Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le potentiel adaptatif d’une espèce peut être défini par sa capacité à faire face aux changements environnementaux. Le potentiel adaptatif augmente avec la variation du phénotype, du niveau intra-individuel au niveau inter-populations. Cependant, les facteurs qui contrôlent et expliquent cette variation phénotypique sont encore relativement peu compris. Nous avons étudié quatre espèces végétales des îles Kerguelen, en subantarctique, une des régions les plus sévèrement affectée par le changement climatique. Les espèces végétales des îles Kerguelen montrent un fort degré d’intégration phénotypique (i.e. forte corrélation entre les traits), suggéré comme étant une contrainte pour la variation des traits. Chez ces espèces, nous avons étudié les facteurs qui peuvent contraindre la variation phénotypique : les facteurs environnementaux extrinsèques, l’intégration phénotypique intrinsèque et les coûts associés de performance. Nous avons montré que la variation intra-individuelle, i.e. plasticité, peut être contrainte par la modification simultanée de multiple facteurs environnementaux, et par les coûts de performance qui en résultent. En revanche, la plasticité peut être favorisée par un fort degré d’intégration phénotypique (Chapitre 3). Nous avons montré que la variation interindividuelle, à l’intérieur des populations, n’était pas contrainte par des facteurs environnementaux, mais pouvait cependant être favorisée par un fort degré d’intégration phénotypique (Chapitre 1). Egalement, nous avons trouvé que la variation inter-populations à l’intérieur d’une région peut être contrainte par une variation environnementale limitée (Chapitre 1). Finalement, nous avons étudié des métabolites secondaires (amines et flavonols) qui font le lien entre variation environnementale et variation phénotypique. Nous avons trouvé que la composition et la fonction de ces métabolites varient entre régions, suggérant une différentiation évolutive entre régions (Chapitre 2). Les patrons de variation entre régions, suggèrent au niveau intra-spécifique une redondance et une versatilité fonctionnelle des métabolites, que nous somme, à notre connaissance, les premiers à mettre en évidence. Nous suggérons que le changement climatique des îles Kerguelen va avoir un impact négatif sur la performance des espèces végétales. La persistance d’habitats humides favorables à ces espèces sera alors un facteur déterminant de la capacité des espèces à faire face au changement climatique. De plus, ce projet a permis d’identifier des facteurs jusqu’alors peu reconnus qui pourtant favorisent le potentiel adaptatif des espèces. En particulier, le potentiel adaptatif peut être favorisé par (i) le degré d’intégration phénotypique (contrairement à ce qui est communément suggéré) et (ii) la redondance et la versatilité des métabolites (qui a peu été étudiée jusqu’alors). Qui plus est, nous avons mis en évidence pour la première fois, plusieurs coûts et limites de la plasticité, suggérant qu’une réponse plasticité de la plante n’est pas une garantie de succès dans le nouvel environnement. / The adaptive potential of a species can be defined as its capacity to cope with environmental change. Adaptive potential increases with phenotypic variation, from the intra-individual to the inter-population level, but factors controlling and explaining this variation still remain poorly understood.We studied four plant species from Iles Kerguelen in the sub-Antarctic region which is currently facing one of the strongest climate changes worldwide. Plant species from Iles Kerguelen are known to show high phenotypic integration (i.e. strong correlation among traits), a phenomenon that has been suggested to constrain trait variation. For these species we studied what constrains phenotypic variation, considering the external environment, the internal phenotypic integration and the associated performance costs. We found that intra-individual variation, i.e. plasticity, may be constrained by complex environmental change and the performance costs it triggers. In contrast, plasticity may be favored by high degree of phenotypic integration (Chapter 3). We found that inter-individual variation within populations may not be constrained by environmental factors, but may be favored by high phenotypic integration (Chapter 1). We found inter-population variation within regions may be constrained by restricted environmental variation (Chapter 1). Finally, we studied secondary metabolites (amines and flavonols) that connect environmental variation to phenotypic variation. We found that compositions and functions of these metabolites vary among regions, probably reflecting evolutionary differentiation among regions (Chapter 2). Patterns of variation betweenregions suggest that within species metabolites may be functionally redundant or versatile, for which to our knowledge our results are the first hint. Overall, we suggest that climate change in Kerguelen will impact plant species performance, and that the persistence of suitable wet habitats will be determinant in species capacities to cope with such changes. Furthermore, this project identified so far underestimated factors which may favor the adaptive potential of species. Particularly, we emphasize that the adaptive potential of species may increase due to (i) phenotypic integration, (contrary to common suggestion) and (ii) metabolite redundancy or versatility (only poorly studied so far). Moreover, we evidenced, partly for the first time, multiple costs and limits of plasticity and suggest that plasticity does not guarantee plant success in the new environment.

Made available in DSpace on 2014-07-29T14:44:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Disseratacao Pires N A M T.pdf: 785189 bytes, checksum: b4304a50ce82de62f43aa33fa8741fa4 (MD5) Previous issue date: 2011-03-02 / The study about the Cerrado and its potentials aims to contribute to the increase of information about Cerrado vegetation by understanding the appropriation of nature, knowing this way, the relationship that exists between man and vegetation through the ethnobotanical survey of areas affected in part by PCH - Goiandira. The research methodology was initially based on literature review, then the first step on the field, we present a survey of the vegetation on the properties included in the study area, in a second step, the area was visited, referenced by GPS, and plotted on maps. Residents and owners were interviewed. Interviews were also conducted with urban residents of Goiandira, which can promote comparisons about the vegetation knowledge. The indications ethnobotanics for use according to scientific literature were more significant than any popular indication, which shows that there are many species that can be used for various purposes, such as: medical, ornamental plants for urban forestry, handicrafts, plants, honey, fruit, staining properties among others, which could therefore be used without being removed from the area. But many of these utilities are not known by the human, and plant species are eventually included in deforestation, because they / O estudo sobre o Cerrado e Potencialidades visa a contribuir com o aumento da informação a respeito da vegetação do Cerrado pela compreensão da apropriação da natureza, conhecendo a relação que há entre o homem e a vegetação por meio do levantamento etnobotânico das áreas atingidas parcialmente pela PCH Goiandira. A metodologia de pesquisa baseou-se inicialmente no levantamento bibliográfico, em seguida, na primeira etapa em campo, foi feito o levantamento da vegetação presente nas propriedades inclusas na área de estudo; em uma segunda etapa, esta mesma área foi visitada, referenciada por GPS e plotada em mapa. Os moradores e proprietários foram entrevistados. As entrevistas também foram realizadas com moradores urbanos do município de Goiandira, o que pode promover comparações a respeito do conhecimento da vegetação. As indicações etnobotânicas de uso, segundo literaturas científicas, foram mais significativas que as de indicação popular, mostrando que há muitas espécies que podem ser utilizadas para diversos fins, como, por exemplo, usos medicinais, ornamentais, arborização, artesanato, plantas melíferas, frutíferas, com propriedades tintoriais, entre outras, podendo, portanto, ser usadas sem ser retiradas da área. Porém, muitas destas utilidades ainda não são conhecidas pela espécie humana, e as espécies vegetais acabam sendo incluídas nos desmatamentos, pois não despertam nenhum interesse

La diversité végétale exceptionnelle des forêts tropicales a toujours suscité une part d’incompréhension chez les scientifiques qui tentent de comprendre les processus à l’origine de cette diversité, ainsi que les mécanismes expliquant les changements spatiaux de composition spécifique. Une des clés de ce dernier mystère résiderait dans l’influence de la différentiation des niches écologiques, mais aussi de la dispersion limitée des graines et d’événements stochastiques (purement aléatoires et non prévisibles). La niche d’une espèce contraint celle-ci à s’établir dans un habitat présentant des gammes de conditions bien délimitées en termes de propriétés du sol (disponibilité en nutriments et toxicité de certains éléments) et d’intensité lumineuse. Par exemple, certaines espèces sont plus tolérantes à l’ombrage (espèces « sciaphiles ») que d’autres qui ne peuvent s’établir que dans des trouées forestières offrant suffisamment de lumière (espèces « héliophiles »). En Afrique centrale, les communautés d’arbres sont aujourd’hui en grande partie composées de ces espèces dites « héliophiles », alors que les ouvertures forestières naturelles sont rares. Il est fortement suspecté que la dominance de ces espèces soient la conséquence de trouées générées par l’homme qui, jusqu’au début de la période coloniale (vers 1900), occupait de vastes surfaces de forêt où il pratiquait l’agriculture sur brûlis. Cependant, peu d’études ont jusqu’à présent déterminé dans quelle mesure ces pratiques agricoles ont influencé la composition spécifique des forêts à l’échelle régionale comme à l’échelle locale.<p>L’objectif du présent travail est de faire la lumière sur l’impact de ces perturbations humaines mais aussi plus généralement sur l’influence relative de la niche écologique des espèces d’arbres par rapport à d’autres facteurs (dispersion limitée et facteurs stochastiques) sur leur distribution spatiale. Pour cela nous avons utilisé des données botaniques et environnementales provenant d’inventaires réalisés dans une forêt tropicale située en République Démocratique du Congo (quatre transects parallèles mesurant chacun 500 à 600 m de long), ainsi que des données similaires complémentées d’inventaires anthracologiques (estimation de la quantité de charbons de bois dans le sol, utilisée comme indicateur de feux passés d’origine anthropique) récoltées dans trois régions du sud du Cameroun (208 parcelles de 0,2 ha chacune). <p>Les données récoltées nous ont permis de mettre en évidence un impact significatif des propriétés physico-chimiques du sol sur la composition en espèces d’arbres. Plus précisément, nous avons pu constater une différence floristique marquée entre deux habitats très contrastés (sol sableux vs. sol argileux, Rép. Dém. Du Congo), et cela à une échelle spatiale locale (< 1 km²) où l’on pensait que de l’influence des facteurs stochastiques et de dispersion limitée étaient prépondérante. Mes analyses ont également démontré que cette différence était plus marquée pour les arbres de la canopée que pour les arbres des strates inférieures (« sous-canopée »), ce qui est sans doute lié au fait que de nombreux individus de la sous-canopée sont composés de juvéniles régénérant la canopée, parmi lesquels de nombreux arbres subissent une exclusion compétitive en cours (brouillant ainsi les signaux d’association espèce-habitat). <p>À une échelle spatiale beaucoup plus large cette fois (de 5 à 100 km, inventaires du Sud Cameroun), nous avons démontré que la diversité floristique était également influencée de manière significative par l’hétérogénéité spatiale de propriétés abiotiques du sol, notamment par les concentrations en (i) certains nutriments essentiels pouvant présenter des valeurs potentiellement limitantes (K, Mg, Ca et P) ainsi qu’en en (ii) élements pouvant être présents en quantités toxiques (Al et Mn). Cependant, alors que le signal environmental a été clairement détecté à l’échelle communautaire, seule les abondances d’une minorité d’espèces (< 15%) ont répondu significativement à la variation des conditions de sol. En outre, le nombre de réponses significatives a augmenté avec l’échelle d’observation ainsi qu’avec le degré d’hétérogénéité environnementale et/ou floristique. Pour mettre en évidence cet effet du sol, nous avons introduit une nouvelle approche permettant de tester la fraction d’une analyse de partition de variance correspondant à la part de variation floristique expliquée par l’effet de conditions édaphiques spatialement structurées (co-variation entre effets spatiaux et édaphiques), en combinant l’analyse de partition de variance avec des vecteurs propres de Moran (« Moran’s eigenvector maps ») et des translations toroïdales. Bien que cette méthode nous ait permis de déterminer si la fraction en question était significative, nous avons également mis en doute son interprétation habituelle suggérant que cette fraction représente une structure floristique directement induite par des structures spatiales de conditions de sol. Grâce à des simulations de populations végétales liées à des propriétés environnementales, nous avons mis en évidence que la valeur de la fraction étudiée ne semble finalement pas influencée par le degré de structuration spatiale des conditions environnementales, remettant donc en question l’utilité de l’analyse de partition de variance pour inférer des effets de processus écologiques sous-jacents sur la distribution spatiale des espèces d’arbres.<p>Enfin, les données floristiques et anthracologiques du Sud Cameroun ne nous ont pas permis de démontrer statistiquement l’hypothèse que les perturbations humaines passées sont en partie responsables de la dominance actuelle des espèces héliophiles. L’absence de corrélation significative entre l’abondance relative de ces espèces et la quantité de charbons de bois dans le sol peut s’expliquer par le fait que la majorité de ces charbons (60%) étaient trop vieux (1500 à 3000 ans) pour refléter des perturbations ayant influencé la diversité végétale présente. <p>Les conclusions générales de ma thèse de doctorat soutiennent que la niche écologique des espèces d’arbres des forêts tropicales africaines contribue de manière significative à déterminer leur assemblage dans l’espace, mais aussi que ces effets de niche dépendent fortement du contexte environnemental étudié ainsi que de l’échelle spatiale d’observation. Ce travail lève donc en partie un voile sur l’écologie des écosystèmes forestiers d’Afrique centrale qui restent largement méconnus par rapport à ceux d’Asie du Sud-Est et des régions néotropicales.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie végétale / info:eu-repo/semantics/nonPublished

MSCAGR (Plant Production) / Department of Plant Production / See the attached abstract below

MSCAGR (Animal Science) / See the attached abstract below

MESMEG / Department of Ecology and Resource Management / Invasive alien plants refer to plant species that show a tendency to escape from human control, go beyond the intended physical boundaries and cause environmental damage. The issue of letting the Invasive alien plant species grow and spread, with no attempts made to control the spread of the species beyond the limits of plantations, is not sustainable. All the attempted methods that the Department of Environmental Affairs used seemed to have failed in yielding the expected results. The main objective of the study was to determine the Wolkberg Working for Water programme’s level of success in terms of clearing invasive alien plant species. Wolkberg Project was used as a case study as it is one of the Working for Water Programme. The data were collected using random sampling methods on the worked areas, where work is in progress and those where no work has been done. Primary data were collected from land owners through field observations and questionnaires from the participants whilst secondary data were collected from the Department of Environmental Affairs. The study adopted a mixed methods approach which is both quantitative and qualitative. The data were analyzed using Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) package. The research determined the level of success in terms of clearing invasive alien plant species, employment opportunities, tools/materials that have been used to clear the plants and the advice on the possible strategies that can be employed in the invasive alien plant species management. It was found out that the Invasive alien plant species require constant maintenance in order for them to be controlled. The Wolkberg project is mainly dominated by male workers compared to females. Each team comprised 3% underage workers. The study recommends that the project should make sure that the follow-ups are done at the correct time and stage. Looking at the statistics of males and females, the study revealed that transformation is not adhered to in this project. / NRF

The relations between environmental resources and biodiversity are crucial in the proper management and conservation of grasslands. Three nature reserves were chosen around the Gauteng Province, namely Roodeplaat Nature Reserve (RNR) in Tshwane, Suikerbosrand Nature Reserve (SNR) in Heidelberg, and Abe Bailey Nature Reserve (ANR) in Carletonville. We selected three sites within RNR, SNR and ANR, and paired these with adjacent sites in private farming/grazing areas adjacent to the nature reserves. At each site, species composition, species richness and plant diversity were determined with the use of 50m x 20m Modified-Whittaker plots (MWP), making a total of eighteen plots (MWP) at the nine paired sites. Two paired sites had high Shannon-Wiener Index (H’) average values at the adjacent grazing area as compared to the nature reserve area at ANR. Roodeplaat Nature Reserve (RNR) and Suikerbosrand Nature Reserve (SNR) had two paired sites with high H’ average values in the nature reserve as compared to the adjacent grazing area. The vegetation structure was similar for the three study locations, consisting of graminoids, herbs and isolated patches of shrubs. The species composition showed similarities between ANR and SNR sites, while RNR showed different species composition. SNR soils had the highest organic carbon (OC), total Carbon (C), total Nitrogen (N), Calcium (Ca), Potassium (K), Magnesium (Mg) and Sodium (Na) as compared to both ANR and RNR. Species richness had a significantly positive relationship with Organic Carbon and Total Nitrogen. Species diversity difference was detected between the nature reserves and adjacent grazing areas and the difference are likely due to a number of factors including soil properties, land disturbance and land use and management. More research is necessary to further understand the aspects impacting species richness, species diversity and species composition in grasslands. / School of Agriculture and Life Sciences / M. Sc.

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