Relationship between tolerance to stress and both competitive and facilitative abilities drives plant-plant interactions along different stress gradients
La relation entre la tolérance au stress et les capacités de compétition et de facilitation détermine les interactions entre les plantes le long de différents gradients de stress
Résumé
The interactions between plants along environmental gradients are not only the results of how plants affect their neighbours and how their neighbours respond to these effects, but also of how plants respond to environmental stresses. Related studies either involve different species or different ecotypes which are populations of a species growing in different environments and with specific adaptations. In this thesis, our main objective was to asses how both plant stress-tolerance and plant competitive and facilitative abilities drives plant-plant interactions along different stress gradients. First, we investigated the relationship between plant stress-tolerance and plant competitive and response abilities in a context where competitive interactions dominate: along a water gradient driven by differences in water availability between calcareous and siliceous substrate in the Gironde department (South-Western France). Then, the relationship between plant stress-tolerance and plant facilitative effect and response abilities was explored in a context where facilitative interactions dominate: in sites polluted by large amount of heavy-metals in soils in the Pyrenees mountains (South France), along metal pollution gradients. We conducted experimental approaches (reciprocal transplants experiments and common garden experiments) at the interspecific and intraspecific levels. We also calculated appropriate indices to quantify the relative contribution of environmental stress and biotic interactions in determining the outcome of plant-plant interactions in both systems. Our results demonstrated a trade-off between stress tolerance and competitive effect and response abilities along the water gradient. Drought-tolerant species were better able to withstand stress while stress-intolerant species were better able to withstand competition. Additionally, competitive effect where higher in plant communities dominated by stress-intolerant competitive species. A trade-off between stress tolerance and facilitative response abilities was also found in metal-polluted sites, as species and ecotypes less tolerant to metals were more facilitated than more tolerant species and ecotypes. In contrast, we found a positive correlation instead of a functional trade-off between stress tolerance and plant facilitative abilities, since most stress-tolerant ecotypes had greater facilitative effects on neighbouring species than less stress-tolerant ecotypes. Finally, with respect to the indices used, we found that environmental stresses had a greater influence in determining the outcome of plant-plant interactions than the competitive effect of neighbours along the water gradient and a greater influence than the facilitative effect of neighbours at the highest pollution level.
Le résultat des interactions plantes-plantes le long de gradients environnementaux est le résultat des effets des plantes sur les plantes voisines, de l’aptitude des plantes voisines à répondre à ces effets, mais aussi de la tolérance aux stress environnementaux des plantes qui produisent un effet ou répondent à cet effet. Les études concernées impliquent soit différentes espèces de plantes, soit différents écotypes qui sont des populations au sein d'une espèce donnée se développant dans des conditions environnementales différentes et ayant des adaptations spécifiques. Dans cette thèse, notre objectif principal était d'évaluer comment les aptitudes de tolérance au stress des plantes et les aptitudes compétitives et facilitatrices des plantes agissent ensemble pour déterminer le résultat des interactions plantes-plantes le long de différents gradients de stress. Nous avons d’abord étudié la relation entre les aptitudes de tolérance au stress et les effets et réponses compétitives des plantes dans un contexte où la compétition est l'interaction prédominante entre les plantes : le long d'un gradient hydrique induit par les différences de disponibilité en eau entre les substrats calcaires et siliceux dans le département de la Gironde (sud-ouest de la France). La relation entre la tolérance au stress et les effets et réponses facilitatrices des plantes a été étudiée dans les Pyrénées (sud de la France) dans un contexte où la facilitation est connue pour être l'interaction prédominante entre les plantes : dans des milieux dont les sols sont pollués par les métaux lourds. Nous avons utilisé des approches expérimentales (transplantation réciproque in situ et culture dans des zones contrôlées) aux niveaux interspécifiques et intraspécifiques. Nous avons également calculé des indices appropriés pour quantifier la contribution relative du stress et des interactions biotiques dans le résultat des interactions entre les plantes dans les deux systèmes. Nos résultats ont montré un compromis fonctionnel entre la tolérance au stress et les effets et réponses compétitives le long du gradient hydrique. En effet, les espèces tolérantes à la sécheresse, plus aptes à résister au stress hydrique, subissait fortement les effets compétitifs des plantes voisines. Aussi, les effets compétitifs étaient faibles dans les communautés dominées par ces mêmes plantes tolérantes au stress. Inversement, les espèces non tolérantes au stress hydrique subissait peu les effets compétitifs des plantes voisines, et les effets compétitifs étaient forts dans les communautés dominées par ces mêmes espèces. Dans les systèmes pollués au métaux lourd, un compromis fonctionnel entre la tolérance au stress et la réponse à la facilitation a également été trouvé. Les espèces et écotypes les moins tolérants aux métaux lourds étaient plus facilités que les espèces et écotypes les plus tolérants. En revanche, nous avons trouvé une corrélation positive plutôt qu'un compromis fonctionnel entre la tolérance au stress et les effets facilitateurs des plantes. Les écotypes les plus tolérants au stress avaient des effets facilitateurs plus importants sur les espèces voisines que les écotypes moins tolérants au stress. Enfin, en ce qui concerne les indices utilisés, nous avons constaté que les stress environnementaux avaient une plus grande influence dans la détermination du résultat des interactions entre les plantes que l'effet compétitif des voisins le long du gradient d'eau et une plus grande influence que l'effet facilitateur des voisins à haut niveau de pollution par les métaux lourds.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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