Impact du changement climatique sur les herbiers de
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Impact du changement climatique sur les herbiers de magnoliophytes marines Christine PERGENT-MARTINI Réseau d’écoles pratiques en environnement Gérardméditerranéen PERGENT – Professeur à l’ Université de Corse Qu’est ce qu’une magnoliphyte marine? Évolution des magnoliophyta 475 million années (Ordovicien) 60 / > 250 000 magnoliophytes 100 million années (Crétacé) Qu’est ce qu’une magnoliphyte marine? Évolution des magnoliophyta Conservation de plusieurs caractéristiques terrestres (Morphologie, anatomie, reproduction, ...) Posidonia oceanica : culture de méristème Eau de mer Forte mortalité Environment aérien (nutriments + agar-agar) Enrichissement en chlorophylle Apparition of jeunes feuilles (55 j.) Taux de survie > 4 mois (Caye, 1989) Classification des magnoliophytes 8Les Quelles règnes magnoliophytes d’eucaryotes magnoliphytes marines (2012) en dans Méditerranée? l’arbre du vivant Quelles sont les espèces les plus importantes ? Classification des magnoliophytes 8Les Magnoliphytes règnes magnoliophytes d’eucaryotes demarines Méditerranée (2012)dans l’arbre du vivant Quelles sont les espèces les plus importantes ? Zostera marina Méditerranée, Atlantique et Pacifique Morphologie Longues feuilles rubannées (L < 120 cm / l = 2-21 mm) limbe = 5-11 nervures, rhizome jaune à brun (2-5 mm épaisseur) Classification des magnoliophytes 8Les Magnoliphytes règnes magnoliophytes d’eucaryotes demarines Méditerranée (2012)dans l’arbre du vivant Quelles sont les espèces les plus importantes ? Zostera marina Distribution Disparue A confirmer Localités isolées Classification des magnoliophytes 8Les Magnoliphytes règnes magnoliophytes d’eucaryotes demarines Méditerranée (2012)dans l’arbre du vivant Quelles sont les espèces les plus importantes ? Zostera noltei Méditerranée et Atlantique Morphologie Feuilles rubannées (L < 40 cm / l = 1-2 mm) Apex arrondi Limbe = 3 nervures, rhizome brun (2 mm épaisseur) Classification des magnoliophytes 8Les Magnoliphytes règnes magnoliophytes d’eucaryotes demarines Méditerranée (2012)dans l’arbre du vivant Quelles sont les espèces les plus importantes ? Zostera noltei Distribution Localités isolées Classification des magnoliophytes Les 8 Magnoliphytes règnes magnoliophytes d’eucaryotes de Méditerranée marines (2012)dans du Quelles sont les espèces les plus l’arbre importantes vivant ?Cymodocea nodosa Mediterranean et Atlantique Morphologie A. Mrkvicka Feuilles rubannées (L < 30 cm / l = 2-4 mm). Apex dentelé, limbe = 7-9 nervures; rhizome brun rouge avec cicatrices foliaires continues Classification des magnoliophytes Les 8 Magnoliphytes règnes magnoliophytes d’eucaryotes de Méditerranée marines (2012)dans du Quelles sont les espèces les plus l’arbre importantes vivant ?Cymodocea nodosa Distribution Classification des magnoliophytes 8Les Magnoliphytes règnes magnoliophytes d’eucaryotes demarines Méditerranée (2012)dans l’arbre du vivant Quelles sont les espèces les plus importantes ? Halophila stipulacea Espèce Lesseptienne Morphologie Feuilles ovales (L = 3-6 cm / l = 4-8 mm). Pétiole bien développé (0.5 – 2 mm) Classification des magnoliophytes Les 8 Magnoliphytes règnes magnoliophytes d’eucaryotes de Méditerranée marines (2012)dans du Quelles sont les espèces les plus l’arbre importantes vivant Halophila stipulacea ? Distribution Signalisation antérieure à 1990 Signalisation depuis 1990 Classification des magnoliophytes Les 8 Magnoliphytes règnes magnoliophytes d’eucaryotes de Méditerranée marines (2012)dans du Quelles sont les espèces les plus l’arbre importantes vivant Posidonia oceanica ? Endémique de Méditerranée Morphologie Longues feuilles rubannées (L < 150 cm / l = 5-13 mm) limbe = 13-17 nervures, rhizome brun (6 à 10 mm épaisseur) Classification des magnoliophytes Les 8 Magnoliphytes règnes magnoliophytes d’eucaryotes de Méditerranée marines (2012)dans du Quelles sont les espèces les plus l’arbre importantes vivant Posidonia oceanica ? Distribution Classification des magnoliophytes 8Les Magnoliphytes règnes magnoliophytes d’eucaryotes demarines Méditerranée (2012)dans l’arbre du vivant Quelles sont les espèces les plus importantes ? 0 -10 -20 -30 -40 -50 Des “preferanda” différents et une sensibilité différente aux changements climatiques Classification des 8Les règnes magnoliophytes d’eucaryotes (2012)dans l’arbre Magnoliphytes demarines Méditerranée Pourquoi lesmagnoliophytes magnoliophytes sont du vivant Quelles sont les espèces les plus importantes ? Posidonia oceanica importantes? Quelles sont les espèces les plus importantes de Méditerranée? Espéces rares ou en danger/ intérêt économique Espèces protégées Statut particulier Classification des magnoliophytes magnoliophytes Les 8 Pourquoi règnes magnoliophytes d’eucaryotes les marines (2012)dans sontl’arbre du Quelles sont les espèces les plus importantes vivant importantes? ? 35 000 km² >10% Forêts de Méditerranée 25% Méditerranée (0-50 m) © Alberto GENNARI Classification des 8Les règnes magnoliophytes d’eucaryotes (2012)dans l’arbre Magnoliphytes demarines Méditerranée Pourquoi lesmagnoliophytes magnoliophytes sont du vivant Quelles sont les espèces les plus importantes Posidonia oceanica importantes? ? “Hot spot” de biodiversité 8% espèces 70% (0 à –50 m) Posidonia > 5 t/hectare + epiphytes > 10 t/hectare Protection /prédateurs Zone de « nourrissage » Frayères et nurseries © Mateo MICHELANGELO Intérêt commercial Richesse biologique Classification des 8Les règnes magnoliophytes d’eucaryotes (2012)dans l’arbre Magnoliphytes demarines Méditerranée Pourquoi lesmagnoliophytes magnoliophytes sont du vivant Quelles sont les espèces les plus importantes Posidonia oceanica importantes? ? Réduction de l’hydrodynamisme Piège à sédiment Transparence de l’eau Stabilisation du fond Protection du littoral Classification des magnoliophytes magnoliophytes Les 8 Pourquoi règnes magnoliophytes d’eucaryotes les marines (2012)dans sontl’arbre du Quelles sont les espèces les plus importantes vivant importantes? ? Valeur des services écosystèmiques (Costanza et al., 1997 – Nature) 19 000 $.ha-1.an-1 6 000 $.ha-1.an-1 2 000 $.ha-1.an-1 1 000 $.ha-1.an-1 Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Principales causes de régressions Mais aussi … Restructuration des rivages Gestion des ressources vivantes Rejets solides et liquide Plaisance et tourisme Introduction d’espèces exotiques Résilience des magnoliophytes Dépend des caractéristiques espèces & de leur capacité de recolonisation Elévation de la température Montée du niveau de la mer Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Anomalie climatique de 2003 2 – Périodes Température des eaux de surface 28 au 30 Juillet 2003 1 - Floraison généralisée Précoce : Juillet Double : Juillet et Septembre Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? 3 – Taux de floraison Avant 2003 Maximum enregistré = 11% (Iles Kerkennah) Corse (-10 m) : 18% 76 Fleurs /m² Sardaigne (-15m) : 58% Google Earth Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? 4 – Taux de fructification 5 – Dissémination Corse (-10 m) : 36% (Mars à Mai 2004) Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? A Nouvelle plante se développe sur le pédoncule floral Taux de survie plus élevée Faible dispersion p B f C r La pseudo-viviparité : Une nouvelle stratégie reproductive ? (Ballesteros et al., fp 2005) Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Impact de la température ? Régressions eaux superficielles (iles Baléares, Marba et al., 2010) Régression eaux profondes (Marseilles, Mayot et al., 2006) Evénements extrêmes Limite distribution P. oceanica Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Impact de la température? +1.4°C / 50 ans °C Tolérance thermique P. oceanica : 29.5°C (Celebi et al., 2006) Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Impact de la température? METU-IMS Turgutlar Ovacik Kizilliman Ali Cemal Gucu (Institute of Marine Sciences de Mersin) Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Impact de la température? (Celebi et al., 2006) Kızılliman (at 10m) Turgutlar (at 10m) 29,5 29 28,5 Temperature Temperature 28 27,5 27 26,5 26 25,5 25 24,5 24 06/08/05 11/08/05 16/08/05 21/08/05 26/08/05 31/08/05 05/09/05 10/09/05 15/09/05 30 29.5 29 28.5 28 27.5 27 26.5 26 25.5 25 24.5 24 06/08/05 11/08/05 16/08/05 21/08/05 26/08/05 31/08/05 05/09/05 10/09/05 15/09/05 Date Date IMS-Erdemli (at 10m) Ovacık (at 10m) 30 31 29.5 30.5 Temperature Temperature 29 28.5 28 27.5 27 30 29.5 29 28.5 26.5 28 26 27.5 25.5 06/08/05 11/08/05 16/08/05 21/08/05 26/08/05 31/08/05 05/09/05 10/09/05 15/09/05 Date 11/08/05 16/08/05 21/08/05 26/08/05 Date 31/08/05 05/09/05 10/09/05 Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Impact de la température? Limite d’extension / température Cirik (1991) 9 km Baie de Turgutlar (Celebi et al., 2006) Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Impact du niveau marin? RSP Corse (Pergent et al., 2015) Suivre l’état de conservation des herbiers de P. oceanica Evaluer la qualité de l’environnement (DCE, DCSMM) 2004-2008 0 20 km 2013 Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Impact du niveau marin? Sites Limites inférieures (Prof. / Evolution) Index de vitalité (Valeur/Evolution) BiPo index (Valeur/Evolution) Synthèse Macinaggio (ref) Cap Sagro (ref) Toga Arinella Bravone Favone (ref) Statut Très bon Bon Normal Médiocre Mauvais La Chiappa Lavezzi (ref) Progression Porto Pollo (ref) Stabilité La Parata Régression Sagone (ref) Porto (ref) Stareso (ref) Ile Rousse Canari Synthèse Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Impact du niveau marin? Régression significative de sites de référence Limite inférieure: Prof. de compensation Hyp. 1 : Elévation niveau de la mer Hyp. 2 : Oscillation Nord Atlantique 1870 - 2000 : +18 cm (+6 cm /1992) 2004 – 2013 : +2 cm (Ajaccio) Augmentation des précipitations Apports des fleuves côtiers Couverture nuageuse ( 2% http://w w w .cru.uea.ac.uk/~timo/datapages/naoi.htm (Pergent et al., 2015) Observations identiques dans plusieurs sites de Méditerranée Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Impact de l’acidification? Impact de l’acidification sur les organismes calcaires (Rhodobiontes et invertébrés) pH<7.8 Posidonia oceanica ne présente plus de Corallina sp. épiphytes C. Buia Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Conséquences sur l’écosystème? Diversité des espèces présentes (>8%) Espèces pionnières et climaciques Large spectre de conditions abiotiques Sensibilité différente aux pressions anthropiques /conditions de milieu une espèce peut remplacer une autre Substitution et changement a Espèces indigènes Cymodocea nodosa b Herbier à P. oceanica Montefalcone et al., 2010 Caulerpa prolifera Espèces exotiques Herbier dégradé Caulerpa taxifolia Caulerpa racemosa Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Conséquences sur l’écosystème? Complexité de l’habitat Complexité faible Halophila stipulacea Complexité intermédiaire Complexité élevée Cymodocea nodosa, Posidonia oceanica Zostera spp Complexité/diversité de l’habitat pourrait diminuer Pergent et al. (2014). Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Conséquences sur l’écosystème? Structure des peuplements Augmentation de la température des eaux de surface Modification de l’abondance relative d’espèces « proches » ( Augmentation des espèces à affinité « méridionale ») Serranus scriba Serranus cabrilla Extension des espèces du bassin oriental Colonisation par des espèces exotiques à affinité tropicale (espèces lessepsiennes) Pergent et al. (2014). Thalassoma pavo Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Conséquences sur l’écosystème? Modification des réseaux trophiques / effets « cascades » Prédominance de la « voie des herbivores » / « voie des détritivores » Pl ank ton of the Water col umn Spicara Chromi s Filter feeders on leaves Leaf epi phytes (MPOs) Posidonia oceanica leaves Amphipods, Ri ssoa, Jujubi nus Scorpaena, Conger Sarpa, Idotea, Paracentrotus, Pisa Diplodus Labrus, Sparus, Symphodus Amphipods, Isopods, Psammechinus Roots and rhi zomes Holothuria Jour Adult Fishes Leaving nurseries Detritus (dead leaves) Harmelin-Vivien, 1982 Endofauna (pol ychaeta, mollusks) The « ma e »: a si nk for carbon and nutrients Boudouresque et al. (2014). Pergent et al. (2014). Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Conséquences sur l’écosystème? Modification des réseaux trophiques - effets « cascades » Augmentation de la pression de broutage (Siganus spp., Sparisoma cretense) Renforcement de la « voie des herbivores » Sparisoma cretense Pergent et al. (2014). Augmentation des PI à fortes défenses chimiques antiherbivores (Caulerpa spp.) Renforcement de la « voie des détritivores » Atténuation des changement climatiques Classification des magnoliophytes Les 8 Impact règnes magnoliophytes dud’eucaryotes changement marines (2012) climatique dans l’arbre sur lesdu Quelles sont les espèces les plus importantes vivant magnoliophytes? ? Conséquences sur l’écosystème? Magnoliophytes marines : réduction de l’hydrodynamisme Situations « normales » : Protection du littoral Evènements extrêmes : Destruction des herbiers Capacité d’atténuation et changements climatiques Remplacement d’espèce à forte biomasse (P. oceanica, Z. marina) par des espèces « moins efficaces » (H. stipulacea, C. nodosa) Régression des espèces constituant des « banquettes » (P. oceanica) Pergent et al. (2014). Bilan Carbone bleu 55% Fixation du Carbone 45% Plancton 10% Végétation Végétation cotière < 0.5 % surface des océans >18% Fixation du carbone bleu 50 % Stockage du carbone bleu >40 % stockage Mangroves Nellemann et al., (2009) Prés-salés Herbiers Particularité de P. oceanica Surfaces occupées P. oceanica: 3.5 millions ha Fixation Carbone : >1 tonne .ha-1.a-1 Séquestration Carbone : >1 million tonnes.a-1 (Méditerranée) Stock Carbone (matte): >1 500 tonnes C.ha-1 Fixation Puits “It is apparent that P. oceanica is a unique seagrass in terms of the quantity of Organic Carbon that can be stored in its sediments” Jamaludin (2015) Modéle Recyclage ACCUMULATION FEUILLAGE Carbone inorganique Puits à court terme Carbone organique SEDIMENT M ATTE Puits à long terme Sequestration Puits à long terme Iles Méditerranénnes Corse 63 000 ha Posidonia / 350 000 habitants Fixation >30% émissions CO2 anthropique Stocks Totalité émission CO2 « Grand herbier de la plaine orientale » site NATURA 2000 (FR 9402014) >30% herbiers de Corse Baleares 67 000 ha Posidonia / 1 200 000 habitants Fixation 9% émissions CO2 anthropique Stocks 105 ans émission CO2 anthropique GoogleEarth Adapté de MacCord & Mateo (2010) Puits de carbone? Biguglia P. oceanica: 6 580 ha Aleria P. oceanica: 4 382 ha Intermatte Base de la Matte? Intermatte Intermatte calibration Biguglia (R2=0.83) Aleria (R2=0.98) 3,0 Field data (m) 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 Seismic profiles (ms) 2,500 3,000 Vitesse de propagation (célérité) Biguglia Biguglia Biguglia Biguglia Aleria 1 Aleria 2 Aleria 3 Aleria 4 Aleria 5 Aleria 6 Aleria 7 Aleria 8 Aleria 9 1 2 3 4 Field data (m) 1.85 1.97 2.30 1.15 2.10 1.91 1.66 2.34 2.40 1.80 1.60 2.00 1.70 Célérité moyenne: Seismic propagation (ms) 2.000 2.400 2.590 1.810 1.775 1.545 1.360 1.900 2.000 1.460 1.270 1.600 1.450 Celerity (m.s-1) 1850.0 1641.7 1776.1 1270.7 1690.5 1617.8 1638.6 1623.9 1666.7 1622.2 1587.5 1600.0 1705.9 Biguglia = 1635 m.s-1 Aléria = 1639 m.s-1 Epaisseur de la Matte (m) Biguglia Mean: 2.7 m Maximum: >8m Epaisseur de la Matte (m) Aleria Moyenne: 3.2 m Maximum: >13m Estuaire lagune de Diana - Fil d’Arena - Ronsignèse - Pietroni Carbon sequestration Biguglia (6 580 ha) Posidonia: 65 800 000 m2 Epaisseur Matte: 2.7 m Volume Matte: 177 660 000 m3 Stock Carbone : 18 M t Aleria (4 382 ha) Posidonia : 43 820 000 m2 Epaisseur Matte: 3.2 m Volume Matte: 140 224 000 m3 Stock Carbone: 14 M t NATURA 2000 (≈20 000 ha) Stock Carbon: 60 Mt Evaluation Carbon des mattes: 100 kg.m-3 selon Romero et al., 1994 ; Mateo et al., 2010 ; Serrano et al., 2012 Classification des magnoliophytes Les 8 règnes magnoliophytes d’eucaryotes marines (2012)dans l’arbre du Quelles sont les espèces les plus importantes Merci pour votre attention vivant ? 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