Modèles de la dynamique de la végétation pour l'évaluation des services écosystémiques clés en prairie de montagne

par Clément Viguier

Projet de thèse en Biodiversité-Ecologie-Environnement

Sous la direction de Bjorn Reineking (csv).

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Chimie et Sciences du Vivant , en partenariat avec IRSTEA Grenoble (laboratoire) et de Ecosystèmes Montagnards (equipe de recherche) depuis le 26-11-2014 .


  • Résumé

    Evaluer l'évolution future des niveaux de services écosystémiques dans les paysages de montagne nécessite d'aller au-delà de la simple quantification des patrons actuels de ces services. Cela requiert de déterminer le lien mécanistique entre le climat et les modes de gestion d'une part et les niveaux de services écosystémiques d'autre part, via leurs effets sur la structure de l'écosystème. Ce projet vise à quantifier ce lien en ciblant des fonctions et services écosystémiques clés dans les prairies de montagne : qualité et quantité de fourrage, et ressources associées à la production de fleurs. Cette approche permettra également de déterminer la résilience de ces milieux aux variations de climat et d'usage. Pour répondre à cet objectif, un nouveau modèle spatialement explicite individu centré (IBM) sera développé. Il s'appuiera sur les compromis physiologiques d'allocation des ressources et de traits d'histoire de vie propre à chaque espèce et individu. Le modèle intégrera également la plasticité des plantes et leurs modes de réponse aux perturbations (e.g. pâturage). En utilisant ce lien explicite entre écologie des communautés et comportement biogéochimique du milieu, le modèle fournira une base mécanistique permettant d'évaluer l'impact des changements globaux (climat et gestion) sur la dynamique des écosystèmes et l'évolution des niveaux de services écosystémiques. Des approches nouvelles, utilisant l'inférence statistique et des simulations stochastiques, en appui avec l'utilisation de données provenant d'études expérimentales réalisées ces dernières années, permettront de paramétrer le modèle. L'analyse des compromis entre les différentes fonctions et services des écosystèmes sera réalisée via la construction de scénarios de gestion, s'appuyant sur les conditions actuelles et les différentes évolutions attendues des usages. La sensibilité/stabilité de ces compromis à la structure initiale des communautés et aux conditions environnementales originelles des prairies sera également analysée. Dans un deuxième temps, à l'échelle du paysage, l'évolution des services écosystémiques en réponse aux différents scénarios d'évolution du climat et de la gestion, sera simulée à l'aide d'un modèle de la dynamique de la végétation développé au Laboratoire d'Ecologie Alpine (FATE-H, W. Thuiller). La comparaison avec les simulations issues du modèle IBM construit à l'échelle de la communauté permettra d'interpréter plus directement les niveaux de diversité fonctionnelle produits par l'analyse paysagère issue de FATE-H en relation avec les niveaux de fonctions et services des écosystèmes. Enfin, cette approche multi-échelles permettra d'identifier l'existence de seuils potentiels au-delà desquels les services et compromis entre services fournis les prairies d'altitude sont profondément modifiés en réponse à des changements forts d'usages en interaction avec les modifications du climat. La comparaison des modalités d'apparition de ces seuils entre les deux types de modèles (IBM et FATE-H) permettra d'identifier avec robustesse les facteurs de vulnérabilité de ces écosystèmes. En outre, ces modèles pourront servir à évaluer les méthodes proposées pour la détection précoce des impacts de changements de régime dans les écosystèmes.

  • Titre traduit

    Dynamic vegetation models for the assessment of key ecosystem services in mountain grasslands


  • Résumé

    In order to project future ecosystem service provisioning in mountain landscapes, it is necessary to go beyond quantifying current patterns of ecosystem services. A mechanistic link is required from climate and land use drivers to ecosystem services via their effect on ecosystem structure. The aim of this project is to quantify this link for selected ecosystem functions and services in mountain grasslands: quality and quantity of fodder production, floral resource provisioning, and carbon sequestration. Further, their resilience under changing climate and manage-ment will be investigated. To achieve this aim, a new spatially explicit, individual-based model (IBM) will be deve-loped, based on intrinsic trade-offs in physiology, allocation, and life history. The IBM will integrate plant plasticity and the reaction to disturbances (grazing). By linking community ecology to biogeochemistry, the model will provide a mechanistic basis to study and project global change impacts on local ecosystem dynamics and services. The model will be parameterized with available data from observational and experimental studies using novel approaches of statistical inference for stochastic simulation models. Trade-offs between different ecosystem functions and services will be studied for relevant management scenarios under current and projected future conditions, for different environmental conditions and initial community compositions. To approach analyses at the landscape scale, grazing and climate change scenarios will be simulated for a study site in the Ecrins National Park with FATE-H, a process-based, dynamic landscape-level model of vegetation dynamics developed at LECA (W. Thuiller). The comparison with local scale IBM simulations will allow more directly interpreting the FATE-H simulated functional diversity in terms of ecosystem functions and services. Potential threshold behaviour of mountain grasslands will be investigated for a range of grazing levels (intensity and duration), and its interaction with climatic changes. Threshold behaviour will be compared across ecosystem functions and services. A comparison of threshold behaviour across models (IBM and Fate-H) will allow a robust identification of factors contributing to system vulnerability. In addition, these models will be used to evaluate proposed methods for early detection of regime shifts in ecosystems.