Variations spatiales et temporelles des communautés adventices des cultures annuelles en France - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Spatial and temporal variations in arable weed communities of annual crops in France

Variations spatiales et temporelles des communautés adventices des cultures annuelles en France

Résumé

Although arable weed species are particularly well adapted to habitats characterised by high levels of disturbance (ploughing, harvest), the degree and rate at which agro-ecosytems have been transformed in the last 50 years in Europe (use of chemicals, changes in crop rotations) has led to profound changes in the composition and diversity of arable weed communities. This thesis provides an update on the composition and diversity of weed communities that can be found across the main crop types and regions of France. It also addresses two objectives i) applying (community) ecology theories for the analysis and interpretation of spatial and temporal variations in weed communities and ii) using the model of arable weed community to test fundamental ecological theories. The present work is based on data sets collected at three embedded spatial scales: the ‘Biovigilance Flore’ network covering the whole of France, the ‘Barralis-Chadoeuf’ network covering the Côte-d’Or at 30 year intervals and a set of aggregated fields at the agricultural landscape scale. 1. Weed community assembly rules. We show that arable weed communities are not random assemblages of species but respond to i) crop type according to sowing date (winter crops versus spring crops), ii) edaphic and climatic conditions opposing flora of calcareous soils in dry regions on one hand and flora of acidic sandy soils in precipitation-rich areas on the other hand, and iii) a latitudinal gradient opposing Mediterranean thermophilous species to eurosiberian species. The ‘crop type’ effect can be divided in two main types of constraints: ‘sowing date’ and ‘herbicides’, both inducing trait convergence in communities. The other management practices (tillage regime) have less discriminating power. Overall, human direct influence on weed vegetation is of greater importance than abiotic environment. 2. Changes in arable weed flora since the 1970s. The rate of species turnover among the most common species over the last 30 years ranged from 33% (winter wheat ) to 61% (maize) which was much higher than turnover rates reported for secondary successions in undisturbed ecosystems. The ecological meaning of the observed changes was interpreted according to species biological and ecological attributes (fonctionnal traits, Ellenberg Indicator value, and specialization index to crop type) which are used to classify weed species into functional groups. In sunflower crops, we show that most of the species that have been increasing over the last 30 years belong to a single functional group which groups species exhibiting attributes that can defined as ‘sunflower mimicking’ traits: competitiveness (tall and nitrophilous species), low sensitivity to sunflower herbicides and short summer life cycle. A second case study focused on changes in the composition of weed communities in Côte-d’Or. The classification of arable weeds according to their niche breadth showed that the generalist/specialist ratio significantly increased while in parallel, oilseed rape specialist species increased in response to the fivefold increase in the surface devoted to this crop. 3. Biodiversity decline in agroecosystems. The diachronic study that we conducted over 158 fields in the Côte-d’Or shows that during the last 30 years, averaged species richness and species density per field declined by 44% and 67%, respectively. This trend has however not led to the homogenization of community composition. If specialist species of particular ecological conditions decreased, the importance of this process was low relative to the massive decline of common species that were initially shared between many fields. Given the decrease of local (within-field) diversity and the increase of regional (across-field) diversity, the number of species in the regional pool remained stable. The huge decline of arable weed diversity is not without consequences in terms of the functions provided by the weed community (decrease in functional diversity, massive loss of species that are important food resources for seed-eating birds or insect pollinators). The contribution of crop edges to species diversity at the landscape scale was evaluated and the potential role of crop edges for the conservation of declining populations of weed species is discussed. Arable weed communities have proved to be a good model for testing fundamental ecological theories, especially i) the evolution of the specialist/generalist ratio within communities facing temporal heterogeneity in environmental conditions and ii) the definition of assembly rules based on the interactions between environmental filters and species traits.
Le milieu cultivé est caractérisé par des perturbations régulières et intenses (labour, moisson) auxquelles certaines espèces, qualifiées d’adventices, se sont avérées particulièrement adaptées. Tout au long du XXème siècle, l’agrosystème cultivé a été marqué par des modifications profondes des systèmes de culture dont le rythme s’est accéléré durant les 50 dernières années avec l’adoption du désherbage chimique et la modification des rotations. En conséquence, la composition et la diversité des communautés adventices associées aux cultures annuelles ont été profondément modifiées. Au-delà de la réalisation de synthèses nationales actualisées par culture rendue possibles par le travail de collecte réalisé sur différents réseaux d’observatoires, cette thèse poursuit deux objectifs symétriques d’appliquer des concepts d’Ecologie (des communautés) pour analyser et interpréter les variations spatiales et temporelles de la flore adventice et d’utiliser le modèle des communautés adventices pour tester des théories d’Ecologie. Les travaux présentés sont basés sur des données récoltées à trois échelles spatiales emboîtées : le réseau Biovigilance Flore couvrant toute la France, le réseau ‘Barralis-Chadoeuf’ couvrant la Côte-d’Or à 30 années d’intervalle et le dispositif Fénay couvrant un paysage agricole. Les principaux résultats concernent : 1. Les règles d’assemblage des communautés adventices. Bien que fortement artificialisées par l’agriculture, les communautés adventices ne forment pas un assemblage aléatoire d’espèces. Nous montrons que les principales variations dans la composition des communautés sont expliquées dans l’ordre : i) par le type de culture en fonction de la date de semis opposant les cultures d’hiver aux cultures de printemps, ii) par les conditions pédo-climatiques, opposant la flore des sols argilo-calcaires des régions sèches à la flore des sols siliceux acides des régions à plus forte pluviométrie et iii) par un gradient latitudinal opposant la flore thermophile méditerranéenne à la flore eurosibérienne. L’effet ‘type de culture’ se décompose en deux types de contraintes principales : ‘date de semis’ et ‘herbicides’, qui induisent une convergence de traits. Les autres techniques culturales (travail du sol) présentent un pouvoir discriminant plus faible. Globalement, le poids direct de l’homme est plus important que celui du milieu aux échelles considérées. 2. Les changements de flore depuis les années 1970. En 30 ans, l’intensité du renouvellement (‘turnover’) parmi les espèces les plus communes varie du simple (blé d’hiver 33%) au double (maïs 61%) mais reste dans tous les cas très supérieur aux turnovers observés au cours des successions dans les écosystèmes ‘naturels’. La signification écologique des changements constatés a été interprétée en fonction des caractéristiques biologiques et/ou écologiques des espèces (traits fonctionnels, valeurs indicatrices d’Ellenberg, indices de spécialisation à une culture). Un premier cas d’étude concerne les changements au sein des espèces adventices majeures de la culture du tournesol. Le classement des espèces en groupes fonctionnels montre qu’un seul groupe sur les cinq identifiés rassemble la quasi-totalité des espèces en progression. Les caractéristiques liées à ce groupe fonctionnel montre qu’une des clefs pour réussir dans cette culture est de posséder un panel étendu parmi les traits mimétiques de la culture : tolérance aux herbicides, forte compétitivité (nitrophilie, grande taille), héliophilie, etc. Un deuxième cas d’étude porte sur l’évolution de la composition des communautés en Côte-d’Or. Un index de classification des espèces en fonction de l’amplitude de leur niche écologique montre que le ratio généralistes/spécialistes a significativement augmenté sauf vis-à-vis de la culture du colza dont les surfaces ont augmenté (+ 800 % depuis 1970). 3. Le déclin de la biodiversité dans les agrosystèmes cultivés. L’étude diachronique menée sur 158 parcelles en Côte-d’Or montre qu’au cours des 30 dernières années, l’évolution des communautés adventices est marquée par une baisse de 44% la richesse spécifique et de 67% de l’abondance des espèces dans les parcelles. Les variations spatiales de la diversité à l’échelle de la France indique que cette baisse de diversité pourrait découler de l’intensification incluant l’augmentation de la taille des parcelles et la disparition des haies à travers les remembrements, la régression de l’élevage et des systèmes extensifs associés, l’utilisation accrue des herbicides et l’enrichissement des sols oligotrophes. Contrairement à ce qui était attendu, l’intensification de l’agriculture n’a cependant pas conduit à une homogénéisation de la composition des communautés. Si des espèces spécialistes de conditions écologiques particulières ont poursuivi leur déclin, le poids de ce processus n’est pas significatif par rapport aux processus d’extinction des espèces les plus communes initialement présentes dans de nombreuses parcelles. A l’échelle régionale le nombre d’espèces reste stable. L’importance du déclin de la biodiversité floristique dans les champs cultivés n’est pas sans conséquence sur la fonctionnalité des communautés adventices (diminution de la diversité fonctionnelle, forte régression d’espèces servant de ressource aux oiseaux, déclin des espèces entomogames). Le poids des bords de champs dans la distribution de la diversité à l’échelle d’un paysage agricole est évalué et leur rôle dans la conservation des espèces en déclin est discuté. Les communautés adventices se sont avérées de bons modèles pour tester les théories d’Ecologie en particulier concernant l’évolution contrastée des espèces généralistes versus spécialistes face à l’hétérogénéité (temporelle) de l’habitat et la définition des règles d’assemblage à partir de la relation entre filtres environnementaux et traits des espèces.
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  • HAL Id : tel-02004862 , version 1

Citer

Guillaume Fried. Variations spatiales et temporelles des communautés adventices des cultures annuelles en France. Sciences du Vivant [q-bio]. Université de Bourgogne, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02004862⟩

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