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Effects of plant species richness on invasion
dynamics, disease outbreaks, insect abundances
and diversity Knops et al., 1999. Ecology
Letters.
UE 41 Invasions et transferts biologiques
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Introduction

• Elton (1958) et Hutchinson (1959) hypothèses
  sur le fait que la diversité dun écosystème a
  des impacts sur 3 aspects de son fonctionnement
• ? Diversity-invasibility hypothesis (Elton 1958)
  
• Une diversité élevée augmente la résistance aux
  invasions despèces
• Lié à la disponibilité des ressources
• ? Diversity-disease hypothesis (Elton 1958)
• La diversité réduit limportance des maladies
  parasitaires des organismes multicellulaires
  photosynthétiques (MPO)
• Le taux de transmission dun pathogène est
  proportionnel à labondance de son hôte
• ? Diversity-trophic structure hypothesis
  (Hutchinson 1959)
• Laugmentation de la biodiversité augmente la
  richesse spécifique des niveaux trophiques
  supérieurs
• Augmentation de la diversité des MPOs ?
  augmentation de la diversité des insectes
  herbivores (beaucoup dinsectes sont
  spécialistes)? augmentation de la diversité de
  leurs prédateurs et parasites

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Matériels et méthodes

• Small biodiversity experiment
• - 147 carrés de 3m X 3m
• - Assignation au hasard dune richesse
  spécifique de 1, 2, 4, 6, 8, 12 ou 24 espèces
  pour chacun des carrés parmi un pool de 24
  espèces avec 20 à 24 réplicats (semé en 1994)
• - Désherbage fréquents retrait des semis des
  espèces invasives

Espèce invasive espèce observée dans un carré
où elle na pas été plantée (inclus les espèces
natives et exotiques) Invasifs externes espèce
qui pousse dans un carré ou elle na pas été
plantée et qui ne fait pas partie du pool des 24
espèces
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Matériels et méthodes

• Small biodiversity experiment
• - 147 carrés de 3m X 3m
• - Assignation au hasard dune richesse
  spécifique de 1, 2, 4, 6, 8, 12 ou 24 espèces
  pour chacun des carrés parmi un pool de 24
  espèces avec 20 à 24 réplicats (semé en 1994)
• - Désherbage fréquents retrait des semis des
  espèces invasives
• ? détermination de la biomasse des espèces
  invasives
• ? détermination de la richesse spécifique des
  espèces invasives
• ? détermination de la biomasse des invasifs
  externes
• - Détermination du taux dazote minéral du sol,
  de la biomasse totale de surface, du pourcentage
  de recouvrement et de la pénétration de la
  lumière
• But déterminer les effets de la diversité
  spécifique sur la production primaire et sur la
  dynamique du carbone et de lazote du sol

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Matériels et méthodes

• Small biodiversity experiment
• - Expérience supplémentaire croissance à
  maturité de 2 espèces invasives communes (Crepis
  tectorium et Digitaria ischaemum) dans une sous
  zone de 0,5 m²/carré
• But Déterminer comment la richesse spécifique
  des MPO (oranisme multicellulaire
  phtosynthétique) influence la capacité dautres
  espèces à coloniser et croître dans un carré

Crepis tectorum (Crépis des toits)
Digitaria ischaemum (Digitaire filiforme)
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Matériels et méthodes

• Large biodiversity experiment
• - 342 carrés de 13m X 13m (utilisation de 163
  carrés)
• - Assignation au hasard dune richesse
  spécifique de 1, 2, 4, 8, ou 16 espèces pour
  chacun des carrés parmi un pool de 18 espèces
• (semé en 1994 et 1995)
• - Désherbage partiel
• - Détermination de la biomasse des MPOs et de
  leur richesse spécifique
• - Quantification de limportance des maladies
  sur à partir des quatres maladies les plus
  fréquentes
• - Septoria liatridis sur Liatris aspera
• - Uromyces lespedezae-procumbentis sur Lespedeza
  capitata
• - Erzsiphe cichoracearum sur Monarda fistulosa
• - Colletotrichum sp. sur Schizachyrium scoparium
• - Collecte par balayage des insectes, acariens
  et araignées
• ? Classement en herbivores, parasites et
  prédateurs, détritivores ou omnivores

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Résultats / Discussion
Le nombre despèces dinvasifs externes (A), la
biomasse des 2 espèces invasives arrivées à
maturité (B), et la biomasse totale des espèces
invasives (C), sont corrélés négativement avec la
richesse spécifique des MPOs
Nombre despècesdinvasifs externes
Biomasse (g/MPO)
Biomasse totale des espèces invasives (g/m²)
Richesse spécifique des MPOs
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Résultats / Discussion
Variable Biomasse espèces invasives Biomasse espèces invasives Taille espèce invasive Taille espèce invasive Richesse invasifs externes
Variable 1996 1997 C.tectorium D. ischaemum Richesse invasifs externes
Richesse spécifique des MPO ns ns ns ns ns
Taux NO3 du sol
de pénétration de la lumière
Arguments en faveur de la
Diversity-invasibility hypothesis
Résultats dune analyse de régression multiple
sur la dépendance entre divers paramètres ( ns
non significatif fortement corrélé Plt0.001)
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Résultats / Discussion
Le taux de maladie fongique foliaire est corrélé
négativement avec la richesse spécifique des MPOs
Indice de sévérité de la maladie
Richesse spécifique des MPOs
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Résultats / Discussion
Importance de la maladie Importance de la maladie Importance de la maladie Importance de la maladie
Liatris Lespedeza Monarda Schizachyrium
Richesse spécifique des MPOs ns ns ns ns
Densité des hôtes
Résultats dune analyse de régression multiple
sur la dépendance entre divers paramètres

( ns 
non significatif     Plt0.05   
Plt0.01    Plt0.001)
Arguments en faveur de la
Diversity-disease hypothesis
Richesse spécifique des herbivores et des
prédateurs et parasites dépendent de la richesse
spécifique du niveau trophique qui les précède
Arguments en faveur de la
Diversity-trophic structure hypothesis
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Conclusion
? La richesse spécifique, en influençant le taux
de pénétration de la lumière et la disponibilité
des nutrients, a un impact sur les invasions. ?
Richesse spécifique élevée

? diminution la densité des hôtes potentiels
pour les maladies ? supporter une richesse
plus importante en herbivores ? ressource pour
parasites et prédateurs
? Diversité variable influençant la dynamique,
la structure et le fonctionnement des écosystèmes
Problème Article vieux, de nouvelles études
contredisent ces résultats
Exemple des invertébrés benthiques en Tasmanie
(Dunstan et Johnson, 2004) où diversité
spécifique élevée pourrait même favoriser les
introductions
Intervention de léchelle spatiale, la
diversity-invasibility hypothesis nest pas
supportée à grande échelle (Knight et Reich, 2005)
Composition fonctionnelle est corrélée à la
résistance à linvasion (Prieur-Richard et al.,
2002) parfois même plus que ne lest la diversité
(Crawley et al., 1999)
Modèles mathématiques de Moore et al. (2001)
considèrent quil ny a pas de relation entre
diversité et résistance aux invasions
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Critiques
- Espèces choisies au hasard elles nont pas
co-évoluées ensembles, ? éloigné de
la réalité biologique - Problème dutilisation
du terme despèce invasive - Carrés non
stérilisés une partie des espèces invasives
peuvent provenir de la banque de graine -
Estimation visuelle de létendue de la maladie
foliaire - Biais induit par la technique de
prélèvement des arthropodes - Problèmes
dinterprétation des résultats
Indice de sévérité de la maladie
Biomasse totale des espèces invasives (g/m²)
Richesse spécifique des MPOs
Richesse spécifique des MPOs
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Critiques (Wardle, 2001)
? 11 (46) des 24 espèces du pool total
despèces napparaissent pas en monoculture et
plus de la moitié des espèces apparaissent dans 1
ou un petit nombre des 20 carrés de richesse
spécifique 2 ? Résultats explicables largement
voire entièrement par effets dune espèce
compétitive et potentiellement dominante qui
serait présente dans tous les carrés de 24
espèces et dans aucun carré en monoculture
Effet déchantillonnage
Nombre despèces tirées du pool despèces
Probabilité dinclure une espèce plus compétitive
(espèce clé)
Compétitivité globale de la communauté
Invasibilité
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Critiques (Wardle, 2001)
? Désherbage 5 fois en 1996 et 4 fois en 1997
? laisse
le temps aux invasifs datteindre une taille
significative dans les carrés faiblement occupés
? Carrés de faible diversité spécifique régime
de perturbation plus important

-
arrachage des racines des espèces plantées
? réduction de la
croissance des espèces plantées ?
réduction de la compétitivité face aux espèces
invasives
- perturbations du sol

? possibilité de stimulation
de la germination des invasifs ?
remontée à la surface des graines dinvasifs
contenues dans la banque de graines
Biomasse totale des espèces invasives (g/m²)
Richesse spécifique des MPOs
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Conclusion générale
Des études doivent être faites sur le sujet ?
Nécéssité de formuler de nouvelles théories
Merci pour votre attention
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Références
BOUDOURESQUE C.F., 2005. Les espèces introduites
et invasives en milieu marin. Deuxième édition.
GIS Posidonie publ., Marseilles 152
p.   CRAWLEY M. J., BROWN S. L., HEARD M. S.,
EDWARDS G. R., 1999. Invasion-resistance in
experimental grassland communities species
richness or species identity? Ecology Letters (2)
140-148.   DAJOZ R., 2000. Précis décologie.
Septième édition. Dunod  615 p.   KNIGHT K.S.,
REICH P.B., 2005. Opposite relationships between
invisibility and native species richness at patch
versus landscape scales. Oikos, 109
81-91.   PRIEUR-RICHARD A.-H., LAVOREL S., DOS
SANTOS A., GRIGULIS K., 2002. Mechanisms of
resistance of Mediterranean annual communities to
invasion by Conyza bonariensis effects of native
functional composition. Oikos 99
338-346.   WARDLE D.A., 2001. Experimental
demonstration that plant diversity reduces
invisibility evidence of a biological mechanism
or a consequence of sampling effect? Oikos, 95
161-170
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Crepis tectorum (Crépis des toits)
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Digitaria ischaemum (Digitaire filiforme,
digitaire couchée)
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Une théorie unificatrice la FRAT (Fluctuations
in Resource Avaibility Theory) de Davis et al.
(2000)