Restauration écologique et assemblage précoce des communautés végétales de prairies montagnardes dégradées dans les Alpes du sud de la France

Ecological restoration and early plant community assembly of degraded mountain grasslands in the Southern French Alps

• Auteur / Autrice : Aure Durbecq
• Direction : Armin Bischoff, Elise Buisson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agrosciences et sciences
• Date : Soutenance le 31/05/2021
• Etablissement(s) : Avignon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et agrosciences (Avignon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut méditerranéen de la biodiversité et d’écologie marine et continentale (Marseille ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabien Anthelme
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Lise Benot, François Mesléard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kathrin Kiehl, Vicky M. Temperton

Mots clés

Mots clés contrôlés

Succession écologique

Plantes -- Dissémination

Écologie des sols

Alpes (sud)

Conservation et restauration

Hautes chaumes

Approche écosystémique

Assemblage des communautés (écologie)

Associations végétales

Restauration écologique

Mots clés libres

Assemblage des communautés végétales

Écologie de la restauration

Écosystème de référence

Effets de priorité

Dégradation du sol

Pelouse de montagne

Prairie de montagne

Succession végétale

Restauration écologique

Transfert de propagule

Ecological restoration

Mountain grassland

Plant community assembly

Plant succession

Priority effects

Propagule transfer

Reference ecosystem

Restoration ecology

Soil disturbance

Résumé

La dégradation écologique à grande échelle des prairies et pelouses augmente dans le monde entier, principalement en raison des changements d'utilisation des terres et de la destruction des habitats. La construction d’une ligne électrique à haute tension dans la zone d'étude, la vallée de la Haute-Durance dans les Hautes-Alpes, a entraîné une dégradation des sols et des communautés végétales le long de voies d'accès transitoires et de plates-formes de construction. Dans les écosystèmes perturbés de la zone d’étude, la restauration est limitée par un manque de propagules disponibles et un faible recrutement des graines sur sols peu profonds et caillouteux caractérisés par une sécheresse estivale marquée. Mon étude se concentre sur la restauration de prairies sèches à mésophiles riches en espèces couvrant une grande partie de la zone de construction, situées entre 1000 et 1400 mètres d’altitude. La plupart de ces prairies sont des habitats prioritaires Natura 2000 tels que N6210 ‘Prairies sèches semi-naturelles de Festuco-Brometalia et faciès de garrigue sur substrats calcaires’(directive UE habitat 92/43 / CEE). Ma thèse vise à mieux comprendre les facteurs limitant la restauration des prairies de montagne après une perturbation du sol, et à identifier des techniques de restauration pour compenser la dégradation. Le chapitre 1 se concentre sur l'identification d'une référence appropriée qui est une étape cruciale pour la restauration écologique. Afin de comprendre les mécanismes favorisant l'établissement des espèces cibles, cinq pelouses semi-naturelles dégradées ont été utilisées pour mettre en place trois expériences différentes, en utilisant une approche basée sur les filtres d’assemblage des communautés pour analyser les résultats de la restauration. Dans la première expérimentation (Chapitre 2), j'ai examiné si la préparation du sol était nécessaire pour fournir des conditions de sol plus appropriées et réduire la compétition avec la végétation préexistante, et pour voir si le pâturage extensif traditionnel devrait être exclu lors des premières étapes de restauration. Dans la deuxième expérimentation (Chapitre 3), je me suis concentrée sur différentes techniques de transfert de propagules de plus en plus utilisées dans les prairies de montagne (propagules récoltées à la brosseuse et transfert de foin), et j'ai analysé l'effet potentiellement facilitateur d’un couvert végétal mort (foin) et vivant (blé) sur le recrutement des propagules transférées et sur l'érosion du sol. Enfin, comme l'assemblage des communautés est également fortement influencé par la dispersion, qui elle-même peut conduire à des effets de priorité, j'ai testé le semis séquentiel de différentes combinaisons d'espèces végétales (dominantes vs. subordonnées) dans une troisième expérimentation et j'ai analysé comment il affecte l'assemblage des communautés (Chapitre 4). Les résultats ont montré que l'analyse des interactions plante-environnement fournit un outil important pour identifier les communautés de référence ou les sites sources pour la récolte de propagules, d’autant plus si ces sources ne sont pas disponibles à proximité des habitats dégradés. Les techniques de restauration appliquées ont indiqué que la réduction de la compétition par la préparation du sol avant l'ajout de graines issues de la brosseuse avait un effet positif sur le recrutement des espèces transférées, et peut donc être clairement recommandée dans mon système d'étude. De plus, j'ai constaté que le faible effet négatif du pâturage ne justifiait pas toujours les coûts des exclos. Le paillis de foin a favorisé le recrutement des semis d'espèces cibles, mais le transfert de propagules sans couche de paillis devait être compensé par un couvert végétal temporaire pour être efficient, ce qui suggère que la restauration des prairies de montagne avec des sols peu profonds et caillouteux bénéficie clairement d'un effet facilitateur de couvert végétal mort (foin) ou vivant (blé).

Large-scale ecological degradation of grasslands is increasing worldwide mainly due to land use changes and habitat destruction. The construction of high-voltage transmission lines in my study area, the Haute-Durance valley in the Southern French Alps, involves a degradation of grassland soil and plant communities along transitory access tracks and construction platforms. In these degraded ecosystems of the montane altitudinal belt, restoration is limited by a lack of available propagules and low seedling recruitment on stony and shallow soils characterised by summer drought. I focus on the restoration of species-rich dry to mesophilic grasslands covering a large part of the construction zone between 1000 and 1400 m. Most of these grasslands are Natura 2000 priority habitats, such as N6210 “Semi-natural dry grasslands of Festuco-Brometalia and scrubland facies on calcareous substrates” (EU directive habitat 92/43/EEC). My thesis aims to understand better the factors limiting the restoration of mountain grasslands after soil disturbance, and to identify successful restoration techniques to compensate the degradation. Chapter 1 is focused on the identification of appropriate reference communities, which is a crucial step in ecological restoration. In order to understand the mechanisms favouring target species establishment, five degraded semi-natural grasslands were used to set up two different experiments, using a filter-based community assembly approach of community dynamics to analyse the restoration outcome. In the first one (Chapter 2), I examined whether soil preparation is required to improve soil conditions and to reduce competition of pre-existing vegetation, and whether traditional extensive grazing should be excluded in initial stages of grassland restoration. In the second experiment (Chapter 3), I focused on different techniques of propagule transfer increasingly used in mountain grasslands (brush-harvested propagules and hay transfer), and I analysed the potentially facilitative effect of dead (hay) and living (wheat) plant cover on the recruitment of transferred brush-harvested propagules, and on soil erosion. Finally, as community assembly is also highly influenced by dispersal that may lead to priority effects, I tested sequential sowing of different combinations of plant species (dominants vs. subordinates) (Chapter 4) and I analysed how they affect community assembly.The results demonstrated that the analysis of plant-environment interactions provides a useful tool to identify reference communities or donor sites for seed transfer, particularly if donor sites are not available adjacent to degraded habitats. The restoration techniques applied indicated that the reduction of competition by soil preparation before seed addition of brush material had a positive effect on the transferred species recruitment and can thus clearly be recommended in my study system. Furthermore, I found that the weak negative effect of grazing may not always justify fencing costs. Hay mulch favoured seedling recruitment of target species, but propagule transfer without mulch layer needed to be compensated by additional temporary plant cover, suggesting that restoration of mountain grasslands with shallow and stony soils clearly benefits from a facilitative effect of dead (hay) or living (wheat) vegetation cover. The chapter 4 provided evidence that plant community assembly is influenced by the order of arrival but highlighted strong response variations between species suggesting high species-specific priority effects. The strength of priority effects probably varies according to the niche characteristics of different species and may influence (negatively or positively) the late-arriving species establishment.