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Histoires de couverture (110:10) : Déduire les interactions plante-plante à l’aide de la télédétection


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L’image de couverture de notre Numéro d’octobre présente un paysage typique de marais salants le long de la côte de la mer Jaune, en Chine. Cette image est liée à l’article : Déduire les interactions plante-plante à l’aide de la télédétection, par Chen et al. Ici, les auteurs Ben Chen, Quan Xing Liu et Chi Xu raconter l’histoire derrière l’image.

Tout comme nous, les humains, les plantes ont aussi des amis et des ennemis. « L’amitié » est inestimable dans les environnements difficiles. Par exemple, les semis mourraient rapidement dans des conditions chaudes et sèches sans que les arbres adultes voisins n’aident à atténuer le stress hydrique – appelé « effet plante nourricière », il s’agit d’un exemple classique d’interactions plante-plante positives. D’un autre côté, nous voyons plus souvent « l’hostilité » dans la nature, dans le sens où la concurrence pour les ressources est omniprésente entre des plantes coexistantes. Bin Chen fait des expériences sur les racines des plantes depuis des années et a fait de nombreuses découvertes intéressantes : lorsque des plantes appariées sentent la présence l’une de l’autre, un « course aux armures » est souvent déclenché – ils surinvestissent tous les deux dans la croissance des racines afin de brouiller autant de nutriments du sol que possible de leurs adversaires, même si cela compromettra leur forme physique globale. Aujourd’hui, les interactions plante-plante positives et négatives sont devenues un centre d’intérêt pour Bin. Autour de ces interactions, il y a eu une myriade d’histoires fascinantes. Ils sont essentiels pour comprendre l’assemblage de la communauté, le fonctionnement de l’écosystème, les processus évolutifs et de nombreuses autres questions fondamentales.

Bien que l’on puisse utiliser des expériences sophistiquées pour étudier les interactions plante-plante dans des conditions bien contrôlées, il est difficile de dire à quelle fréquence et à quel point ces interactions sont fortes dans les écosystèmes naturels, en particulier à grande échelle spatiale. Par exemple, serait-il possible de dire si les plantes coexistantes sont pour la plupart amicales ou hostiles les unes aux autres, juste à partir d’un aperçu du paysage, comme dans l’image de couverture ?

Équipés de technologies de télédétection et de modèles théoriques de pointe, les écologistes peuvent désormais utiliser des informations spatiales pour déduire efficacement les interactions positives et négatives entre les plantes sur une large gamme d’échelles. Dans le article de revue En ce qui concerne l’image de couverture, Bin et ses collègues fournissent une synthèse des progrès et des perspectives de déduire les interactions plante-plante à l’aide d’outils de télédétection à l’échelle individuelle, communautaire et du paysage.

Parmi les études les plus intéressantes figurent la manière dont les écologistes recherchent des signaux d’interaction à partir des modèles de végétation du paysage. Dans certains cas particuliers, l’émergence de modèles de végétation particuliers pourrait informer immédiatement non seulement l’existence, mais aussi les échelles de fonctionnement de la facilitation et de la concurrence entre les plantes. L’exemple le plus étudié est peut-être les « modèles de Turing » (du nom d’Alan Turing, le fondateur de l’informatique) caractérisés par des modèles spatialement périodiques ressemblant à des taches, des lacunes, des rayures ou des labyrinthes. La théorie suggère que ces schémas sont attribués à une facilitation à courte portée couplée à une compétition à longue distance entre les plantes (et d’autres organismes), connue sous le nom de ‘rétroaction dépendante de l’échelle’.

A gauche : motif en forme de labyrinthe de Triodia basedowii (herbe Spinifex) près de Newman dans la région de Pilbara en Australie occidentale. À droite : motif de végétation en forme de rayures au Ladakh, en Inde. Crédit : Hezi Yizhaq.

Ce mécanisme d’auto-organisation spatiale est étayé par de nombreuses preuves de terrain. Quan-Xing Liu a mené des expériences de transplantation sur des vasières côtières néerlandaises et chinoises soumises à de forts impacts de vagues. Il a découvert que les plantes des marais salés (comme la spartine anglais spartiate ou carex Écureuil) ont mieux survécu lorsqu’ils ont été transplantés dans des parcelles de végétation existantes (une interaction positive à petite échelle), mais ont été anéantis par les vagues plus facilement lorsqu’ils ont été transplantés en bordure des parcelles (une interaction négative à plus grande échelle). Inspiré par le travail côtier, Quan-Xing se penche sur des modèles spatiaux plus diversifiés à travers un large éventail de systèmes. Certains vont même au-delà de la Terre. Utilisant Photos pris par le Curiosity Rover, il étudie maintenant le sol à motifs sur Mars pour déduire les interactions entre les pierres et le sable.

‘Cercles de fées‘ sont une autre classe de modèles de végétation frappants. Les modèles de végétation en forme d’anneaux spontanés trouvés dans les déserts namibiens et australiens ont suscité beaucoup de curiosité. Certains ont été attribués à l’herbivorie des termites, ou concurrence pour l’eau du sol. Des cercles de fées ont également été trouvés dans les marais salants côtiers. Quan-Xing, avec une équipe internationale, a utilisé des images de drones, des expériences d’ajout d’azote et des modèles mathématiques pour démontrer que la compétition intraspécifique pour les nutriments peut jouer un rôle central dans la formation de ce genre de motifs. L’image de couverture montre des cercles de spartine similaires le long de la côte de la mer Jaune, intégrés dans l’écosystème emblématique de « Red Beach ». Chi Xu et ses collègues jettent un regard différent sur les modèles de végétation à des échelles plus grandes que les cercles – ils ont utilisé des données et des modèles de télédétection de séries chronologiques pour étudier comment le interactions à distance entre différentes espèces végétales déterminent la dynamique paysagère à long terme de ce système.

Photos de drone de type anneau Spartine alterniflore modèle de végétation dans le marais salé côtier à Shanghai, Chine. Crédit : Quan-Xing Liu.

De nombreux écologistes, comme Quan-Xing et Chi, aiment déchiffrer les interactions plantes-plantes à partir des modèles de végétation. Leurs compétences sont renforcées par les avancées technologiques, notamment la télédétection et les mégadonnées. Des découvertes plus intéressantes sont à venir.





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