Functioning and structure of aquatic ecosystems in response to anthropogenic bottom-up and top-down disturbances | Fonctionnement et structure des écosystèmes aquatiques en réponse aux perturbations anthropiques de type bottom-up et top-down

Inglés. Human activities regularly amplify or interfere with top-down and bottom-up forcing on ecosystems. However, the communities' response to these disruptions remains poorly understood. My thesis aims to measure the effects of top-predators and nutrients on the structure and functioning of experimental aquatic ecosystems. I studied in 9.5 m³ pelagic mesocosms the effect of top-down forcing induced by two fish species. I show that these changes in top-predators are accompanied by a profound reorganization of the structure of the planktonic food web. Reorganizations depend in part on the size of organisms and their anti-predatory behaviour, but phylogeny is the most effective way to predict zooplankton response to fish and the resulting cascading effects. I also studied the response to bottom-up forcing by adding phosphorus and nitrogen in 750 m³ macrocosms including a vegetated littoral area. I show that the addition of nutrients has had a significant effect on the biomass of primary producers (biofilm, littoral macrophytes), that the additions induce a higher abundance of juveniles perch but the zooplankton biomass is not modified. The stoichiometry of organisms and bacterial activity were only slightly changed by enrichment. These results suggest that the effects of bottom-up forcings in pelagic environments are well predicted by food chain theory, but at the scale of complex ecosystems, macrophytes and biofilm can strongly reduce the response to enrichment.

Francés. Les activités humaines amplifient ou interfèrent régulièrement avec les forçages « top-down » et « bottom-up » sur les écosystèmes. Pourtant, la réponse des communautés à ces perturbations reste mal comprise. Ma thèse a pour objet de mesurer les effets des top-prédateurs et des nutriments sur la structure et le fonctionnement d’écosystèmes aquatiques expérimentaux. J’ai étudié dans des mésocosmes pélagiques de 9,5 m³ l’effet d’un forçage top-down induit par deux espèces de poissons. Je montre que ces changements de top-prédateurs s’accompagnent d’une réorganisation profonde de la structure du réseau trophique planctonique. Les réorganisations dépendent en partie de la taille des organismes et de leur comportement antiprédateur, mais c’est la phylogénie qui permet le plus efficacement de prédire la réponse du zooplancton aux poissons et les effets en cascade qui en découlent. J’ai également étudié la réponse à un forçage bottom-up par ajouts de phosphore et d’azote dans des macrocosmes de 750 m³ incluant une zone littorale végétalisée. Je montre que l’ajout de nutriments a eu un effet marqué sur la biomasse des producteurs primaires (biofilm, macrophytes littoraux), que les ajouts induisent une abondance plus forte de juvéniles de perche mais la biomasse du zooplancton n’est pas modifiée. La stœchiométrie des organismes et l’activité bactérienne n’ont été que peu changées par l’enrichissement. Ces résultats suggèrent que les effets des forçages bottom-up dans les milieux pélagiques sont bien prédits par la théorie des chaînes trophique mais, à l’échelle d’écosystèmes complexes, les macrophytes et le biofilm peuvent fortement atténuer la réponse à l’enrichissement.