京都大学 / 0048 / 新制・論文博士 / 博士(農学) / 乙第13181号 / 論農博第2860号 / 新制||農||1061(附属図書館) / 学位論文||H30||N5103(農学部図書室) / (主査)教授 小杉 緑子, 教授 北山 兼弘, 教授 舟川 晋也 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

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京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(人間・環境学) / 甲第18359号 / 人博第672号 / 新制||人||162(附属図書館) / 25||人博||672(吉田南総合図書館) / 31217 / 京都大学大学院人間・環境学研究科相関環境学専攻 / (主査)教授 市岡 孝朗, 教授 加藤 眞, 教授 松井 正文 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Human and Environmental Studies / Kyoto University / DGAM

Les écosystèmes forestiers naturels du Sud-Ouest de l’océan Indien (SOOI) sont fortement impactés par la déforestation et font face à de nombreuses invasions biologiques pouvant altérer leur processus, en particulier les interactions de type plantes-pollinisateur. C’est dans ce contexte que s’inscrit cette thèse, décrivant les relations entre un pollinisateur généraliste indigène : Apis mellifera unicolor et la flore de deux écosystèmes de Ranomafana : RA et de Mare Longue : ML. La description palynologique de 135 espèces issues de 52 familles de plantes mellifères de la formation de RA, a fait ressortir les caractères spécifiques des pollens liés à une pollinisation entomophile. Dans un second temps, des suivis phénologiques mensuels de 131 espèces (90% d’indigènes) à RA et 120 espèces (53% d’exotiques) à ML ont permis d’identifier et d’estimer les ressources florales disponibles. Pendant un an, l’analyse mensuelle des miels et pollens collectés a permis de dresser l’inventaire des ressources florales réellement exploitées. Les espèces indigènes ont été significativement plus butinées que les espèces exotiques, malgré une diversité de ressources exotiques supérieures à celles des indigènes (ML). Le comportement de butinage de l’abeille sur le genre Weinmannia a été analysé sur la base de 104 h de vidéo (W. bojeriana et W. rutenbergii à Madagascar, et W. tinctoria à La Réunion). Les fleurs ont été visitées par un cortège de pollinisateurs potentiels : coléoptères, diptères, lépidoptères et autres hyménoptères. A. m. unicolor était le visiteur le plus fréquent à Madagascar. L’ensemble de ces résultats a permis de confirmer le comportement généraliste d’A. m. unicolor, avec toutefois une préférence forte et significative pour les espèces florales indigènes des strates arborées et arbustives et permet d’émettre des hypothèses sur la complexité des interactions entre l’abeille et les écosystèmes du hotspot de biodiversité SOOI. / The natural forest ecosystems of the Southwest Indian Ocean (SOOI) have been strongly impacted by deforestation and face many biological invasions that are alter their balance, particularly plant-pollinator interactions. It is in this context that this thesis is set, describing the relations between an indigenous general pollinator: Apis mellifera unicolor and the flora of two ecosystems of Madagascar (Ranomafana: RA) and Reunion (Mare Longue: ML). The palynological description of 135 species from 52 families of melliferous plants from the RA formation, highlighted the specific criteria of pollens associated with entomophilous pollination. In a second time, monthly phenological monitoring of 131 species (90% native) to RA and 120 species (53% exotic) to ML allowed to identify and estimate the available floral resources. During one year, the monthly analysis of honeys and pollen collected enabled an inventory of the floral resources actually exploited. Native species were significantly more visited than exotic species, despite a diversity of exotic resources superior to that of the natives (ML). The foraging behaviour of the honeybee on the genus Weinmannia was analysed on the basis of 104 hours of video (W. bojeriana and W. rutenbergii in Madagascar, and W. tinctoria in Reunion Island). The flowers were visited by many potential pollinators: Coleoptera, Diptera, Lepidoptera and other Hymenoptera. A. m. unicolor was the most frequent visitor to the two species from Madagascar. The results confirmed the generalist behaviour of A. m. unicolor, with, however, a strong and significant preference for native floral species of tree and shrub strata and makes it possible to speculate on the important place of this bee in the ecosystems of the SOOI biodiversity hotspot.

Le massif forestier guyanais présente à la fois une grande originalité en termes de biodiversité, un bon état de conservation, une forte contribution au stock de carbone amazonien et une dynamique socio-économique très rapide. Les connaissances sur la diversité des écosystèmes forestiers de Guyane française restent cependant insuffisantes pour asseoir une gestion optimale des différents services écosystémiques à l’échelle du territoire. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse, visent prioritairement à étudier la diversité des écosystèmes forestiers de Guyane, les facteurs déterminant leur variabilité et les conséquences de cette variabilité en termes de services écosystémiques et de gestion.La première partie de la thèse met en évidence les différentes échelles de structuration spatiale de la diversité forestière et les patrons de composition qui en résultent à l’échelle régionale. Elle s’appuie sur une récente campagne d’inventaires forestiers (2006-2013) couvrant l’ensemble du département et rassemblant 3 132 placettes de 0.2ha implantées selon un plan d’échantillonnage emboîté et pluristratifié. Les résultats obtenus vérifient l’hypothèse d’une forte influence de la géomorphologie, à l’échelle des paysages, sur la bêta et l’alpha-diversité des forêts guyanaises en termes d’espèces dominantes (métrique de Simpson). Cette première étape a nécessité plusieurs développements méthodologiques préalables notamment l’évaluation de l’incertitude taxonomique des inventaires forestiers et sa propagation dans les analyses de diversité, ainsi que l’élaboration de modèles cartographiques permettant de caractériser précisément l’environnement géomorphologique à diverses échelles d’études.La deuxième partie de la thèse vise à expliquer l’influence exercée par les paysages géomorphologiques sur la végétation forestière à travers l’étude des relations entre géomorphologie et sols. Elle s’appuie sur l’analyse de près de 450 sondages pédologiques couplés à la campagne d’inventaire forestier. Les résultats obtenus démontrent une forte dépendance de la nature et des propriétés des sols vis-à-vis des paysages géomorphologiques et du dénivelé régional. Ils suggèrent l’existence d’un effet de filtre édaphique sous-jacent au déterminisme géomorphologique sur la diversité forestière. Une part importante de l’influence géomorphologique reste cependant indépendante du filtre édaphique et est interprétée comme un effet conjugué de deux autres mécanismes sur deux échelles de temps distinctes : le contrôle du turn-over forestier par la dynamique géomorphologique au cours du quaternaire récent et l’intégration des effets biogéographiques sous l’influence des changements globaux plus anciens.La troisième partie de la thèse s’intéresse aux conséquences de la diversité biotique et abiotique décrite sur la gestion forestière et sur la variabilité des services écosystémiques rendus par la forêt, notamment en termes de stockage du carbone dans la biomasse et dans les sols. La quantité de carbone stockée, très variable à l’échelle locale, se révèle significativement influencée par la diversité écosystémique à l’échelle régionale. Ce service de régulation est mis en relation avec la richesse spécifique locale (service de support) et la quantité de bois exploitable (service d’approvisionnement). Des relations complexes de corrélation et de compromis sont mises en évidence entre ces différents services. Elles illustrent la variabilité des réponses des services écosystémiques à la diversité des écosystèmes forestières.La mise en perspective de ces différents volets permet de proposer une typologie précise des habitats forestiers de Guyane et de fournir des pistes de prise en compte de cette diversité écosystémique pour l’aménagement du territoire et la gestion forestière. / French Guiana forest presents a high originality in terms of biodiversity, a good state of preservation, a strong contribution to the overall Amazonian carbon stocks and a very fast socio-economic dynamic. However, our knowledge about forest ecosystems diversity remains insufficient to ensure an optimal management of the various ecosystems and of the services they may provide across the territory. This thesis aims to answer this central issue by studying the diversity of forest ecosystems at the scale of the entire forested area of French Guiana. Specifically we targeted highlighting the factors that determine ecosystems variability and evaluating the consequences of this variability in terms of ecosystem services and management.Firstly, we bring out complex patterns of diversity at different scales including strong floristic variation at the regional scale, using a recent forest inventories campaign (2006-2013) that has been conducted according to a stratified sampling design which includes 3,132 0.2ha-plots covering the whole territory. Our results verify the hypothesis of a strong control of forest beta and alpha diversity by geomorphology, especially at the landscape scale and for dominant species (Simpson metric). This first step required several preliminary methodological developments including an assessment of the taxonomic uncertainty in forest inventories, and spatial models to accurately characterize the geomorphological context at various scales.Secondly, we aimed at interpreting the influence of geomorphological landscapes on the composition of forest vegetation by exploring the relationship between geomorphology and soils. Using about 450 soil sampling locations coupled with the forest inventory plots, we demonstrated that nature and properties of soils are dependent on geomorphological landscapes and locally distributed along regional elevation gradients. A significant soil filtering effect was found underlying the geomorphological influence on forest composition and diversity. However, a major part of this influence proved to be independent of soil filtering and is interpreted as a combination of two mechanisms at two different time-scales: (i) the control of forest turn-over by the geomorphological dynamics during the Late Quaternary and (ii) the integration of biogeographic effects under the influence of tectonic evolution and ancient climate changes.Last of all, we addressed the consequences of the analysed biotic and abiotic variations, which combine into habitats diversity on forest management and on the variability of ecosystem services provided by forests, particularly for carbon storage in biomass and soils. The amount of carbon stored is highly variable at local scale but proves to be significantly influenced by habitats diversity at the landscape level. This regulation service is related with the local species richness (pertaining to the category of support services) and the amount of usable wood (pertaining to the category of supply services). Complex relationships, including correlations and compromises, are evidenced between these different services. This illustrates the variability of the responses of ecosystem services to the habitats diversity.Finally our work allowed us to provide a new typology of natural habitats present in French Guiana forest and to propose suggestions in order to improve land uses and multifunctional forest management in French Guiana.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-10-24T16:58:28Z No. of bitstreams: 1 DanielCabralTeixeira.pdf: 2770074 bytes, checksum: 0d0c1bc812ba890678e907aec3eab6b6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-24T16:58:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DanielCabralTeixeira.pdf: 2770074 bytes, checksum: 0d0c1bc812ba890678e907aec3eab6b6 (MD5) / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / A Mata Atlântica, um hotspot mundial com grande diversidade de plantas e animais, está localizado na região mais industrializada do Brasil, uma fonte em potencial de elementos químicos para a atmosfera. Recentemente, foi descrito a entrada de Hg via serapilheira para o solo principalmente, após a captação estomática (poros foliares), agindo como via importante para o transporte deste poluente do ar para o solo durante o seu ciclo biogeoquímico. Este fluxo de mercúrio é mais evidente em florestas tropicais, que apresentam as maiores produções de serapilheira. O objetivo deste trabalho foi quantificar a concentração total do Hg na serapilheira, e estimar sua deposição no Parque Estadual da Pedra Branca, na cidade do Rio de Janeiro, durante o período de um ano. Foram analizadas, folhas de cinco espécies dominantes, para se avaliar a concentração de Hg nas folhas do dossel e testar as correlações com os parâmetros anatômicos foliares, tais como as freqüências estomáticas e tricomáticas. A média anual da concentração de Hg foi de 237+ 52 ng g-1 e o fluxo de 184 + 98 μg m-2 sobre uma produção de serapilheira de 7,6 t.ha-1. A concentração mensal de Hg variou de acordo com a temperatura de dois meses anteriores. A precipitação mensal teve uma forte correlação negativa com as concentrações de Hg somente durante os meses de altas temperaturas. Estas correlações confirmam a dependência com os eventos fisiológicos, controlados por processos bioquímicos que definem a abertura estomática, sendo mais eficiente durante altas temperaturas e solo sem deficiência hídrica. A concentração de Hg na folhagem do dossel revelou uma grande variação interespecífica de 60 ng g-1 em Metternichia príncipes; 84 ng g-1em Colubrina. glandulosa; 170 ng g-1 em Cordia trichotoma; 190 ng g-1 em Piptadenia gonoacantha; até 215 ng g-1 em Alchornea iricurana.. Uma correlação positiva ocorreu entre as concentrações de Hg e a densidade estomática, exceto pelas espécies com tricomas, demonstrando mais uma evidência da captação estomática e possível papel da adsorção superficial dos tricomas. Estes valores elevados, mesmo para áreas urbanas poluídas, mostram a complexidade dos fenômenos climáticos e fisiológicos que regem a captação de Hg em florestas tropicais. Esta captação potencial da Mata Atlântica deve ser considerada para sua conservação e preservação, uma vez que o destino do Hg, vindo da serapilheira, no solo é desconhecido. Devido ao status de poluente global do Hg, o desenvolvimento de leis internacionais para emissões atmosféricas de Hg, é crucial. / The Atlantic Forest, a hotspot in the world with a great diversity of plants and animals, is located in the most industrialized region of Brazil, a potential source of chemical elements for the atmosphere. Recently, was described the Hg litterfall input to the soil mainly, after the stomatal (leaf pores) uptake, acting as an important way to transport this pollutant from air to soil. This flux of mercury is more notable in tropical forests, which have the higher annual litter production. The aim of this work was quantify the total concentration of Hg in litterfall, and estimate how much was deposited in the Parque Estadual da Pedra Branca, na cidade do Rio de Janeiro. Leaves of the five most predominant species were analyzed to assess the Hg concentrations by canopy leaves and test the correlations with foliar anatomical parameters, such as stomatal and trichomatic frequency. The annual mean of Hg concentration was 237, 7+ 52 ng g-1 and the flux was 184, 2 + 98 μg m-2 over a 7,6 t.ha-1 of litter production. The past two months temperature was correlated to the monthly concentration deviation, showing the relation with biochemistry process ruling the plant growing. The monthly precipitation had a strong negative correlation with the Hg concentrations of the higher temperature months. These correlations confirm the dependency on physiological events, controlled by biochemistry processes that rule the stomatal opening, being optimal during high temperatures and soil with no water deficiency. The green foliage Hg concentration revealed a great interespecific variation, from 60 ng g-1 - Metternichia principes, 84 ng g-1 - Colubrina. glandulosa,170 ng g-1 - Cordia trichotoma, 190 ng g-1 - Piptadenia gonoacantha to 215 ng g-1 - Alchornea iricurana. There was a clear positive correlation between these concentrations and the stomatal density of these species, except by the species with trichomes, showing one more evidence of the stomatal uptake and the superficial trichomes adsorption roles. These results are very high even to a polluted urban area, and show the complexity of phenological and climatic phenomena that rules the Hg uptake in tropical forests. This potential uptake of Mata Atlantica must be considered for their conservation and preservation, once the Hg soil destination came from litter, is unknown. Due to the global Hg pollutant status, the development of international laws, to Hg air emissions, is crucial.

En 2013, Le Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC) publie son cinquième rapport concernant les changements climatiques. Il y est souligné que le réchauffement climatique est sans équivoque, et que de nouvelles émissions de gaz à effet de serre impliqueront une poursuite du réchauffement et des changements affectant toutes les composantes du système climatique. En région tropicale, une hausse de la température, ainsi qu'une intensification des événements de sécheresse et de pluviométrie extrêmes sont à prévoir. C'est dans ce contexte que s'inscrit ce travail, dont le but est d'étudier la réponse de la forêt tropicale à ces changements climatiques prédits en Guyane Française. Pour ce faire, j'ai utilisé les données du dispositif de suivi forestier de Paracou pour construire un modèle de dynamique individuel basé sur les traits fonctionnels des arbres. Un modèle de mortalité a d'abord été réalisé puis couplé à un modèle de croissance.Le modèle couplé ainsi construit permet de modéliser la croissance et la mortalité des arbres sur un pas de temps de 2 ans tout en tenant compte de leur ontogénie et de leurs traits fonctionnels. Ce modèle a d'abord été appliqué aux essences commerciales de Guyane Française en forêt naturelle et exploitée en y ajoutant un indice de stress hydrique. Ceci permet de montrer que le stress hydrique fait baisser la croissance et augmenter la mortalité, tandis que l'exploitation a l'effet inverse. Malgré le signal commun, différentes réponses sont observées selon les espèces. Le modèle a ensuite été appliqué à la communauté en forêt naturelle pour identifier les drivers climatiques et les processus impactés. Il ressort que la croissance est impactée par le stress hydrique et la température, et que la mortalité est impactée par le stress hydrique et la pluviométrie totale.Ces résultats ont enfin permis de construire un modèle complet de dynamique forestière climat dépendant, et de simuler l'évolution d'une communauté pendant un siècle selon différents scénarios correspondant aux prédictions du GIEC. Les simulations mettent en évidence une très forte diminution de la croissance, ainsi qu'une plus faible diminution de la mortalité. Ceci entraine une diminution notable de la surface terrière, du diamètre quadratique et de la biomasse fraiche. Une analyse de sensibilité montre que ces changements sont principalement dus à l'augmentation sévère des températures prédites pour le siècle à venir. Des pistes de réflexion sur les enjeux de modélisation et les échelles considérées sont proposées en discussion de ce travail. / In 2013 the intergovernmental panel on climate change (ipcc) publishes its fifth report. This report underlines that an increase of temperature and a strengthening of drought and extreme rainfall are expected in tropical regions. This work was made in this context of climate changes, and aimed to study the response of the rainforest to predicted climate changes. To do this, i used the data from the study site of Paracou French Guiana to build an individual based dynamics model based on the functional traits of trees. This model was first applied to species with a commercial interest in French Guiana, in natural and logged forest and adding a water stress index as predictor. Water stress decreases growth and increases mortality, while logging had the opposite effect. The model was then applied to the community in natural forest for identifying potential climate drivers and impacted processes. Growth is impacted by the water stress and temperature and mortality is imp acted by the water stress and the total rainfall. These results allowed us to build a climate dependent model of forest dynamics and to run simulations of the evolution of a community under different scenarios for the next century. Simulations showed a decrease of growth and a small decrease of mortality. This resulted in a substantial decrease of basal area, squared diameter and fresh biomass.

Les termites forment un groupe animal important en milieu tropical, où leur richesse spécifique est plus élevée que dans n’importe quel autre écosystème. Ils se nourrissent de matière organique végétale à différent état de décomposition, du bois dur à la matière organique minérale du le sol. Cette diversification du régime alimentaire ne se produit que chez les Termitidae, parfois appelés « termites supérieurs », alors que les autres familles se nourrissent exclusivement de bois ou d’herbe. Les termites humivores sont extrêmement abondants en Amérique du Sud et en Afrique tropicale, mais sont relativement peu étudiés par rapport aux termites xylophages. C’est particulièrement vrai pour le groupe Anoplotermes, qui représente le groupe de termites le moins bien connu. Ce travail vise à faire la lumière sur l’écologie et la diversité de ce groupe strictement humivore, et comprend les sections suivantes :(1) Des échantillonnages standardisés dans sept sites de Guyane Française ont révèle, avec quelques exceptions, que les termites xylophages sont relativement peu spécialisés à un site. Au contraire, les espèces du groupe Anoplotermes, ainsi que les termites humivores en général, sont spécialisés à un type de forêt. Cette spécialisation contribue plus que probablement à la diversification écologique, et donc, à une augmentation de la richesse spécifique des termites humivores. (2) En utilisant les ratios d’isotopiques δ13C et δ15N, nous avons aussi trouvé qu’il existe une spécialisation des espèces le long d’un gradient d’humification chez le groupe Anoplotermes, de l’interface entre le bois pourri et le sol au sol pauvre en matière organique. Donc, au moins deux facteurs favorisent la richesse spécifique du groupe Anoplotermes dans le sol, malgré le manque d’évidence pour une séparation spatiale et temporelle entre les espèces. Cette spécialisation spécifique réduit la compétition interspécifique aux espèces se nourrissant de matière organique au même état de décomposition. (3) Ce mécanisme n’est probablement pas restreint aux espèces du groupe Anoplotermes et le ratio isotopique δ15N varie considérablement entre les termites humivores de manière générale. Les termites humivores comptent des espèces avec des régimes alimentaires différents ne partageant pas toujours les mêmes niches écologiques. Cette diversification du régime alimentaire ne c’est pas produit de manière aléatoire durant l’évolution des termites et les espèces proches tendent à se nourrir du même substrat. (4) Au niveau intraspécifique, il semble que la compétition contraigne la dynamique des colonies. En effet, chez A. banksi, nous avons trouvé que les nids matures sont surdispersés. Les nouveaux nids se trouvent principalement à une certaine distance des nids établis, plus particulièrement dans les trous laissés par les nids morts. Si ce patron est le résultat d’une sélection des sites de nidification, ou plutôt d’une exclusion compétitive reste sujet à discussion, mais met néanmoins en évidence la présence de compétition chez les termites humivores du groupe Anoplotermes. (5) Au vu de la richesse spécifique locale du groupe Anoplotermes, le nombre d’espèces décrites reste remarquablement bas. Après inspection du matériel type, seuls 30 espèces du groupe se sont avérés valides en Amérique du Sud, alors que 80% des espèces que nous avons collectées sont nouvelles pour la science. Cette disproportion entre ce qui est connu et la diversité réelle du groupe, met en évidence le besoin de réaliser des études supplémentaires pour améliorer la connaissance de ce groupe peu connu, le groupe Anoplotermes. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished