Fonctionnement écologique de la Loire : étude isotopique [...]

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Fonctionnement écologique de la Loire : une étude isotopique sur les bases alimentaires des réseaux trophiques "Stable isotope analysis Loire" (SIAL) 6ème rendez-vous annuel entre la communauté scientifique et les gestionnaires du bassin de la Loire et ses affluents, le 25 octobre 2012 au Lycée LAFAYETTE à Clermont-Ferrand

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Fonctionnement écologique de la Loire : une étude isotopique sur les bases alimentaires des réseaux trophiques , « Stable isotope analysis Loire, SIAL » Karl Matthias Wantzen , Catherine Boisneau Nina Richard Université François Rabelais Olivier Coulon Agence de l'eau Loire Bretagne

Évolution des paradigmes:

Évolution des paradigmes Le bon état des écosystèmes Structures Restauration à un état Le fonctionnnement Dynamiques Support au fonctionnement et services rendus par l'écosystème

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Ecologie fonctionnelle des fleuves : Le monde abiotique : dynamiques de l'eau, sédiments, substances dissoutes, ... Biodiversité: les communautés biotiques et leurs stratégies ... Processus clés biologiques-chimiques : production et décomposition de la matière organique, cycles biogéochimiques ... Interactions entre les facteurs abiotiques et les organismes et les activités humaines Cible : Fournir des solutions scientifiques pour un aménagement des fleuves qui maintient le fonctionnement écologique et la biodiversité

Corridors fluviaux: connectivité dans 3 dimensions:

Corridors fluviaux: connectivité dans 3 dimensions Piégay & Schumm 2003

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Le 'Flood Pulse Concept' (FPC) Junk et al CJF 1989, Junk & Wantzen FAO 2004 cycle hydrologique: inondation - secheresse structure des habitats productivité biodiversité potentiel usage humain

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'Concordance/discordance' du “pulse” d'inondation avec les traits d’histoire de vie Discordance: "Fenêtre de susceptibilité": sécheresse hors temps  mortalité des espèces aquatiques inondation hors temps  mortalité des espèces terrestres Concordance: "Fenêtres d'opportunité": utilisation des ressources produits dans la zone inondable e.g. création des frayères (e.g. breme, brochet, carpe)

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Fonctionnement écologique de la Loire : « Stable isotope analysis Loire, SIAL »

Questions à répondre: :

Questions à répondre: Impact anthrophique? Quelle base(s) alimentaire pour les réseaux trophiques ? Localisation de la base alimentaire? ( lit mineur ou zone inondable ) Saisonalité annuelle? Changements produits par les espèces invasives ?

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Travaux prévus dans SIAL A - Echantillonnage longitudinal: " ligne de base isotopique " probables sites de l'entrée de pollution (isotopes de l'azote) B - Echantillonage temporel et transversal: sur 14 mois, 1 site lit mineur vs. zone inondable C – Experimentation sur les corbicules : Taux de filtration des corbicules Taux d'incorporation du carbone

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Travaux prévus dans SIAL : A - Dimension longitudinale  11 points d’échantillonnage dans la Loire entre chaque confluence  11 points dans les affluents,  11 points dans la Loire en aval de chaque affluent Sur chacun des 33 points, 3 répliquas seront prélevés dans 5 types : ( a) bivalves, ( b) gastéropodes, ( c) seston phytoplanctonique , ( d) biofilm, ( e ) POM

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Travaux prévus dans SIA ( B) échelles temporelle et transversale  1 point dans le lit mineur du fleuve,  1 point dans un bras secondaire L’échantillonnage tous les deux mois durant 14 mois ( 7 dates) Sur chacun des 2 points, 5 répliquas seront prélevés dans 6 types : (a) bivalves, ( b) gastéropodes, ( c) seston phytoplanctonique , ( d) biofilm, ( e) POM, ( f) macrophytes. pour le lit mineur. Dans le bras secondaire, en sus, ( g) plantes terrestres ( f) poissons .

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Travaux prévus dans SIAL : C -Experimentation sur les corbicules (C) expériences en laboratoire sur les taux de filtration et sur l’incorporation de différentes sources de carbone  5 répliquas  3 sources de signature isotopique différentes  5 temps d’échantillonnage

Analyse des isotopes stables (SIA):

Analyse des isotopes stables (SIA)

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Les isotopes varient dans la composition du noyau de l'atome. Utilisant un spectromètre des masses, on peut les quantifier. Carbon-12 (6P + 6 N) Carbon-13 (6P + 7 N) protons electrons neutrons

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Plus lourd - plus rare Element Isotopes Abundance Hydrogen 1 H, 2 H 1 H = 99.985% 2 H = 0.015% Carbon 12 C, 13 C 12 C = 98.89% 13 C = 1.11% Nitrogen 14 N, 15 N 14 N = 99.633% 15 N = 0.366% Oxygen 16 O, 17 O, 18 O 16 O = 99.759% 17 O = 0.037% 18 O = 0.204% Sulfur 32 S, 33 S, 34 S, 36 S 32 S = 95.00% 33 S = 0.76% 34 S = 4.22% 36 S = 0.014%

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Transfert des isotopes à travers la chaine alimentaire

L'approche des isotopes stables permet d'identifier les sources d'alimentation et des niveaux trophiques:

L'approche des isotopes stables permet d'identifier les sources d'alimentation et des niveaux trophiques d 15 N (‰) 5 10 Top predator Primary consumer Secondary consumer higher trophic level lower trophic level more 15 N less 15 N Rick Doucett, www4.nau.edu/cpsil + 3.4 d 15 N + 0.1 -1 d 13 C d 13 C(‰)

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Résultats prévus et ses applications identification des bases alimentaires des réseaux trophiques dans la Loire et dans les annexes l’importance des palourdes invasives (Corbicula) sur le phytoplancton  l’aménagement de la qualité de l’eau positionnement des principales sources diffuses de la pollution  la priorisation des activités pour la réduction de la pollution analyses sur dimension temporelle - transversale  importance des annexes hydrauliques pour les réseaux trophiques  amenagement la création d’une base « background isotopique »  base pour études futures

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Fonctionnement écologique de la Loire : une étude isotopique sur les bases alimentaires des réseaux trophiques, « Stable isotope analysis Loire, SIAL » Olivier Coulon Agence de l'eau Loire Bretagne

Evolution des concentrations moyennes en chlorophylle a:

Evolution des concentrations moyennes en chlorophylle a Une baisse sensible amorcée depuis les années 2000

Evolution des concentrations moyennes en phosphore:

Evolution des concentrations moyennes en phosphore L’effet de la déphosphatation dans les stations d’épuration

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Une évolution sensible depuis 2005, effet sur les biomasses phytoplanctoniques

Merci de votre attention et de vos questions!:

Merci de votre attention et de vos questions!

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Les moins chargés sont stable , les 'surchargés' sont radioactives (on ne les traite pas ici) Carbon-12 (6P + 6N) Carbon-13 (6P + 7N) Carbon-14 (6P + 8N) Stable isotopes Radioactive isotope Rick Doucett, www4.nau.edu/cpsil

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