The annual and seasonal water use efficiency of six pasture combinations were calculated from the ‘MaxClover’ Grazing Experiment at Lincoln University. Pastures have been established for six years and are grazed by best management practices for each combination. Measurements for this study are from individual plots of four replicates of ryegrass (RG)/white clover (Wc), cocksfoot (CF)/Wc; CF/balansa (Bal) clover; CF/Caucasian (Cc) clover; CF/subterranean (Sub) clover or lucerne. Water extraction measurements showed soils for all dryland pastures had a similar plant available water content of 280±19.8 mm. Dry matter measurements of yield, botanical composition and herbage quality were assessed from 1 July 2008 until 30 June 2009. Lucerne had the highest annual yield of 14260 kg DM/ha/y followed by the CF/Sub at 9390 kg DM/ha/y and the other grass based pastures at ≤ 6900 kg DM/ha/y. All pastures used about 670±24.4 mm/y of water for growth. Lucerne had the highest annual water use efficiency (WUE) of 21 kg DM/ha/mm/y of water used (total yield/total WU). The WUE of CF/Sub was the second highest at 15 kg DM/ha/mm/y, and the lowest was CF/Wc at 9 kg DM/ha/mm/y. The CF/Sub pastures had the highest total legume content of all grass based pastures at 21% and as a consequence had the highest annual nitrogen yield of 190 kg N/ha. This was lower than the monoculture of lucerne (470 kg N/ha). Ryegrass/white clover had the highest total weed component in all pastures of 61%. For dryland farmers spring is vital for animal production when soil temperatures are rising and moisture levels are high. The water use efficiency at this time is important to maximize pasture production. In spring lucerne produced 8730 kg DM/ha, which was the highest dry matter yield of all pastures. The CF/Sub produced the second highest yield of 6100 kg/DM/ha. When calculated against thermal time, CF/Sub grew 5.9 kg DM/ºCd compared with lucerne at 4.9 kg DM/ºCd. The higher DM yield from lucerne was from an extra 400 ºCd of growth. The highest seasonal WUE of all pastures occurred in the spring growing period. Linear regressions forced through the origin, showed lucerne (1/7/08-4/12/08) had a WUE of 30 kg DM/ha/mm (R2=0.98). Of the grass based pastures, CF/Sub produced 18 kg DM/ha/mm (R2=0.98) from 1/7 to 10/11/08 from 270 mm of water used. The lowest spring WUE was 13.5 kg DM/ha/mm by CF/Bal pastures which was comparable to the 14.3±1.42 kg DM/ha/mm WUE of CF/Wc, CF/Cc and RG/Wc pastures. During the spring, CF/Sub clover had the highest spring legume component of the grass based pastures at 42% and produced 120 kg N/ha. This was lower than the 288 kg N/ha from the monoculture of lucerne. Sub clover was the most successful clover which persisted with the cocksfoot. Based on the results from this study dryland farmers should be encouraged to maximize the potential of lucerne on farm, use cocksfoot as the main grass species for persistence, rather than perennial ryegrass, and use subterranean clover as the main legume species in cocksfoot based pastures. By increasing the proportion of legume grown the water use efficiency of a pasture can be improved. When pastures are nitrogen deficient the use of inorganic nitrogen may also improve pasture yields particularly in spring.

Sommaire : Comprendre le fonctionnement des e??cosyste??mes est un enjeu crucial, en particulier dans un contexte de changements globaux. Afin de mieux pre??dire les processus e??cosyste??miques, j???ai teste?? la pre??cision et les limites des hypothe??ses du biomass-ratio de Grime (HBMR) et de l???annulation idiosyncratique (HAI), cette dernie??re e??tant une hypothe??se originale de cette the??se. Pour cela, j???ai applique?? le principe du biomass-ratio aux traits fonctionnels, en employant la me??thode des traits agre??ge??s en communaute??, pour estimer la re??ponse globale des espe??ces en me??lange. La de??composition des litie??res plurispe??cifiques constitue un bon mode??le biologique, pour lequel je me suis pose?? les questions suivantes : (1) est-ce que l???HBMR pre??dit bien les taux de de??composition en me??langes plurispe??cifiques ? ; (2) est-ce que le degre?? de variabilite?? de ces taux diminue pour des raisons biologiques avec l???augmentation de la richesse spe??cifique (RS) des me??langes (HAI) ? ; (3) est-ce que la variabilite?? des taux entre me??langes diminue quand les conditions abiotiques du site deviennent plus limitantes ? ; (4) conside??rant que les me??langes plus contraste??s fonctionnellement sont susceptibles de de??velopper plus d???interactions, est-ce que la de??viation a?? la pre??diction augmente avec la dispersion fonctionnelle des me??langes (?? FDis ??, Laliberte?? & Legendre 2010) ? Cette the??se inclut deux expe??riences de de??composition en sachets a?? litie??res : (1) a?? Sherbrooke (QC, Canada) avec des microcosmes, impliquant des litie??res de six espe??ces d???arbres, de??composant seules et en me??langes et (2) sur trois sites au climat contraste?? dans la re??gion de Clermont-Ferrand (France) avec des litie??res de quatre espe??ces d???herbace??es, de??composant seules et en me??langes. Les re??sultats montrent des de??viations positives et ne??gatives par rapport aux taux pre??dits, mais l???HBMR de??crit bien la re??ponse moyenne des litie??res plurispe??cifiques. Bien que l???HAI ait e??te?? rejete??e, les re??sultats montrent une convergence des taux observe??s vers les taux pre??dits quand (1) la RS des me??langes augmente, (2) l???e??chelle spatiale augmente et (3) le climat est plus limitant pour la de??composition. Enfin, malgre?? des corre??lations entre FDis et interactions entre espe??ces dans les litie??res, cette relation n???est pas ge??ne??ralisable et l???hypothe??se de corre??lation positive entre FDis et de??viation a?? l???HBMR a e??te?? rejete??e. // Abstract : Understanding ecosystem functioning is a key goal in ecology, especially in the context of global changes. To better predict ecosystem processes, I tested the accuracy and the limits of Grime???s biomass-ratio (BMRH) hypothesis and a novel idiosyncratic annulment (IAH) hypothesis. I applied the biomass-ratio to functional traits, using the community-weighted means (CWM) to estimate the global response of species in mixtures. I studied the decomposition of litter species mixtures as a biological model and asked the following questions : (1) does the BMRH predict well the decomposition rates of mixed species litters? ; (2) does the degree of variability of these rates decrease with increasing species richness (SR) beyond that expected from purely mathematical causes (IAH)? ; (3) does the variability of rates between mixtures decrease with less favourable abiotic conditions for decomposition? ; (4) as more functionally contrasted mixtures are expected to develop more interactions, does the deviation from prediction increase with increasing functional dispersion in mixtures (?? FDis ??, Lalibert?? & Legendre 2010)? This study involves two decomposition experiments using litterbags: (1) at Sherbrooke (QC, Canada), in microcosms, involving litters from six tree species, decomposed alone and in mixtures and (2) in three climatically contrasted sites in the region of Clermont-Ferrand (France) with litters from four herbaceous species, decomposed alone and in mixtures. Despite both positive and negative deviations from expectation occurring at all levels of SR, the BMRH well described the average response of mixed species litters. Although I rejected the IAH, the results showed a convergence to the predicted values based on CWM with (1) increasing the SR in mixtures, (2) increasing the spatial scale of the study and (3) a less favourable climate to decomposition. Finally, although there was a correlation between litter interactions and functional divergence, this relationship was not generalizable and I rejected the hypothesis of a positive correlation between FDis and the deviations from BMRH.

Comprendre le fonctionnement des écosystèmes est un enjeu crucial, en particulier dans un contexte de changements globaux. Afin de mieux prédire les processus écosystémiques, j'ai testé la précision et les limites des hypothèses du biomass-ratio de Grime (HBMR) et de l'annulation idiosyncratique (HAI), cette dernière étant une hypothèse originale de cette thèse. Pour cela, j'ai appliqué le principe du biomass-ratio aux traits fonctionnels, en employant la méthode des traits agrégés en communauté, pour estimer la réponse globale des espèces en mélange. La décomposition des litières plurispécifiques constitue un bon modèle biologique, pour lequel je me suis posé les questions suivantes : (1) est-ce que l'HBMR prédit bien les taux de décomposition en mélanges plurispécifiques ? ; (2) est-ce que le degré de variabilité de ces taux diminue pour des raisons biologiques avec l'augmentation de la richesse spécifique (RS) des mélanges (HAI) ? ; (3) est-ce que la variabilité des taux entre mélanges diminue quand les conditions abiotiques du site deviennent plus limitantes ? ; (4)considérant que les mélanges plus contrastés fonctionnellement sont susceptibles de développer plus d'interactions, est-ce que la déviation à la prédiction augmente avec la dispersion fonctionnelle des mélanges(" FDis ", La liberté & Legendre 2010) ? Cette thèse inclut deux expériences de décomposition en sachets à litières : (1) à Sherbrooke (QC, Canada) avec des microcosmes, impliquant des litières de six espèces d'arbres, décomposant seules et en mélanges et (2) sur trois sites au climat contrasté dans la région de Clermont-Ferrand (France) avec des litières de quatre espèces d'herbacées, décomposant seules et en mélanges. Les résultats montrent des déviations positives et négatives par rapport aux taux prédits, mais l'HBMR décrit bien la réponse moyenne des litières plurispécifiques. Bien que l'HAI ait été rejetée, les résultats montrent une convergence des taux observés vers les taux prédits quand (1) la RS des mélanges augmente, (2)l'échelle spatiale augmente et (3) le climat est plus limitant pour la décomposition. Enfin, malgré des corrélations entre FDis et interactions entre espèces dans les litières, cette relation n'est pas généralisable et l'hypothèse de corrélation positive entre FDis et déviation à l'HBMR a été rejetée.