Variations of fish composition and diversity related to environmental variables and construction of predictive models in lakes in the Yangtze river basin

par Lin Cheng

Thèse de doctorat en Écologie aquatique

Sous la direction de Sovannarath Lek et de Jiankang Liu.

Soutenue en 2010

à Toulouse 3 .

  • Titre traduit

    Prédiction de la composition et de la diversité des poissons des lacs du bassin du Yangtze en fonction des variables environnementales


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse est d'analyser des facteurs expliquant le patron des assemblages des communautés de poissons des lacs du bassin du Yangtze, en réponse à des variations des facteurs environnementaux physiques et la pression anthropique qui est considérée à travers des effets de la connectivité lac-rivière et de l'aquaculture. Dans un premier temps, nous étudions des relations entre les variables environnementales et les communautés de poissons dans ces lacs de faibles profondeurs (publications P1 et P2). Six lacs ont été retenus pour une étude comparative de la diversité et composition spécifique en fonction des variables environnementales. L'hétérogénéité des lacs a été décrite via le modèle ACP (analyse de composant principal) sur des variables environnementales. Seize familles et 75 espèces de poissons ont été collectées dans les lacs étudiés. La richesse et la diversité sont significativement supérieures dans des lacs pourvus de macrophytes (e. G. Lac Liangzihu vs. Lac Biandantang), avec en plus des variations saisonnières plus importantes des communautés de poissons. En accord avec la capture par unité d'effort (CPUE) de chaque espèce à chaque site des 6 lacs étudiés, les communautés de poissons sont classées en 3 classes d'assemblage d'espèces. Ces assemblages de communauté, la CPUE total, la diversité et la richesse spécifique des ces lacs sont ensuite prédits par 15 variables environnementales avec des modèles de forêt aléatoires (RF) et l'arbre décisionnel de classification et de régression (CART). Les variables les plus discriminantes dans les modèles de prédiction des assemblages sont la profondeur, la distance de la berge et le phosphore total. Tandis que la CPUE, la diversité et la richesse spécifique semblent dépendre respectivement de (i) la densité des rotifères et la profondeur de l'eau, (ii) la surface du lac, la profondeur, la densité des rotifères et (iii) la profondeur et la température de l'eau. Ensuite, dans un deuxième temps, 70 lacs ont été sélectionnés pour étudier les facteurs structurant le patron de la richesse spécifique des lacs du bassin du Yangtze (publication n° 3). En utilisant le modèle SOM (Self Organizing Map), on obtient 3 classes de patron de distribution des espèces qui sont essentiellement expliquées par l'altitude, la longitude, la précipitation annuelle et la surface des lacs. Les environnements des lacs des clusters 2 & 3 sont plus similaires que le cluster 1. Les lacs du cluster 1 sont distribués dans la partie haute du Yangtze dont l'altitude est élevée. Les facteurs qui contribuent le plus sont la profondeur, la température de l'air et la longueur du jour. Les lacs des clusters 2 et 3 sont distribués dans la partie médiane et aval du bassin du Yangtze dont le facteur distinctif entre les 2 est la surface du lac qui est plus grande pour le cluster 3. Les variables qui contribuent le plus sont la température de l'air pour le cluster n° 2 et la profondeur du lac pour le cluster 3. La richesse spécifique des lacs étudiés varie de 1 à 117 espèces, avec une différence importante entre les clusters. La valeur de richesse est plus importante pour le cluster 3, tandis que le cluster 1 a une diversité ß avec une faible richesse. La variable la plus importante pour prédire la richesse spécifique est la température de l'air. Enfin, nous avons utilisé les données temporelles (1970-2010) de 8 lacs pour quantifier les conséquences abiotiques et biotiques de la connexion rivière-lacs et de l'aquaculture sur la communauté de poissons, e. G. Taxonomie et diversité fonctionnelle (publication n° 4). Il y a eu un changement abiotique significatif après années 1990. En effet, nous avons détecté une tendance (bien que non significative) vers une baisse de la richesse spécifique de poisson pendant la période étudiée. De façon intéressante, nous avons trouvé que la similarité taxonomique de la communauté de poisson (i. E. Diversité ß) augmente significativement selon les années, indiquant une forte homogénéisation de la faune pisciaire lacustre. En outre, nous avons trouvé que la diversité fonctionnelle a diminuée dans la majorité des lacs depuis 1970. En particulier, la plupart des espèces migratrices, particulièrement ceux à longue durée de vie et de grande taille, disparaissent du lac qui contribue ainsi substantiellement à une diminution de la diversité fonctionnelle.


  • Résumé

    Our aim in the present study was to analyze factors explaining fish community patterns of fish assemblages in lakes in the Yangtze River basin, based on environmental variations. Moreover, considering anthropogenic pressures on those lakes, we detected the effects of river-lake connections and aquaculture on fish community in those lakes. Firstly, we focused on the relationship between environment and fish community in shallow lakes in P1 and P2. Six lakes were chosen for comparative study of species composition and diversity in relation to environmental variations. Lake heterogeneity was described with environmental physico-chemical variables, using principal component analysis. Sixteen families, composed of 75 species of fishes were found in the studied lakes, Species richness and diversity were significantly higher in vegetated lakes (e. G. The Liangzihu Lake) than that in non-vegetated lakes (e. G. Biandantang Lake), and seasonal changes of fish community were more obviously in vegetated habitats than that in unvegetated areas. According to each species' CPUE in each sampling site from 6 lakes spatially distributed in the mid-reach of the Yangtze River basin, fish communities were classified into three clusters of species assemblages. Fish community assemblages, the total fish CPUE, diversity and species richness in those lakes were then predicted by 15 biotic and abiotic factors using random forest (RF) and classification and regression tree (CART) predictive models. The dominant variables for discriminating three fish assemblages were water depth, distance to the bank and total phosphorus. While the two important variables in prediction fish CPUE, diversity and species richness were lake surface area and water depth, density of rotifer and water depth, water depth and water temperature, respectively. Secondly, 70 lakes were chosen to study factors structuring fish patterns and species richness in lakes in the Yangtze River basins in P3. Those lakes were classified into three clusters according to their fish species compositions using self-organizing map. It was mainly determined by altitude, longitude, annual precipitation and lake area to classify the three clusters. The environment of lakes between cluster 2 and 3 are more similar than that in cluster 1. Lakes of cluster 1 spatially distributed in the upper reach of the Yangtze River basin with high altitude, the most contribution environmental factors were water depth, air temperature and day length for lakes of this cluster. Lakes of cluster 2 & 3 were mainly distributed in middle and lower reach of the Yangtze River basin, the significant difference between the two cluster lakes was lake area, which was significant higher in lakes of cluster 3. The most contribution environmental factor was air temperature for cluster 2 and water depth for cluster 3. The species richness for each lake ranged from 1 to 117, which was significantly different among the three clusters and between each two of them. The highest value of species richness was appeared in cluster 3, while, the highest value of beta diversity were detected in cluster 1 with the lowest value of species richness. The most important role in predicting the species richness was air temperature. Finally, we used temporal data (ranging from 1970 to 2010) from a set of lakes (n = 8) to quantify the abiotic and biotic consequences (i. E. Taxonomic and functional diversity of fish communities) of river-lake connections and aquaculture in P4. There were significant abiotic changes that mainly occurred after the 1990s. In the case of fish diversity, we detected a trend (although not significant) towards a decrease in species richness over the period studied. Interestingly, we found that the taxonomic similarity (i. E. Beta-diversity) among fish communities increased significantly over the years, indicating a strong homogenization of the fauna across the lakes. Additionally, we found that fish functional diversity has decreased in most lakes since the 1970s. Particularly, most migratory fish species, particularly those with long life-span and large body size, disappeared from the lakes, hence contributing substantially to the observed decrease in functional diversity.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (76 p.+ annexes)
  • Annexes : Bibliogr. p.62-76

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2010 TOU3 0329
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