Agricultural landscape structure and biological control - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Agricultural landscape structure and biological control

Structure du paysage agricole et régulation des ravageurs : Effet de l'hétérogénéité spatiale du paysage sur la dynamique éco-évolutive d'un système prédateur-proie

Résumé

Agricultural landscape structure is defined by the heterogeneity arising from a mosaic of cultivated patches within a natural matrix. The spatial arrangement of these agricultural habitats strongly influences ecosystem functioning and, therefore, determines environmental resources, species diversity and interactions. Specifically, the amount and the organisation of natural and semi-natural habitats can promote a bundle of desired ecosystem services, such as biological pest control. However, the relationships among desired effects and landscape complexity can be ambiguous. Even if semi-natural area favours natural enemy species presence and diversity, this might not be directly translated into a profitable advantage for natural pest suppression. The reason is that enemy species differ in their lifecycle, their behaviours and predating strategy, influencing each other in positive or negative ways. In this thesis, we deepen various aspects of the landscape complexity, population dynamics and their relationships to better understand the effect on conservation biological control. Firstly, we deal with the representation of real agricultural landscapes to allow for landscape structural analysis and scenario generation. We develop statistical tools to represent real landscapes composed by patches and linear elements, to capture the distribution of landscape features, and to simulate land-use category allocation. We estimate model parameters for sub-regions of the Lower Durance Valley (France), validate the model based on a diversity of landscape metrics and implement simulations of agricultural scenarios.Secondly, we couple landscape generation with population dynamics based on the landscape model through a spatially explicit predator-pest model taking into account pesticide applications, which are employed when biological control through predator efforts is not enough. We demonstrate that spatial heterogeneity, species traits and their interactions jointly play a key role for biological control outcomes. Since we recognise that integration of species traits with landscape structure at multiple scales are needed, and that the output aggregation over time and space cause information loss, we do not limit our analysis to the global scale. We propose a more parsimonious representation to take into account all the relevant information of spatially-explicit outputs to fully characterise spatio-temporal pestpredator dynamics. Specifically, we recur to meta-models based on spatio-temporal point processes. Through this multi-scale approach, we gain insights on both local and global spatio-temporal dynamics of predator-pest systems. Finally, we extend our analyses to theassessment of genetic diversity and behavioural strategies to better represent species adaptation to different drivers like environmental conditions and different predating pressure. During this thesis, we explore and integrate different spatio-temporal ranges (i.e., linear and areal landscape elements, global and local scales, temporal pest and predator evolution) and different biodiversity levels (multi-species, behavioural diversity and genetic diversity). By focusing on different perspectives, we enrich the existing knowledge and highlight the necessity of more integrated methods and efforts to better account for the various important dimensions of biodiversity, jointly with agricultural landscape complexity.
La structure du paysage agricole est définie par l’hétérogénéité spatiale de la mosaïque de parcelles cultivées et de la matrice des habitats naturels. L’organisation spatiale des parcelles influence fortement le fonctionnement des agro-écosystèmes en déterminant les ressources disponibles, la diversité des espèces et les interactions entre le milieu cultivé et les espaces naturels. En particulier, la structure des habitats naturels et semi-naturels peut favoriser un ensemble de services écosystémiques, tels que la lutte biologique contre les ravageurs. Si la complexité paysagère est souvent associée à une plus forte régulation des ravageurs des cultures, cette relation peut être aussi ambiguë. Les habitats semi-naturels favorisent la présence et la diversité des espèces auxiliaires mais n’induisent pas forcément par un meilleur service de régulation. En effet, les espèces auxiliaires diffèrent dans leur cycle de vie, leurs comportements et leurs stratégies de prédation, s’influençant mutuellement de manière positive ou négative. Dans le cadre de cette thèse, nous approfondissons différents aspects de la complexité du paysage et des interactions entre espèces afin de mieux comprendre leurs effets sur le contrôle biologique. Dans une première partie nous abordons la question de la représentation de paysages agricoles réels pour permettre l’analyse structurelle du paysage et la génération de scénarios paysagers. Nous développons des outils statistiques pour représenter des paysages composés d’éléments surfaciques et linéaires. En particulier, nous nous intéressons à la distribution des catégories d’occupation du sol. Nous proposons une méthode de validation des modèles reposant sur un ensemble de métriques paysagères et nous développons un outil permettant la simulation de paysages agricoles. Les données paysagères proviennent de la basse vallée de la Durance (France). Dans une deuxième partie, nous définissons, sur les paysages simulés, un modèle proie-prédateur décrivant la dynamique de ravageurs et d’auxiliaires. Le modèle est spatialement explicite, il considère la dispersion des organismes à la fois dans les parcelles et le long des haies, ainsi que de potentiels traitements phytosanitaires. Nous démontrons que l’hétérogénéité spatiale du paysage et les traits d’histoire de vie du ravageur et de son auxiliaire jouent conjointement un rôle clé dans l’efficacité du service de contrôle du ravageur. Nous ne limitons pas notre analyse à l’échelle globale mais nous proposons aussi une nouvelle méthode pour étudier la dynamique du système à plusieurs échelles. Plus précisément, nous définissons un processus ponctuel spatio-temporel comme méta-modèle pour étudier le lien entre la dynamique localisée des pullulations de ravageur et les caractéristiques du paysage à différentes échelles spatiales. Enfin, dans une troisième partie, nous étendons nos recherches aux aspects évolutifs en abordant deux questions. Dans une première nous étudions comment l’hétérogénéité environnementale influence la structure phénotypique d’une population dont les traits de dispersion et de croissance sont soumis à un compromis évolutif. Ce travail est basé sur un modèle de type paysage adaptatif et nous nous attachons à caractériser de façon analytique les équilibres du système.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03662442 , version 1 (09-05-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03662442 , version 1

Citer

Patrizia Zamberletti. Agricultural landscape structure and biological control. Global Changes. Université d'Avignon, 2021. English. ⟨NNT : 2021AVIG0367⟩. ⟨tel-03662442⟩
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