Comprendre l'organisation spatiale de la végétation pour surveiller la dégradation des écosystèmes arides
Publié par Isabelle le 10/04/2017 à 00:00
Source: CNRS-INEE
L'éventuelle dégradation d'un écosystème aride peut se mesurer par la structuration spatiale de la végétation, d'après des travaux de chercheurs du CNRS et d'équipes espagnole et suisse. Cet indicateur, publié récemment dans Nature in Ecologie et Evolution, permet d'envisager la mise en place d'outils de surveillance dans le cadre des changements globaux.


Image aérienne d'un écosystème aride (Ontigola, Espagne) prise par drone. © M. Berdugo
Dans les écosystèmes arides, la répartition des plantes n'est pas due au hasard (Dans le langage ordinaire, le mot hasard est utilisé pour exprimer un manque efficient, sinon de causes, au moins d'une reconnaissance de cause...). Elle suit, au contraire, une organisation (Une organisation est) sous forme d'îlots, contribuant à l'aspect clairsemé caractéristique de ces écosystèmes (Fig.). Ces écosystèmes, relativement fragiles, sont soumis à des pressions croissantes à la fois d'ordre climatique et anthropique.

La répartition des plantes dans l'espace reflète le fonctionnement de l'écosystème dans lequel elles se trouvent, selon une étude, publiée dans la revue Nature in Ecologie et Evolution, réalisée par des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) Rey Juan Carlos, de l'université de Bern et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) des Sciences de l'Evolution de Montpellier.

Pour la première fois à cet échelle, les chercheurs ont en effet comparé les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de terrain issues du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) européen BIOCOM, dirigé par Fernando Maestre de Université Rey Juan Carlos à Madrid (Madrid est la capitale de l'Espagne. Ville la plus vaste et la plus peuplée du pays, c'est le chef-lieu de la Communauté autonome de Madrid qui appartient à la province de Madrid. Elle abrite également le siège de l'OMT,...), récoltées dans 115 écosystèmes arides, répartis sur quatre continents, à des d'images ariennes accessibles sur Google (Google, Inc. est une société fondée le 7 septembre 1998 dans la Silicon Valley en Californie par Larry Page et Sergey Brin, auteurs du moteur de recherche Google. Depuis 2001, Eric Schmidt en est le PDG (CEO). La société compte environ 12 000...) map. Leur analyse a porté sur l'empreinte statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une méthode statistique à un ensemble de...) de la configuration spatiale de la végétation (La végétation est l'ensemble des plantes (la flore) sauvages ou cultivées qui poussent sur une surface donnée de sol, ou dans un...) - par l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) de la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans...) des tailles des ilots de végétation - et sa confrontation aux mesures de fonctionnement des écosystèmes obtenues sur le terrain.

Ces travaux révèlent que l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) des sites étudiés ne forment pas un gradient de fonctionnement d'écosystèmes mais se répartissent au contraire en deux catégories distinctes: les sites dont le fonctionnement est efficient et, à l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un...), ceux qui peuvent être considérés comme dégradés.

Ces résultats montrent qu'une perturbation des écosystèmes arides peut conduire au basculement (Le basculement, dans le domaine de l'astronautique, est l'inclinaison progressive d'un véhicule spatial autour d'un axe quelconque. Le basculement peut être utilisé pour...) abrupt d'un type de fonctionnement vers un autre, plutôt qu'à une réponse graduelle. Par ailleurs, cette étude montre que la structuration spatiale de la végétation reflète cette bimodalité de fonctionnement: les systèmes qui fonctionnent bien ont une signature spatiale différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une...) de ceux qui ont une fonctionnalité moindre.

Cette découverte permet d'envisager d'utiliser la structuration spatiale de la végétation comme indicateur du fonctionnement des écosystèmes et d'envisager la mise en place d'outils de surveillance dans le cadre des changements globaux.

Référence publication:
Plant spatial patterns identify alternative ecosystem multifunctionality states in global drylands. Miguel Berdugo, Sonia Kéfi, Santiago Soliveres & Fernando T. Maestre. Nature in Ecology and Evolution. Publication on Monday 9 January 2017.
Spatial vegetation patterns and imminent desertification in Mediterranean arid ecosystems. Kéfi, S., M. Rietkerk, C. L. Alados, Y. Pueyo, A. ElAich, V. Papanastasis & P. C. de Ruiter. 2007. Nature. 449(7159):213-217.

Contact chercheur:
Sonia Kéfi, Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier (ISEM) - CNRS/IRD /Univ. Montpellier/ EPHE
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