Karl Andraczek (@KarlAndraczek), du Centre allemand de recherche intégrative sur la biodiversité (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, discute de son article : Faibles relations réciproques entre productivité et biodiversité végétale dans les prairies aménagées
Mise en scène
Le changement climatique a un affect sur la diversité végétale et le fonctionnement des écosystèmes, avec des conséquences néfastes sur les contributions de la nature aux populations. Prédire ces conséquences est devenu un sujet central en écologie, mais il est difficile de faire de telles prédictions. Un défi de longue date consiste à distinguer les effets de rétroaction complexes entre la diversité et la productivité, en particulier lorsque la diversité et la productivité ne sont échantillonnées qu’à un seul second dans le temps. Un autre défi consiste à tenir compte de leur interplay complexe avec d’autres facteurs biotiques ou abiotiques, automobile la diversité et la productivité sont contrôlées conjointement par de nombreux facteurs, notamment les activités de gestion, ce qui brouille probablement leurs relations observées dans les systèmes naturels. Pour surmonter ces défis, nous avons besoin de nouveaux outils et cadres d’analyse pour « démêler » leurs rétroactions !
Empêtré dans des boucles de rétroaction
Lors de la rédaction de mon projet de doctorat, mon directeur de thèse Fons van der Plas (@fonsvanderplas) a suggéré de résoudre ce problème en utilisant des modèles d’équations structurelles complexes. Cependant, une fois que j’ai commencé mon doctorat et après d’interminables discussions, essais et recherches dans la littérature, nous nous sommes rapidement sentis empêtrés dans les boucles de rétroaction. Puis, après avoir présenté mon travail à l’Université d’Utrecht, nous avons reçu un conseil prometteur de Laura Dee (@LauraEllenDee(CU Boulder, États-Unis) et son équipe de l’autre côté du globe. Ils utilisaient une approche innovante pour étudier les relations causales dans des contextes d’commentary. Après l’avoir contactée, elle s’est montrée désireuse d’aider et, au fil de nos discussions, une idée a commencé à prendre forme.
L’étude
Dans notre étude, nous avons proposé une resolution pour résoudre les boucles de rétroaction entre diversité et productivité en utilisant des méthodes du domaine de « l’inférence causale » qui sont rarement utilisées en écologie, et en les combinant avec des données temporelles à haute résolution sur la diversité et la productivité des plantes mesurées à plusieurs moments au cours de la saison de croissance.
Notre approche novatrice présente deux avantages majeurs:
(1) Nous pouvons quantifier l’effet causal de la biodiversité sur la productivité, et vice versaen tenant compte simultanément des facteurs de confusion non observés (c’est-à-dire indépendamment du fait qu’ils soient mesurés ou non !).
(2) En utilisant des données temporelles, nous pouvons distinguer les effets de rétroaction en construisant des séquences temporelles d’événements de trigger à effet (par exemple, la richesse des espèces printanières comme trigger de la productivité estivale). Ce faisant, nous pouvons détecter les effets de la biodiversité sur la productivité, ou vice versamême s’ils sont retardés dans le temps (par exemple, par les effets retardés des rétroactions plantes-sol).
Il est essential de noter que nous avons également comparé notre nouvelle approche statistique (modèles à effets fixes à deux facteurs) avec des méthodes plus couramment utilisées en écologie (dans ce cas, des modèles à effets mixtes) pour évaluer si cela modifierait nos conclusions écologiques.
Ensemble, Fons van der Plas, Laura Dee et moi-même, avec le soutien d’Alexandra Weigelt (co-superviseure) et de nombreux autres collaborateurs, nous avons testé ce cadre, en collectant des données d’commentary saisonnières sur deux ans, sur 150 websites de prairies gérées en Allemagne dans le cadre du projet à grande échelle Exploratoires de la biodiversité projet (@BExplo_research). Cela impliquait un travail manuel : ramper dans les prairies, transpirer dans les prés secs exposés au soleil, patauger dans les carex marécageux et, de temps en temps, fuir des vaches trop curieuses.
Principales conclusions
Nous n’avons trouvé que de faibles effets de rétroaction entre la diversité végétale et la productivité dans nos prairies aménagées, probablement en raison de pratiques de gestion intensives. De manière surprenante, nous avons également trouvé de faibles effets de la productivité sur la biodiversité, contrastant à la fois les relations souvent fortement négatives observées dans les prairies aménagées et les relations positives observées dans les expériences de fonctionnement de la biodiversité et de l’écosystème. Nous pensons que les faibles effets étaient probablement dus à l’élimination régulière de la biomasse par le pâturage/la tonte qui peut empêcher les effets négatifs de la productivité sur la biodiversité en atténuant la concurrence lumineuse, ce qui indique que la gestion est un facteur clé modifiant les relations diversité-productivité.
Cependant, notre conclusion écologique était très smart aux modèles utilisés:les effets estimés à partir de modèles conventionnels étaient plus sensibles aux biais dus à des variables confondantes non observées (par exemple, les chocs climatiques), alors que notre approche de modélisation restait robuste. Cependant, pour améliorer nos prévisions, des séries temporelles plus longues sont nécessaires !
Synthèse et travaux futurs
Démêler les effets de rétroaction dans les systèmes naturels est une tâche ardue – mais il y a de l’espoir! Des approches options peuvent nous aider à surmonter les limites de nombreuses approches couramment utilisées et, par conséquent, ouvrir de nouvelles voies de recherche.
Nos résultats montrent que les données temporelles, combinées à des méthodes d’« inférence causale », constituent un outil prometteur pour mieux comprendre les boucles de rétroaction entre la diversité végétale et la productivité dans les systèmes naturels. Cela a également des implications importantes pour élucider la manière dont la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes réagiront au changement climatique, ce qui sera au centre de mes futurs travaux dans le cadre d’un projet de recherche sur la biodiversité et la productivité des plantes. Marie Curie bourse postdoctorale (à l’Université d’Utrecht, Pays-Bas et CU Boulder, États-Unis). Au-delà même des relations diversité-productivité, notre cadre pourrait fournir de nouvelles views sur divers sorts de boucles de rétroaction dans les systèmes naturels.
