An integrative stoichiometric approach to primary producer, herbivore and decomposer interactions and to their role in ecosystems
Une approche stoechiométrique intégrative des interactions entre producteurs primaires, herbivores et décomposeurs et de leur rôle dans les écosystèmes
Résumé
Ecological stoichiometry studies the effects of the elemental composition of
organisms on their trophic interactions. Because ecological stoichiometry links flows
of elements such as carbon, nitrogen and phosphorus, and population dynamics, it has
a huge potential to integrate biogeochemistry and the study of trophic interactions.
After primary production, herbivory and decomposition are the most
important processes in ecosystems. The greatest differences between the chemical
compositions of consumers and their resources are also between herbivores and
primary producers and microbial decomposers and detritus. Usually, in ecological
stoichiometry, these two processes are studied separately. This thesis investigates
interactions between primary producers, herbivores and decomposers simultaneously,
in order to reach a more comprehensive view of the functioning of ecosystems and
food webs.
In the first two chapter of the thesis, I used a modeling approach and an
experiment to study the effects of the elemental and molecular composition of organic
matter on the simultaneous use by microbial decomposers of organic and inorganic
resources.
The results from the first chapters were used in the next chapters to investigate
the effects of herbivores on primary producer-decomposer interaction. I built two
stoichiometrically-explicit models with three trophic levels: primary producers,
herbivores and decomposers. The first model was meant to study the effects of
herbivores on primary producer-decomposer interaction. In the second model, I
focused on the effects of decomposers on the interaction between herbivores and
primary producers.
The many results of this work can be summarized in two main conclusions:
- The chemical heterogeneity of organic matter is a main determinant of
decomposer community structure and of their regeneration of inorganic elements.
Primary producers are the main sources of organic matter and the main consumers
of inorganic elements. Organic matter heterogeneity is thus an essential factor of
primary producer-decomposer interaction. Herbivores can influence this
interaction by modifying organic matter elemental and molecular composition.
- To assess the impact of one trophic level on another, it is necessary to include
all trophic levels that derive some resource from the first trophic level. For
example, the complexity of matter exchanges between primary producers,
herbivores and decomposers through organic matter recycling makes it necessary
to study herbivory and decomposition in the larger context of food webs.
I hope that the experimental and theoretical approaches that I developed in this
thesis will be useful as a basis for more studies integrating stoichiometric interactions
at the scale of ecosystems.
La stoechiométrie écologique étudie l’effet de la composition chimique en
éléments des organismes sur leurs interactions trophiques. Parce qu’elle lie éléments
chimiques, tel le carbone, l’azote et le phosphore, et interactions écologiques, elle a un
grand rôle à jouer dans une meilleure intégration de l’étude des cycles biogéochimiques
et des interactions trophiques.
Après la production primaire, les processus d’herbivorie et de décomposition sont
les plus importants dans un écosystème. Les différences de composition chimique entre
producteurs primaires et herbivores et entre producteurs primaires et décomposeurs
microbiens sont parmi les plus grandes qu’on puisse trouver entre une ressource et son
consommateur. Jusqu’à présent, ces deux processus ont généralement été abordé
séparément. Cette thèse, qui se base sur la stoechiométrie écologique, a donc pour but
d’étudier simultanément les interactions entre producteurs primaires, herbivores et
décomposeurs afin d’obtenir une vision plus intégrée du fonctionnement des réseaux
trophiques et des écosystèmes.
Dans les deux premiers chapitre de la thèse, j’ai construit un modèle
mathématique et réalisé une expérience pour étudier l’effet de la composition de la
matière organique en éléments et en molécules sur l’utilisation simultanée par les
décomposeurs microbiens de ressources organiques et inorganiques.
Dans les deux chapitres suivants, j’ai utilisé les résultats précédents pour étudier
l’interaction entre producteurs primaires, herbivores et décomposeurs. J’ai donc construit
deux modèles explicitement stoechiométriques à trois niveaux trophiques: producteurs
primaires, décomposeurs et herbivores. Le premier modèle s’est intéressé aux effets des
herbivores sur l’interaction entre les producteurs primaires et les décomposeurs, tandis
que le deuxième modèle a étudié l’effet des décomposeurs sur l’interaction entre les
herbivores et les producteurs primaires.
Les conclusions issues de ce travail de thèse sont nombreuses. Elles peuvent
néanmoins être rassemblées en deux points principaux :
- L’hétérogénéité chimique des ressources organiques est un déterminant
important de la minéralisation des éléments par les décomposeurs et de la structure de
la communauté de ces derniers. Puisque les producteurs primaires sont une source
principale de ressources organiques et les principaux consommateurs des éléments
minéraux, cette hétérogénéité est donc essentielle à prendre en compte pour
comprendre l’interaction entre producteurs primaires et décomposeurs. Les
herbivores affectent cette interaction en modifiant la composition chimique
élémentaire et moléculaire de la ressource organique.
- L’effet stoechiométrique d’un niveau trophique sur un autre doit prendre en
compte tous les niveaux trophiques qui tirent une partie de leur ressource du premier
niveau trophique. La complexité des liens entre herbivores, producteurs primaires et
décomposeurs due au recyclage des éléments chimiques ne permet pas d’étudier
l’herbivorie ou la décomposition de façon détachée du reste du réseau trophique.
J’ai espoir que les approches expérimentales et théoriques développées dans ce
travail de thèse serviront de base à des études plus intégrées des interactions
stoechiométriques à l’échelle des écosystèmes.
Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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