Variabilité de traits au sein et entre populations de plantes dans un contexte de restauration de pelouses calcicoles

In Western Europe, abandonment of traditional forms of agriculture has caused the fragmentation of semi-natural grasslands, affecting ecosystems functioning as well as population survival. Habitat restoration has become a crucial aspect of grasslands conservation, and one of the main issues is evaluating restoration success and setting appropriate criteria to do so. Indicators used to judge whether a restoration has been successful may concern a wide range of organisms. They may be defined at different geographical scales and may concern various levels of biodiversity organization. Among them, population parameters are less represented despite their usefulness. To consider restoration as a success, restored populations of targeted species should demonstrably possess characteristics allowing their dispersal, reproduction, growth and adaptation to the environment. In this thesis, the use of plant population parameters for evaluating grassland restoration was assessed based on a literature review. Then, the success of calcareous grassland restoration was determined regarding colonization of restored grasslands by five calcareous grasslands species; Helianthemum nummularium, Hippocrepis comosa, Potentilla tabernaemontani, Sanguisorba minor and Scabiosa columbaria. Population establishment and intra-specific functional trait variability in response to the environment were observed and compared among restored and reference populations of those species, through field inventories and in-situ traits measurements in calcareous grasslands of south Belgium. Moreover, a glasshouse experiment was set-up with the aim to evaluate the intra-specific variability in response to drought stress in reference populations of P. tabernaemontani. The results indicated that population parameters were less well studied for evaluating grassland restoration success compared to indicators related to ecosystems and communities. The population parameters used to assess the success of calcareous grassland restoration showed that the study species colonized restored sites and established new populations. The fitness of the restored populations was very high. High intra-specific trait variability was highlighted at a very local scale in the reference habitat. Individuals exhibited high leaf dry matter content (LDMC), low specific leaf area (SLA) and low vegetative height in relation to low soil depth and high potential incident radiation (PDIR). These environmental variables are possibly linked to the availability of soil moisture. Further, the relationship between traits and environmental variables was not always consistent in restored sites. However, the intra-specific variability of plant traits was similar in the reference and restored grasslands. Finally, the findings from the glasshouse experiment suggested that individuals originating from drier parts of calcareous grasslands better survive drought stress. The overall conclusion of this thesis is rather optimistic concerning restored populations of the five specialist plant species studied, specifically regarding their colonization, persistence and response to the environment or to potential climate change. The conclusions must, however, be modified depending on the reference ecosystem used as a model. This approach has to be integrated into a multi-scales and a multi-species approach to fully evaluate restoration outputs. Yet, this thesis has contributed to the understanding of population responsiveness to habitat restoration, as well as to the evaluation of restoration success of calcareous grasslands in Belgium.L’abandon des pratiques d’agriculture traditionnelle a mené au déclin des pelouses semi-naturelles en Europe de l’Ouest. S’en est suivie une fragmentation intense de ces habitats, qui affecte le fonctionnement des écosystèmes et des populations qui les composent. La restauration de ces pelouses est dès lors nécessaire et fait partie intégrante des stratégies de conservation de ces écosystèmes. Evaluer le succès de ces restaurations est un grand challenge et divers indicateurs peuvent être utilisés à cette fin. Ceux-ci concernent une grande variété d’organismes ainsi que diverses échelles géographiques et différents niveaux d’organisation de la biodiversité (individus, populations, communautés, écosystèmes). Parmi ces indicateurs, ceux qui concernent les populations semblent avoir été moins utilisés, malgré leur pertinence. Dans ce contexte, on peut considérer une restauration comme réussie lorsque les populations d’espèces ciblées sont capables de se disperser dans les zones restaurées, se reproduire, croitre et s’adapter aux changements de leur environnement. Dans le cadre de cette thèse, l’utilisation de paramètres populationnels pour jauger la réussite de restaurations de pelouses a été évaluée grâce à une revue de la littérature. Ensuite, le succès de restauration de pelouses calcicoles a été étudié dans le sud de la Belgique. Des populations de cinq espèces - Helianthemum nummularium, Hippocrepis comosa, Potentilla tabernaemontani, Sanguisorba minor et Scabiosa columbaria - ont été étudiées, en termes de colonisation des sites restaurés, d’établissement au sein de ces sites et de variabilité intra-spécifique de traits fonctionnels en réponse à l’environnement. Cela a été réalisé à l’aide d’inventaires de terrain dans des zones restaurées et des zones références de pelouses calcicoles. De plus, une expérience a été réalisée sous serre dans le but d’évaluer la variabilité intra-spécifique de la réponse au stress hydrique dans des populations de référence de P. tabernaemontani. Les résultats de cette thèse ont montré que pour évaluer des restaurations de pelouses, les paramètres populationnels ont été moins utilisés que les indicateurs relatifs aux communautés ou aux écosystèmes. L’utilisation d’une approche populationnelle pour évaluer le succès de restaurations de pelouses calcicoles en Belgique a démontré que les espèces étudiées étaient capables de coloniser les sites restaurés et d’y établir de nouvelles populations caractérisées par un très bon succès reproducteur. Sur les pelouses de référence, les populations des espèces étudiées étaient caractérisées par une très grande variabilité fonctionnelle intra-spécifique à l’échelle locale. Cette variabilité des traits était fortement liée aux paramètres de l’environnement. En effet, les individus sur sols peu profonds et soumis à un rayonnement solaire important étaient caractérisés par de faibles hauteurs végétatives, une « specific leaf area » (SLA) faible et un contenu de matière sèche dans les feuilles (LDMC) élevé. Ce lien entre les traits mesurés et leur environnement n’a pas été confirmé dans les pelouses restaurées. Par contre, la variabilité fonctionnelle intra-spécifique élevée qui caractérisait les populations de référence était similaire dans les populations restaurées. Enfin, les résultats de l’expérience réalisée en serre ont montré que les individus issus des zones les plus sèches des pelouses étaient davantage capables de survivre à un stress hydrique important. Les résultats de cette thèse sont optimistes concernant la restauration des populations des cinq espèces étudiées. Ces résultats doivent néanmoins être nuancés par rapport au choix des populations de référence. Cette approche mérite d’être intégrée dans une approche globale d’évaluation des restaurations de pelouses calcicoles, considérant différentes échelles géographiques et écologiques. Quoi qu’il en soit, ce travail contribue à l’évaluation du succès de restauration des pelouses calcicoles en Belgique et à la compréhension de la réponse des populations à la restauration de leur habitat