Effects of management and climate on the plant functional diversity related to ecosystem services of permanent grasslands in Europe

Taugourdeau Simon. 2014. Effects of management and climate on the plant functional diversity related to ecosystem services of permanent grasslands in Europe. Nancy : Université de Lorraine, 193 p. Thèse de doctorat : Science agronomique : Université de Lorraine

Thèse

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Titre français : Effets de la gestion et du climat sur la diversité fonctionnelle végétale reliée aux services écosystémiques des prairies permanentes en Europe

Encadrement : Plantureux, Sylvain ; Huguenin-Elie, Olivier

Résumé : Permanent grasslands can provide a large diversity of ecosystem services. They are found in contrasted conditions in terms of management and climate in Europe. These conditions induce a wide variety of grassland types that differ in their vegetation and are expected to differ with respect to the provision of ecosystem services. Because ecosystem functioning in grassland has been shown to be linked to plant functional diversity criteria, we put forward that these functional diversity criteria can be used to evaluate the provision of ecosystem services. These criteria are influenced by the management and the climate. The overall objective of this PhD program is to assess the effects of management and climate on the plant functional diversity related to ecosystem services of permanent grasslands. The first step of the PhD program was to select 29 functional diversity criteria related to 8 ecosystem services (quantity of forage, forage quality, stability of the forage production, biodiversity conservation, pollination carbon sequestration, dryness resistance and nitrogen fertility). This selection was made using experts' interview and literature survey. The second step was to evaluate inaccuracies in the calculation of the 29 functional diversity criteria from functional trait databases and different sets of botanical surveys. The third step was to estimate the functional diversity criteria from management and climate data using "Random Forests" methodology. The results show that the climatic variables had generally more effect on the functional diversity than the management ones. Furthermore, for some climatic conditions, the management does not affect some functional diversity criteria. Among the 29 functional diversity criteria, only 8 have more than 40% of their variance explained by the management and climate variables.

Résumé (autre langue) : Les prairies permanentes peuvent fournir une grande diversité de services écosystémiques. Elles se trouvent dans des conditions contrastées en termes de gestion et de climat en Europe. Cette diversité de conditions induit une grande variété de types de prairies différant par leur végétation et leur fourniture en services écosystémiques. Certains travaux suggèrent que le fonctionnement des écosystèmes prairiaux peut être directement relié à des critères de diversité fonctionnelle végétale. Ces critères, qui pourraient être utilisés pour évaluer les services écosystémiques, sont influencés par la gestion et le climat. L'objectif de ce doctorat est d'évaluer les effets de la gestion et du climat sur la diversité fonctionnelle végétale liée à des services écosystémiques des prairies permanentes. La première étape a consisté à sélectionner 29 critères de diversité fonctionnelles liés à 8 services écosystémiques (quantité de fourrage, qualité du fourrage, stabilité de la production de fourrage, conservation de la biodiversité, pollinisation, la séquestration du carbone, résistance à la sécheresse et fertilité azotée). Cette sélection a été faite à partir d'interviews d'experts et d'une revue de la littérature. La deuxième étape a consisté à évaluer différentes inexactitudes dans le calcul des 29 critères de diversité fonctionnelle à partir de bases de traits fonctionnels et différents jeux de relevés botaniques. La troisième étape a consisté à évaluer les critères de diversité fonctionnelle à partir des données de gestion et de climat, en utilisant notamment la technique mathématique des forêts de Breiman. Les résultats montrent que les variables climatiques ont généralement plus d'effet sur la diversité fonctionnelle que celles de gestion. En outre, pour certaines conditions climatiques, la gestion n'affecte pas certains critères de diversité fonctionnelle. Parmi les 29 critères de diversité fonctionnelle, seulement 8 critères avaient plus de 40% de leur variance expliquée par la gestion et le climat.

Mots-clés Agrovoc : pâturages, prairie permanente, services écosystémiques, écosystème, biodiversité, fourrage, plante fourragère, climatologie, changement climatique, couverture végétale, séquestration du carbone, fertilité du sol, aménagement rural, climat, résistance à la sécheresse, pollinisation