Depuis plusieurs années, la renouée du Japon (Reynoutria japonica s.l.) est suspectée, sans preuve convaincante, d’accélérer l’érosion des berges des rivières. Les tiges de cette plante exotique envahissante meurent suite aux premiers gels automnaux, ce qui laisserait le sol sans protection lors des crues printanières. Au Québec, l’érosion des berges peut aussi être accentuée par les débâcles de glace. On a évalué l’influence de la renouée sur l’érosion des berges de la rivière Etchemin (Chaudière-Appalaches, Québec) en contexte de crues avec glaces. L’élévation le long de 120 profils transversaux de berges envahies ou non par la renouée a été mesurée avant et après la crue printanière de 2019. Il y avait en moyenne 3 cm de plus d’érosion (perte d’épaisseur du sol) dans les berges occupées par la renouée que dans celles sans renouée. L’érosion mesurée a probablement été particulièrement prononcée en 2019 en raison de la crue printanière qui fut exceptionnellement élevée cette année-là. L’érosion des berges et la crue des eaux favorisent la dissémination de la plante le long de la rivière Etchemin : les fragments de rhizomes arrachés par milliers lors de la crue sont transportés par l’eau et la glace, puis déposés un peu plus loin vers l’aval, sur les rives et la plaine inondable. Certains s’enracinent et forment de nouveaux clones, ce qui contribue à l’invasion des berges qui se poursuit localement sans interruption depuis 2003 (+ 813 % en superficie de rive occupée entre 2003 et 2018). Au fil des ans, les clones deviennent plus nombreux et étendus, ce qui engendre des pertes de sol plus importantes lors des crues, mais aussi un nombre de fragments plus élevé.

Les espèces exotiques envahissantes végétales sont des plantes introduites et naturalisées hors de leur aire de répartition native et capables de maintenir et d’accroitre leur population. Certaines sont considérées comme transformatrices de par leur effet sur les écosystèmes : leur structure, leur fonctionnement ainsi que leur communauté végétale et animale. Ces transformations peuvent rendre certaines de ces espèces nuisibles de par leurs impacts écologiques et économiques important. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse et présentés ici ont pour objectif d’approfondir les connaissances sur l’impact des invasions biologiques. La faune du sol, la végétation native et leur substrat ainsi que son fonctionnement ont été étudiés à différentes échelles spatiales. Deux espèces exotiques, envahissantes en Europe, ont été considérées comme modèles pour ces travaux : le robinier faux-acacia (Robinia pseudoacacia) et la renouée du japon (Reynoutria japonica). Premièrement, une méta-analyse globale a permis de démontrer l’effet positif des invasions biologiques végétales sur l’abondance de certains groupes de la faune du sol, notamment les consommateurs primaires, en fonction de la structure de l’habitat (ouvert ou fermé). Ensuite, une étude à large échelle sur le robinier faux-acacia a permis d’illustrer les différences qui peuvent exister dans la réponse des écosystèmes forestiers aux invasions le long d’un gradient latitudinal. Ce gradient, composé de quatre régions distinctes en Europe de l’Ouest présente des différences de climat et de végétation dominante, ces différences modifiant l’impact du robinier faux-acacia. Une étude approfondie sur le robinier faux-acacia en Normandie a permis de mieux comprendre l’effet du robinier faux-acacia sur les communautés animales et végétales ainsi que sur le fonctionnement des écosystèmes par comparaison avec deux essences natives dominantes. Finalement, une manipulation expérimentale en laboratoire a démontré l’impact des composés allélopathiques de la renouée du Japon sur une partie de la faune du sol. Cette étude a montré que certaines espèces exotiques envahissantes sont susceptibles d’influencer la faune, et les réseaux trophiques, du sol par leur métabolisme secondaire. Ces travaux illustrent l’intérêt, dans le contexte des invasions biologiques végétales, de l’étude simultanée des compartiments aériens et souterrains à différentes échelles spatiales. / Invasive alien plants are species introduced and naturalized outside of their native distribution range and which have the capacity to maintain and expand their population. Some of these species are considered to be ecosystem transformers by altering their structure, functioning as well as resident animal and plant communities. These induced alterations make some of these species undesirable through their ecological and economical impacts. The work presented in this thesis aimed at a better understanding of the impact of biological invasions by alien plants. The soil fauna, native vegetation and their substrate, as well as ecosystem functioning, were studied at different spatial scales. Two exotic alien species, invasive in Europe, were considered as biological models for this work: the black locust (Robinia pseudoacacia) and the Japanese knotweed (Reynoutria japonica). Firstly, a global meta-analysis demonstrated the positive impact that plant invasions can exert on the abundance of some groups within the soil fauna, notably primary consumers, within different types of habitats (open or closed). Then, a large-scale study on the black locust revealed the differences that can can occur in the response of forest ecosystems to invasions along a latitudinal gradient. Study sites along this gradient, distributed amog four distinct regions in western Europe, exhibit differences in climate and dominant native vegetation which can alter the impact of the black locust. A detailed study on black locust impact in Normandy demonstrated the impact of R. pseudoacacia on native plant and soil fauna communities, as well as some ecosystem functions, in comparison to two native tree species. Finally, a laboraty experiment demonstrated the impact that allelopathic compounds extracted from Japanese knotweed rhizomes can have on some organisms within the soil fauna. This study showed that some invasive alient plants can influence the soil fauna, and soil food webs, through their secondary metabolism. This thesis illustrates that simultaneous study of both aboveground and belowground ecosystem compartments at different spatial scales is of interest in the context of biological invasions.

L'objectif général de la thèse est d'examiner la variation et l'évolution des traits fonctionnels<p>susceptibles de sous-tendre des variations de capacité d'invasion, au sein du complexe de plantes envahissantes F. japonica, F. xbohemica et F. sachalinensis en Belgique. Ces trois taxons d'origine asiatique présentent un intérêt majeur en écologie des invasions car ils possèdent une aptitude à l'invasion contrastée bien qu'ils fassent partie du même complexe hybride, aient la même forme de vie, et la même distribution géographique. <p>En particulier, la thèse examine si Fallopia sachalinensis présente une combinaison particulière de traits fonctionnels liés à la capture et à l'utilisation des ressources susceptible d'expliquer sa capacité d'invasion plus faible. La thèse tâche également de déterminer si les hybrides sont intermédiaires entre les parents pour ces traits ou manifestent des propriétés originales susceptibles<p>d'entraîner un comportement plus invasif. Les traits fonctionnels pris en considération comprennent notamment l'architecture des parties aériennes, le SLA (surface foliaire spécifique), les teneurs foliaires en nutriments, la vitesse de décomposition des litières et la plasticité phénotypique de ces caractères. La stratégie scientifique repose sur trois approches complémentaires:<p>- des comparaisons in situ entre les taxons dans des sites ou ils coexistent;<p>- des cultures en conditions semi-contrôlées au jardin expérimental;<p>- une expérience de décomposition des litières.<p>Les résultats mettent en lumière la stratégie unique de capture et d'utilisation des ressources<p>de F. sachalinensis, ainsi que ses réponses plastiques moins adaptées (moins d'accroissement de la hauteur et de la surface foliaire totale en réponse a l'ombre, et de la biomasse et du nombre de tiges en réponse a une augmentation de la fertilité du sol). Cette stratégie contribue a sa capacité d'invasion plus faible en réduisant son efficacité d'utilisation et de capture de la lumière et des nutriments. D'autre part, l'hybride ne présente pas de valeurs transgressives pour les traits étudiés et est similaire à F. japonica en termes de traits et de plasticité. Toutefois, le nombre limité de<p>populations hybrides étudiées ne nous permet pas d'en conclure que l'hybride ne présente pas de<p>variation transgressive a l'échelle européenne. De plus, la variabilité génétique de l'hybride pourrait permettre une évolution future de sa capacité d'invasion, ce qui en fait une priorité pour la prévention et la gestion a l'échelle mondiale. / The objective of the thesis is to examine variation and evolution of functional traits that are susceptible to underlie variation of invasiveness in the invasive complex of Fallopia japonica, F. xbohemica and F. sachalinensis in Belgium. These three taxa originate from Asia and present a major interest in invasion ecology since they display contrasting invasiveness although they are part of the same hybrid complex, have the same life form and distribution area.<p>In particular, we ask if F. sachalinensis displays a specific combination of functional traits related to resource capture and use that is susceptible to explain its lower invasiveness. We also try to determine if the hybrids have intermediary trait values or if they show specific properties susceptible to increase their invasiveness. Functional traits measured include architecture, SLA (specific leaf area), nutrient foliar concentrations, litter decomposition rate and phenotypic plasticity of the same traits. Scientific strategy uses three different methods:<p>- in situ comparisons between the taxa in sites where they coexist;<p>- common gardens with semi controlled conditions;<p>- litter decomposition experiment.<p>Results show the unique strategy of F. sachalinensis concerning resource capture and use, as well as its less adaptive plastic responses (smaller increase of height and total leaf area in response to shade, and of biomass and shoot number in response to soil fertility). This strategy contributes to its lower invasiveness through a reduction in light and nutrient capture and use efficiency. The hybrid does not display transgressive variation for the studied traits and is similar to F. japonica concerning its traits and its plasticity. However, the limited number of hybrid accessions does not allow to conclude that the hybrid presents no transgressive variation throughout Europe. Moreover, genetic variability in the hybrid might allow future evolution of its invasiveness, making the hybrid a priority for prevention and management throughout the world. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished