébrés dans la dernière période où la qualité de l'eau s'est considérablement améliorée. Cela peut indiquer que l'amélioration de la qualité de l'eau favorise fortement certains taxons dominants, ce qui augmente l'homogénéisation des communautés et diminue ensuite la diversité locale. La bêta diversité des communautés était modérée, mais a significativement augmenté de 1990s (BDTotal = 0,50) à la période la plus récente (BDTotal = 0,59). Lorsque la qualité de l'eau était médiocre (c'est-à-dire dans les années 1990s), une grande diversité saisonnière (a et ß) a été observée; la diversité était faible au printemps par rapport à l'été et l'automne. Cependant, la différence saisonnière n'a pas été constatée dans les années 2000s au cours de laquelle le programme de réhabilitation de la qualité de l'eau dans la plupart des régions de la Flandre a été mis en place avec succès. Lorsqu'ils ont été calculés séparément pour chaque composante de la communauté, les mollusques et les insectes ont montré une grande ß-diversité qui a toujours augmenté de D1 à D4, par rapport à la ß-diversité des annélites (la plus faible) et des crustacés qui ont fluctué entre D1 et D4. Les LCBDs des quatre composants ont considérablement contribué à la diversité des communautés. Un haut degré d'unicité de la composition de la communauté dans ce système tempéré était plus lié aux sites situés dans les cours d'eau du port principal et dans les polders saumâtres, où des valeurs élevées de conductivité électrique (EC) et de pH ont été enregistrées. Modélisation d'occurrence d'espèces Pour le LMB, l'occurrence de 199 espèces pourrait être prédite en utilisant LR, RF, SVM et ANN. Les quatre techniques de modélisation ont donné des résultats significativement différents (p<0,01), maisc'est l'ANN qui a donné les résultats les plus probants afin de prédire au mieux l'apparition d'espèces rares. Pour les rivières flamandes, l'apparition de mollusques exotiques et leur co-occurrence avec des mollusques indigènes ont été prédites à l'aide de CT. Sur la base des données de terrain de D1 à D4, les modèles de CT ne pouvaient prédire de manière fiable que la co-occurrence, mais pas la seule occurrence de mollusques exotiques. La co-occurrence dépendait principalement de la sinuosité et d'un ensemble de variables chimiques de qualité de l'eau (par exemple NH4+, NO3-, COD, pH). Lorsque les modèles CT ont été optimisés en incorporant des données de terrain et des données clonées (c'est-à-dire un ensemble de données obtenu par duplication indépendante des points de données de terrain par k individus différents) par des modèles de diffusion et de prévision, l'occurrence de mollusques exotiques a été correctement prédite avec un faible taux d'erreur. Ces résultats correspondent aux observations de terrain, où l'apparition de mollusques exotiques a été observée au cours des deux dernières décennies en Flandre. Conclusions principales et remarques: Les conditions environnementales des deux systèmes favorisent certainement une composition différente de la communauté des macro-invertébrés et entraînent ainsi une variation différente. Nous avons constaté que le LMB possédait une plus grande diversité par rapport aux rivières flamandes. Cela pourrait être dû au fait que la plupart des invertébrés du LMB étaient identifiés au niveau de l'espèce, tandis que les invertébrés des rivières flamandes étaient identifiés uniquement à la famille ou au genre. Cependant, ces résultats ne révèlent pas vraiment la composition et la diversité réelles pour le LMB car il est très important, par rapport aux rivières flamandes, mais a été peu étudié. Le nombre de taxons du LMB est donc très probablement sous-estimé. En revanche, les rivières flamandes ont fait l'objet de suivis approfondis et ont été surveillées régulièrement. Néanmoins, les deux systèmes ont montré des similitudes; les mollusques et les insectes ont une variation totale plus élevée que les crustacés et les annélides. En outre, un degré élevé d'homogénéisation dans la composition de la communauté des deux systèmes se produit principalement dans les sites où un niveau élevé de perturbation anthropique a été observé. Parmi les variables environnementales mesurées, l'altitude, la superficie des bassins hydrographiques, la largeur et la profondeur, la profondeur de Secchi, la DO, la EC et la température de l'eau ont été les facteurs clés de la composition et de la diversité de la communauté des macro-invertébrés dans le LMB; tandis que dans les rivières flamandes, DO, EC, pH, NH4+, NO3-, COD, phosphate et sinuosité étaient les variables clés. Ces résultats peuvent fournir des informations et des idées utiles qui pourraient être utilisées pour soutenir la gestion, la conservation et la planification de la restauration dans chaque système. Parmi les techniques de modélisation appliquées dans le LMB, l'ANN a permis d'obtenir les meilleurs résultats pour la prédiction de l'apparition d'espèces rares. La prédiction de l'apparition de mollusques exotiques dans les rivières flamandes a été réalisée avec succès à l'aide de modèles CT. Que ce soit dans les périodes passées ou récentes, les résultats de ces prédictions correspondent aux observations sur le terrain. Pour tester leur " transférabilité ", les modèles les plus performants pourront être validés à l'aide de données collectées en dehors de la Flandre.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Lek, Sovan
Goethals, Peter
Boets, Pieter
Ecole doctorale:Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (SEVAB)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire Evolution et Diversité Biologique, UMR 5174 ; Laboratory of Environmental Toxicology and Aquatic Ecology - Department of Applied Ecology and Environmental Biology, Ghent University (UGent), Belgium
Mots-clés libres :Schémas spatiaux - Espèces indicatrices - Biodiversité hotspot - Bêta diversité - Annélides - Crustacés - Mollusques
Sujets :Sciences de l'environnement
Déposé le :15 Mar 2018 09:35