A large body of research shows that biodiversity loss can reduce ecosystem functioning. However, much of the evidence for this relationship is drawn from biodiversity–ecosystem functioning experiments in which biodiversity loss is simulated by randomly assembling communities of varying species diversity, and ecosystem functions are measured. This random assembly has led some ecologists to question the relevance of biodiversity experiments to real-world ecosystems, where community assembly or disas- sembly may be non-random and influenced by external drivers, such as climate, soil conditions or land use. Here, we compare data from real-world grassland plant communities with data from two of the largest and longest-running grassland biodiversity experi- ments (the Jena Experiment in Germany and BioDIV in the United States) in terms of their taxonomic, functional and phylogenetic diversity and functional-trait composition. We found that plant communities of biodiversity experiments cover almost all of the multivariate variation of the real-world communities, while also containing community types that are not currently observed in the real world. Moreover, they have greater variance in their compositional features than their real-world counterparts. We then re-analysed a subset of experimental data that included only ecologically realistic communities (that is, those comparable to real-world communities). For 10 out of 12 biodiversity–ecosystem functioning relationships, biodiversity effects did not differ significantly between the full dataset of biodiversity experiments and the ecologically realistic subset of experimental commu- nities. Although we do not provide direct evidence for strong or consistent biodiversity–ecosystem functioning relationships in real-world communities, our results demonstrate that the results of biodiversity experiments are largely insensitive to the exclu- sion of unrealistic communities and that the conclusions drawn from biodiversity experiments are generally robust.
Titre de l'article
Les résultats des expérimentations biodiversité-fonctions écosystémiques sont réalistes
Les résultats des expérimentations biodiversité-fonctions écosystémiques sont réalistes
Introduction à l'article
Un des débats les plus anciens en écologie concerne la différence entre les études en milieux contrôlés ou en milieux naturels et l’application des uns dans les autres reste controversée. En effet, le design expérimental (par exemple un assemblage aléatoire) peut donner des propriétés fonctionnelles qui n'existent pas en milieu naturel. Ces discordances sont généralement attribuées à des facteurs environnementaux ou biotiques qui vont modifier le fonctionnement des écosystèmes et annuler ou confondre les effets de la diversité, qui sont alors découplés, alors que couplés dans la nature. Les auteurs se posent ainsi deux questions : 1) A quel point les communautés de plantes dans les expérimentations BEF (biodiversité-fonctions écosystémiques) ressemblent-elles à celles des vrais écosystèmes ? 2) Est-ce que des communautés irréalistes entraînent des conclusions différentes à l’expérimentation ?
Un des débats les plus anciens en écologie concerne la différence entre les études en milieux contrôlés ou en milieux naturels et l’application des uns dans les autres reste controversée. En effet, le design expérimental (par exemple un assemblage aléatoire) peut donner des propriétés fonctionnelles qui n'existent pas en milieu naturel. Ces discordances sont généralement attribuées à des facteurs environnementaux ou biotiques qui vont modifier le fonctionnement des écosystèmes et annuler ou confondre les effets de la diversité, qui sont alors découplés, alors que couplés dans la nature. Les auteurs se posent ainsi deux questions : 1) A quel point les communautés de plantes dans les expérimentations BEF (biodiversité-fonctions écosystémiques) ressemblent-elles à celles des vrais écosystèmes ? 2) Est-ce que des communautés irréalistes entraînent des conclusions différentes à l’expérimentation ?
Depuis ces vingt-cinq dernières années, nombreuses sont les recherches questionnant la relation biodiversité et fonctionnement des écosystèmes. Leur objectif était de chercher à comprendre en quoi une diminution de la biodiversité d’un écosystème peut moduler son fonctionnement et l’affecter. Cela a induit un grand nombre d’expériences visant à faire varier la biodiversité, ou la diversité sous toutes ses formes puis, d’observer les conséquences sur l’écosystème.
Les expériences menées sur les prairies excluaient les facteurs externes à la richesse spécifique de sorte qu’ils ne puissent pas impacter les écosystèmes. À l’issue de ces expérimentations, les résultats prépondérants étaient que la biodiversité affectait le fonctionnement des écosystèmes avec une relation positive mais saturante entre la diversité et la productivité des plantes. Ainsi, cet article cherche à savoir si les expérimentations menées sont réalistes par rapport à ce qu’il se passe réellement dans la nature.
Expériences de l'article
Les auteurs ont comparé la diversité taxonomique, fonctionnelle, phylogénétique, ainsi que les traits-fonctionnels, dans des communautés sauvages ainsi que dans deux expérimentations de grande échelle : Expérience Jena (Allemagne) et BioDIV (USA). Pour cela, le recouvrement spécifique aux espèces et les biomasses obtenues ont été transformés en abondance relative pour permettre les comparaisons, et les propriétés des communautés ont été investies. Ils ont ensuite défini des "espaces multidimensionnels propriété-communauté” (PCA). Suite à cela, ils ont éliminé les communautés irréalistes, c'est-à-dire dont le recouvrement dans l’espace multivarié est en dehors de l’espace occupé par les communautés naturelles. Ils ont ensuite fait des modèles linéaires pour tester les relations entre la biodiversité et 8 traits fonctionnels choisis (les dominants), pour le jeu de données complet et pour les groupes réalistes. Ils ont terminé par faire plusieurs analyses de sensibilité de leurs résultats.
Les chercheurs ont comparé les communautés de l'expérience de Jena avec celles des prairies agricoles de trois régions d'Allemagne, couvrant un large éventail de conditions de sites et d'intensités d'utilisation des terres. Les données issues de l’expérience de Cedar creek (USA) ont aussi été utilisées et comparées aux données des conditions naturelles. Pour chacune de ces communautés, ils ont étudié leur diversité taxonomique, phylogénétique et fonctionnelle ainsi que leur composition des traits fonctionnels.
Les premiers résultats leur ont permis de scinder les communautés expérimentales en deux sous-catégories : celles ressemblant le plus aux communautés réelles, dîtes « réalistes » et les autres, propres aux expérimentations (« irréalistes ») sur la base du recouvrement multivarié qu’occupaient les espèces, respectivement le même recouvrement ou non. Leurs analyses reposent principalement sur des ACP afin de comparer les différentes populations ou des analyses de sensibilité.
Les auteurs ont comparé la diversité taxonomique, fonctionnelle, phylogénétique, ainsi que les traits-fonctionnels, dans des communautés sauvages ainsi que dans deux expérimentations de grande échelle : Expérience Jena (Allemagne) et BioDIV (USA). Pour cela, le recouvrement spécifique aux espèces et les biomasses obtenues ont été transformés en abondance relative pour permettre les comparaisons, et les propriétés des communautés ont été investies. Ils ont ensuite défini des "espaces multidimensionnels propriété-communauté” (PCA). Suite à cela, ils ont éliminé les communautés irréalistes, c'est-à-dire dont le recouvrement dans l’espace multivarié est en dehors de l’espace occupé par les communautés naturelles. Ils ont ensuite fait des modèles linéaires pour tester les relations entre la biodiversité et 8 traits fonctionnels choisis (les dominants), pour le jeu de données complet et pour les groupes réalistes. Ils ont terminé par faire plusieurs analyses de sensibilité de leurs résultats.
Résultats de l'article
Les communautés expérimentales occupent un espace multivariée plus grand et donc comportent beaucoup plus de propriétés fonctionnelles que les communautés du vrai monde (mais propriétés équivalentes dans des sous-groupes expérimentaux). L'espace multivarié montre que 28% des plots à Jena et 77% à bioDIV sont réalistes. Sur 12 relations considérées, 4 changent significativement à l’élimination des communautés irréalistes (=contrainte). 31% des fonctions à Jena ont été perdues via un gradient de diversité tronqué. La correction de ce gradient rend ces relations significatives, c’est donc lui plus que la taille des échantillons qui affaiblit les relations. Les propriétés expliquant la fonction ne sont pas sensibles à la contrainte, ainsi, les relations des expérimentations ne sont pas biaisées par ces communautés irréalistes. Ils ont aussi noté que les plots expérimentaux sont insensibles aux choix méthodologiques, mais que les plots réalistes si.
Les résultats de cette expérience soulignent une plus grande variabilité de la composition des communautés expérimentales par rapport aux communautés retrouvées dans la nature, avec quelques associations qui n’étaient pas retrouvées dans le monde réel. De plus, les communautés expérimentales occupent un espace multivarié plus grand, donc les chercheurs en ont déduit qu’elles comportent beaucoup plus de propriétés fonctionnelles que les communautés du vrai monde (mais propriétés équivalentes dans des sous-groupes expérimentaux).
L'espace multivarié montre que 28% des parcelles à Jena et 77% à bioDIV sont réalistes lorsque l’on s’intéresse 12 propriétés des communautés. Enfin, globalement, les effets sur la biodiversité n’ont pas significativement différé entre l’ensemble des expériences in natura et le sous-ensemble expérimental réaliste, sur 10 des 12 relations entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes étudiées.
Les communautés expérimentales occupent un espace multivariée plus grand et donc comportent beaucoup plus de propriétés fonctionnelles que les communautés du vrai monde (mais propriétés équivalentes dans des sous-groupes expérimentaux). L'espace multivarié montre que 28% des plots à Jena et 77% à bioDIV sont réalistes. Sur 12 relations considérées, 4 changent significativement à l’élimination des communautés irréalistes (=contrainte). 31% des fonctions à Jena ont été perdues via un gradient de diversité tronqué. La correction de ce gradient rend ces relations significatives, c’est donc lui plus que la taille des échantillons qui affaiblit les relations. Les propriétés expliquant la fonction ne sont pas sensibles à la contrainte, ainsi, les relations des expérimentations ne sont pas biaisées par ces communautés irréalistes. Ils ont aussi noté que les plots expérimentaux sont insensibles aux choix méthodologiques, mais que les plots réalistes si.
Rigueur de l'article
Les auteurs de cet article sont auto-critiques et identifient eux-mêmes les limites de leur étude. Ils ont comparé les communautés par rapport à une gamme de fonctions relatives à la biodiversité, et indirectement aux fonctions écosystémiques rendues, ce qui leur a permis de limiter les biais liés aux choix méthodologiques (exclusion de certaines propriétés des communautés, calcul du chevauchement). Les résultats du recouvrement ont été robustes à d’autres méthodes d’analyses et à des données additionnelles. Les informations redondantes ont été réduites grâce à des facteurs d’inflation de variance (vif).
Les auteurs de cet article sont auto-critiques et identifient eux-mêmes les limites de leur étude. Ils ont comparé les communautés par rapport à une gamme de fonctions relatives à la biodiversité, et indirectement aux fonctions écosystémiques rendues, ce qui leur a permis de limiter les biais liés aux choix méthodologiques (exclusion de certaines propriétés des communautés, calcul du chevauchement). Les résultats du recouvrement ont été robustes à d’autres méthodes d’analyses et à des données additionnelles. Les informations redondantes ont été réduites grâce à des facteurs d’inflation de variance (vif).
Cet article semble rigoureux car il s’inscrit dans un cadre plutôt généraliste en étudiant une grande diversité de communautés de plantes associées à leurs propriétés. De plus, cet article compare les résultats obtenus dans les conditions réelles, aux résultats expérimentaux d’expériences menées sur le long terme. Les auteurs de cet article sont auto-critiques et identifient eux-mêmes les limites de leur étude. Ils ont comparé les communautés par rapport à une gamme de fonctions relatives à la biodiversité, et indirectement aux fonctions écosystémiques rendues, ce qui leur a permis de limiter les biais liés aux choix méthodologiques (exclusion de certaines propriétés des communautés, calcul du chevauchement). Les résultats du recouvrement ont été robustes à d’autres méthodes d’analyses et à des données additionnelles. Les informations redondantes ont été réduites grâce à des facteurs d’inflation de variance (vif).
Ce que cet article apporte au débat
Cet article s’éloigne légèrement de la controverse sur les relations diversité-stabilité, mais apporte cependant des éléments importants. En effet, de nombreuses études sur ces relations impliquent des designs expérimentaux, ainsi, les travaux concerant l’application de ce type d’étude sur des systèmes naturels sont absolument à considérer.
Cette étude confirme le réalisme des tests expérimentaux concernant la relation biodiversité et fonctionnement des écosystèmes en comparaison avec un environnement naturel. Ainsi, les résultats issus des expériences menées jusqu’alors peuvent être pris en compte et comparés au fonctionnement d’un écosystème in natura.
De plus, cet article souligne que les conditions environnementales d’un écosystème semblent conférer une plus grande importance à la composition fonctionnelle, qui serait un meilleur prédicteur du fonctionnement des écosystèmes que la richesse spécifique. Les auteurs tentent d’expliquer ce résultat en émettant qu’il puisse y avoir une covariance entre les facteurs environnementaux qui moduleraient le fonctionnement de l’écosystème, ce qui réduirait ou annulerait les effets de la biodiversité. Ainsi, ces article corrobore certains résultats énonçant un effet prépondérant de la diversité fonctionnelle sur les écosystèmes, au dépend de la richesse spécifique.
Cet article s’éloigne légèrement de la controverse sur les relations diversité-stabilité, mais apporte cependant des éléments importants. En effet, de nombreuses études sur ces relations impliquent des designs expérimentaux, ainsi, les travaux concerant l’application de ce type d’étude sur des systèmes naturels sont absolument à considérer.
Dernière modification il y a plus de 5 ans.