La Biodiversit et sa Mesure Manuel PLANTEGENEST Laboratoire
Ecologie et Sciences Phytosanitaires UMR ENSAR-INRA BiO3P
Agrocampus Rennes
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Intrt du Concept de Biodiversit zIntrt conceptuel : qu'est-ce
que la diversit ? Comment la dfinir et la mesurer ? zIntrt
scientifique : expliquer les variations dans le temps et l'espace
de la diversit cologique. zIntrt patrimonial : la diversit
biologique tend tre considre comme une richesse inscrire au
patrimoine de l'humanit et devant tre prserve zIntrt pratique : les
mesures de biodiversit sont frquemment considres comme un
indicateur de l'tat de dgradation du systme cologique.
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Contenu Classique Diversit Spcifique = f (Richesse Spcifique,
Abondances Relatives) La notion d'abondances relatives est lie aux
notions de dominance et d'quitabilit
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La Dimension Gntique zAu niveau interspcifique zAu niveau
intraspcifique Variabilit gnotypique
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La Dimension Spatiale Cartes de rpartition de deux espces
vgtales
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Diversits Embotes Individu Population Espces Communauts
Ecosystmes La diversit biologique peut tre apprhende diffrentes
chelles cologiques ou gographiques Habitat Bassin Versant Rgion
Continent
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Description Globale
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Reprsentation Diagramme rang-abondance Diagramme de
distribution des abondances
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Exemple 1 : Modle de Motomura L'espce dominante confisque une
proportion k d'une ressource limitante (pr-emption de niche). La
deuxime espce confisque la mme proportion k du restant de la
ressource, etc. L'abondance de chaque espce est proportionnelle la
quantit de ressource utilise. C est contraint par
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Modle de Motomura Les logarithmes des effectifs sont aligns sur
une droite de pente ln(1 - k) (constante de milieu de Motomura).
Plus la diversit est faible, plus la pente est forte en valeur
absolue. Exemple : S=15 k=0.215
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Exemple 2 : Modle de Preston Hypothse : les logarithmes des
effectifs sont distribus suivant une loi normale
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Troncature Gauche 1 trait de chalut Moyenne mai-juin Moyenne
annuelle
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Indice Synthtiques Paramtres des modles globaux Problmes: (1)
le modle doit correspondre aux donnes rcoltes (2) le nombre
d'espces doit tre suffisamment important
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Lindice de Shannon zH est maximal lorsque toutes les abondances
sont identiques dans ce cas, H max = ln(S) zH saccrot avec S On
dfinit naturellement un indice dquitabilit E En pratique (1) H est
compris entre 1 et 5 (2) H a de bonnes proprits statistiques
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Utilisation des indices zSuivi de la qualit de lenvironnement
Exemple : Bechtel et Copeland (1970) zEvaluation de lintrt
biologique dun site
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Problmes pratiques zProblme d'unit Problme d'individuation
Problme de dtermination zChoix de l'ensemble taxonomique tudi
zChoix des mthodes dchantillonnage zProblme d'chelle
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Choix dun indice zCaractristiques des principaux indices
Magurran, 1988 Capacit de discrimination (Hill, 1973) zDmarche pour
le choix d'un indice identifier les besoins et les moyens choisir 2
(richesse + quitabilit) ou 3 (richesse + quitabilit + dominance)
indices des comparaisons seront possibles si l'indice est
frquemment utilis
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Extension du concept de biodiversit zLindice de Shannon est
adaptable dimension gntique les p i peuvent tre interprts comme des
frquences allliques dimension spatiale lindice de Shannon se prte
bien a une dcomposition hirarchise (proprit du ln) H = H 1 + H 2 H
1 = indice de diversit spatiale H 2 = indice de diversit
spcifique
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Richesse totale Problme : H.R.I. (D.D. French, 1994)
(Hierarchical Richness Index) i est le rang de l'espce (range dans
l'ordre dcroissant des effectifs) et N i, le nombre d'individus.
Cet indice permet de prendre en compte le nombre total d'individus
de chaque espce et non pas seulement leurs abondances
relatives
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Elments pour une Thorie Ecologique de la Biodiversit
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Island Biogeography MacArthur & Wilson (1967) Le modle de
base une espce Les processus qui interviennent sur le taux d
occupation des les sont la colonisation (m) et lextinction (e).
Colonisations Extinctions
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Formalisation
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Persistance dune Mtapopulation Modle de Levins (1969)
quilibres:1. P* = 0E* = N 2. E* = P* = N-E* E* = E* = N
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Leons du Modle de Levins A lquilibre E* = Si N < pas de
persistance possible Si N > persistance de la mtapopulation 1.
Levins rule (Hanski 1996) : le nombre minimum de site permettant la
persistance dune mtapopulation est galau nombre de sites vides
lquilibre. 2. La persistance de la mtapopulation requiert la
prsence de sites vides. Conclusions ?
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Modle plurispcifique Dans la plupart des cas, si la communaut
tudie comporte un nombre important d'espces, il est difficilement
envisageable d'estimer p i pour chacune d'entre elles et des
approches globales ont t proposes. Par ailleurs, lorsque l'on
s'intresse un nombre d'espces restreint mais entretenant des
interactions (relations prdateur-proie, comptition, etc.)
l'argument d'indpendance entre les probabilits tombe.
Empiriquement, on trouve frquemment une relation de la forme
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Modle de MacArthur et Wilson Taux de colonisation Taux
dextinction
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Surface et isolement de lle Exemple: Peltonen & Hanski
(1991) Les auteurs ont tudi la distribution (prsence/absence) de 3
espces de musaraignes (Sorex araneus, S. caecutiens, S. minutus)
dans 108 les de 3 lacs en Finlande et durant 4 annes et les taux de
colonisation et d'extinction en fonction de la surface des
les.
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Surface et isolement de lle
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Radiation volutive des pinsons aux les Galapagos
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Description de Wilson (1967) 1. L'quilibre spcifique interactif
: pas encore de comptition. La dynamique rsulte d'vnements alatoire
de migration et d'extinction. 2. L'quilibre interactif :
l'exclusion comptitive accrot la probabilit d'extinction. On peut
ventuellement assister un rduction de la richesse spcifique. 3.
L'quilibre de rassortiment : des changements de composition
spcifique se produisent conduisant l'apparition de communauts de
mieux en mieux adaptes l'habitat. 4. L'quilibre volutif : des
processus de covolution (rduisant la probabilit d'extinction) et de
radiations volutives permettent la coexistence d'espces de plus en
plus nombreuses).
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Biodiversit et perturbations La plupart des auteurs s'entendent
pour accorder un rle majeur aux perturbations exognes sur la
diversit. Il semble que diffrentes caractristiques telles que la
frquence, l'intensit, la structure spatiale ou la prvisibilit des
perturbations conditionnent leurs effets sur le systme.
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Interactions : la comptition Les travaux de MacArthur ont
conduit proposer la notion dexclusion comptitive. Cest dire
limpossibilit pour 2 espces trs proches de coexister dans un mme
milieu Exemple : Bengtsson (1991), sur 3 espces de daphnies
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Interactions : prdation et parasitisme AB Comptition AB C
Prdation Exclusion comptitive Coexistence
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Biodiversit et Stabilit La conjecture dElton (1958) Ecological
Web Biodiversit = rigidit - stabilit
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Stabilit vs Nombre de Variables Approche intuitive:
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Le paradoxe de May Ecological Web Simulations dcosystmes
thoriques (Lotka-Volterra gnralis) Variables Nombre despces Nombre
moyen de liens par espces Intensit moyenne des liens Biodiversit
instabilit
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Rsistance aux envahisseurs Case (1991) prsente une revue des
taux de russite d'introductions (volontaires ou accidentelles)
d'oiseaux dans diffrentes parties du monde en fonction de la
richesse de l'avifaune locale
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La barrire aux invasions zMme formalisme que May. On introduit
une nouvelle espce (i) limination directe (ii) limination indirecte
(iii) remplacement (iv) ajout Les cosystmes les plus complexes
rsistent mieux aux invasions
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Synthse
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Biodiversit et Productivit Travaux de D. Tilman zBiodiversit
Productivit Rle anti-fuite Notion de diversit fonctionnelle
zBiodiversit Variabilit de la productivit Notion despce
doublon
