The role of litter chemical diversity in ecosystem functioning

La diversité chimique des litières et son rôle dans le fonctionnement des écosystèmes forestiers

• Auteur / Autrice : Sylvain Coq
• Direction : Stephan Hättenschwiler
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des populations et écologie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tanins

Écologie des forêts pluviales

Guyane

Forêts pluviales

Biodégradation

Litière forestière

Mots clés libres

Litière

Forêt tropicale

Décomposition

Tanins

Plantules

Macrofaune

Résumé

La décomposition des litières de feuilles mortes et le recyclage des nutriments sont des processus complexes essentiels au fonctionnement des écosystèmes. L'objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre les déterminants de la décomposition dans une forêt tropicale humide de Guyane Française. Je me suis plus particulièrement intéressé au rôle de la diversité chimique des litières et aux interactions entre les plantes vivantes et les litières. Grâce à une caractérisation précise des tannins présents dans les litières de 16 espèces communes d'arbres tropicaux, j'ai pu montrer que la variation interspécifique des concentrations en tannins constitue le principal déterminant de la décomposition des litières dans l'écosystème étudié. Cet effet des tannins semble principalement résulter d'une consommation préférentielle des litières pauvres en tannins par la macrofaune détritivore. Parmi ces 16 espèces de litières, certaines ont été mélangées dans une expérience en serre incluant également des plantules de ces espèces. J'ai ainsi mis en évidence expérimentalement un effet de la diversité des litières sur le processus de décomposition et sur la dynamique des nutriments. Les effets non-additifs observés sont principalement négatifs, c'est-à-dire que la décomposition a été moins rapide par rapport aux valeurs attendues à partir de la décomposition des espèces prises individuellement. L'identité des espèces de litière a fortement contribué à ces effets négatifs, et la présence de plantules a modulé ces effets de la diversité. J'ai aussi montré que la décomposition des mélanges de litières a également un impact sur la croissance, l'allocation de la biomasse et les traits foliaires des plantules. Ces rétroactions étaient à nouveau liées à la présence de quelques espèces particulières dans les litières. Mes résultats suggèrent que la diversité des litières ayant des compositions chimiques contrastées joue un rôle central dans le fonctionnement des forêts tropicales. La décomposition des mélanges de litières est au cœur de rétroactions entre les compartiments aériens et souterrains de ces écosystèmes

Litter decomposition and nutrient recycling are key processes for ecosystem functioning. The objectives of this thesis were to improve our understanding of the determinants of decomposition in a tropical rainforest in French Guiana, with a particular focus on the role of litter chemical diversity and live plant – litter interactions. With a detailed characterization of condensed tannins in leaf litter of 16 common tropical tree species, I showed that inter-specific variation in litter tannins are the main driver of decomposition in the studied nutrient-poor Amazonian rainforest. Experimental evidence suggests that the most important mechanism of tannin control is selective feeding on tannin-poor litter by soil macrofauna. The mixing of leaf litter of a subset of the 16 tree species in a green house experiment including seedlings of the different tree species showed litter diversity effects on decomposition and nutrient release. These non-additive effects were predominantly negative, resulting in decreased decomposition rates compared to expected rates based on individual litter species decomposition. The identity of litter species contributed strongly to these negative effects, and the presence of tree seedlings modified the observed litter diversity effects. Decomposing litter mixtures showed also a feedback effect on tree seedling growth, biomass allocation and leaf traits, which again was mainly related to the identity of a few litter species within mixtures. My results suggests that the diversity of chemically contrasted litter plays a major role in the functioning of tropical forets. The decomposition of these mixtures results in functional feedbacks between the aboveground and belowground compartments of these ecosystems