Reference : Rôle du climat et de la compétition interspécifique dans la limitation de l'aire d'in...
Dissertations and theses : Doctoral thesis
Life sciences : Environmental sciences & ecology
http://hdl.handle.net/2268/201442
Rôle du climat et de la compétition interspécifique dans la limitation de l'aire d'invasion d'Ambrosia artemisiifolia L. en Europe de l'Ouest
French
[en] Role of local climate and interspecific competition in the limitation of the invaded area of Ambrosia artemisiifolia L. in Western Europe
Ortmans, William mailto [Université de Liège > Ingénierie des biosystèmes (Biose) > Biodiversité et Paysage >]
7-Sep-2016
Université de Liège, ​Liège, ​​Belgique
Doctorat en sciences agronomiques et ingénierie biologique
153
Monty, Arnaud mailto
Mahy, Grégory mailto
Lejeune, Philippe mailto
Müller-Schärer, Heinz mailto
Fayolle, Adeline mailto
Bodson, Bernard mailto
Vanderhoeven, Sonia mailto
Chauvel, Bruno mailto
[en] Ragweed ; naturalization ; performance ; seed ; mass ; barriers ; invasion process ; priority effect ; common garden
[fr] climat ; graine ; performance ; naturalisation ; processus d'invasion ; effet de priorité ; Ambroisie ; barrière à l'invasion ; maternel
[fr] Le processus d’invasion est fondamentalement inscrit dans une dynamique temporelle et peut être décrit comme un phénomène durant lequel une espèce franchit différentes barrières. Une espèce doit en premier lieu franchir une « barrière géographique » pour être introduite dans un nouveau territoire. Une fois introduite, l’espèce doit survivre aux nouvelles conditions environnementales et être capable de se reproduire, afin de former des populations viables. Elle passe alors la « barrière environnementale » et peut être considérée comme naturalisée. Enfin, elle doit encore franchir la « barrière de la dispersion » et se répandre dans l’environnement pour être considérée comme une espèce invasive. En outre, sur un continent, une espèce peut être à différents stades de franchissement de ces barrières en fonction de la région considérée. On peut ainsi trouver, en fonction des zones géographiques, des populations non–naturalisées qui ne parviennent pas à se maintenir sans apport de propagules, des populations naturalisées, mais qui ne sont pas invasives, et des populations invasives. Cette variation géographique peut résulter, entre autres, d’une variation des conditions environnementales à l’échelle du continent.
L’invasion de l’ambroisie à feuilles d’armoise (Ambrosia artemisiifolia L.) constitue une excellente opportunité d’étudier cet aspect de la biologie des invasions. En effet, l’historique d’invasion et la répartition actuelle de l’espèce sont bien documentés, et mettent en évidence des variations géographiques dans la dynamique d’invasion. En Europe de l’Ouest par exemple, il existe des régions fortement envahies (comme la vallée du Rhône, en France) et des régions où l’espèce n’est pas considérée comme naturalisée ou invasive, plus au nord (comme le Nord de la France, la Belgique et les Pays-Bas).
Dans ce travail de thèse, nous avons testé l’hypothèse que l’aire d’invasion actuelle d’A. artemisiifolia était limitée vers le Nord, du fait d’un climat local défavorable ou d’une compétition interspécifique trop importante. Afin d’atteindre cet objectif général, quatre questions ont été posées. 1) Le climat local et/ou la compétition interspécifique causent-ils une variation des performances des individus dans différentes zones de l’aire d’introduction en Europe de l’Ouest ? ; 2) Au nord des zones actuellement envahies, le climat permet-il à de nouvelles populations introduites dans un habitat agricole de se maintenir et de s’accroître ? ; 3) Quelle est l’importance de la variabilité morphologique des graines dans l’invasion de zones à climat rigoureux ? ; et 4) Quelle est l’importance de l’effet de priorité lors de l’établissement de l’espèce au sein d’une communauté rudérale ?
Nos recherches ont abouti aux conclusions suivantes : ni le climat local, ni la compétition interspécifique ne semblent empêcher la naturalisation et la future progression de l’espèce au nord de l’aire actuelle d’invasion, que ce soit dans les habitats rudéraux ou agricoles. En situation agricole au nord de l’aire d’invasion actuelle, l’espèce est capable de former des populations dont la production de descendants est importante. En moyenne au cours de notre expérimentation, chaque plant a produit un nombre de descendants égal à 273 ± 18.4 (moyenne ± erreur standard). Dans les habitats rudéraux, des populations existent déjà en Belgique et dans le sud des Pays-Bas, et sont capables de produire une grande quantité de graines : en moyenne, les plants mesurés portaient 222 ± 32.0 graines. Les performances des individus de ces populations sont d’ailleurs similaires à celles des individus au centre du foyer d’invasion. Aucune limite à la colonisation des zones au nord de l’aire d’invasion actuelle n’a été mise en évidence dans ce travail. Ceci est cohérent avec les observations d’autres auteurs mettant en doute le statut « non-naturalisé » de l’espèce en Belgique, et illustre l’aspect dynamique de l’invasion. L’importance de la temporalité dans la colonisation des milieux perturbés apparait critique. Lorsque la plante se développe quelques semaines avant le reste de la communauté, elle bénéficie d’une augmentation de performances bien supérieure à ce que d’autres astéracées rudérales sont capables d’atteindre dans la même situation. Dans notre expérience, l’effet de priorité induisait une biomasse aérienne 30.5 ± 1.94 fois plus élevée, et un nombre d’inflorescences 570 ± 160 fois plus important. Par ailleurs, la grande variabilité de l’espèce joue probablement un rôle important dans le succès de l’invasion. Ainsi, la grande variabilité des graines augmente la gamme de conditions environnementales où l’espèce peut se développer.
Nos observations laissent présager un potentiel d’invasion au nord de l’aire d’invasion actuelle. Dans cette situation incertaine, il nous apparait important de mettre en place un système de détection précoce de l’ambroisie, afin de permettre son éradication et cela, avant que l’invasion ne soit aussi problématique qu’en France. Des campagnes de sensibilisation du secteur public et agricole devraient être envisagées en Belgique, afin que de nouvelles occurrences de la plante ne passent pas inaperçues et que la propagation de l’espèce puisse être endiguée.
[en] The invasion process is classically described from a temporal point of view, where a species overcomes a defined number of barriers. First, a species has to get through the geographical barrier, i.e., be introduced in the new area. Once introduced, the species has to survive new environmental conditions and reproduce successfully. When the environmental barrier is overcome, i.e. when the species is able to reproduce and its populations are self-sufficient, it is considered as naturalized. To finally be considered as invasive, the species has to overcome the dispersal barrier and spread across landscapes. Within a given continent, a species could have overcome a variable number of barriers depending on the considered area. At a given moment, depending on the geographical area, one can observe non-naturalized populations, naturalized populations that are not invasive, and invasive populations. This geographical variation may be the result of an environmental variation across the continent.
The common ragweed (Ambrosia artemisiifolia L.) invasion in Western Europe is a good opportunity to study this aspect of invasion biology. The invasion history and the species distribution are well documented, and highlight a geographical variation of the invasion dynamics. This is particularly clear in Western Europe, where there is a contrast between the highly invaded zone of the Rhône valley in France, and more northern areas such as the North of France, Belgium, and the Netherlands.
In this work, we tested the hypothesis that the current invasion area is limited northwards, because of an unfavorable local climate or a too strong interspecific competition. In order to answer this general objective, four different questions were asked: 1) Is the climate and/or the interspecific competition causing a variation in plant performances across Western Europe?; 2) In an agricultural context north to the current invaded range, is the local climate allowing the establishment and the reproduction of newly introduced populations?; 3) What is the role of seed morphological variability in the invasion of areas with rigorous climatic conditions?; and 4) What is the role of the priority effect in the species establishment within a ruderal community?
No clear limit to the colonization of areas beyond the current invaded range was found in this study. The local climate and the interspecific competition did not appear to limit the naturalization or spread of the species north to the current invaded range, be it in agricultural or ruderal situations. Results showed that once introduced in an agricultural habitat outside the current invaded range, the species was able to establish self-sustaining populations. On average, each plant produced a number of descendants equal to 273 ± 18.4 (mean ± standard error). In ruderal habitats, populations already exist in Belgium and in Southern Netherlands, and are able to produce a high quantity of seeds: on average, the measured plants carried 222 ± 32.0 seeds. The measured plant performances were similar to those measured within the invaded area. The findings of this work are consistent with those of other authors that questioned the “non-naturalized” species status in Belgium, and illustrate how temporally dynamic invasions are. The results showed the importance of the timing in the colonization of disturbed habitats. When the species started its development a few weeks before the rest of the community, its performance gain was higher than that of other ruderal Asteraceae species: its above ground biomass was 30.5 ± 1.94 times higher, and the number of flower heads 570 ± 160 times more important. The high variability of the species observed all along this work is probably playing an important role in the invasion success. The high morphological variability of the seeds seems to widen the range of environmental conditions the species is able to colonize.
This study suggests a great invasion potential north to the current invaded area in Western Europe. In this uncertain situation, it appears critical to create an early detection system of the species in Belgium. Early detection may allow the eradication of the species before the invasion becomes as problematic as in France. Awareness campaigns should be encouraged in Belgium in order to avoid that new occurrences of the species remain unnoticed.
Fonds pour la formation à la Recherche dans l'Industrie et dans l'Agriculture (Communauté française de Belgique) - FRIA
Researchers ; Professionals ; Students ; General public
http://hdl.handle.net/2268/201442

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