Benthic biodiversity evolution of subtidal mudflats of the Seine estuary in response to the sedimentary dynamic. From descriptive to functional approach.
Evolution de la biodiversité benthique des vasières subtidales de l'estuaire de la Seine en réponse à la dynamqiue sédimentaire. De l'approche descriptive à l'approche fonctionnelle.
Résumé
The temporal changes of benthic macrofauna in relation with the dynamic of sediments has been studied through a temporal hierarchical approach. The three selected temporal scales corresponded to three sedimentary events: (i) the pluri-annual silting-up of the Seine estuary, (ii) the seasonal sedimentary cover, and (iii) the short-term sediment reshuffling processes induced by the macrotidal regime. First, this study displayed a strong spatial variability between the upstream and downstream parts of the Seine estuary. The downstream part was characterized by rich, highly diversified and stable benthic communities, in contrast to upstream where benthic communities were less diverse. Indeed, the upstream species composition underlined the ecotonal characteristic of this area, and its unclear and fluctuating boundaries revealed a highly temporal variability in the structure of these communities. In addition, results showed a weak influence of the sediment dynamic on the variability of benthic communities and highlighted the difficulty to estimate a relationship between macrofauna and sediment when the different sedimentary types are defined solely on particle sizes.
To assess the role of benthic communities on the geochemical ecosystem functioning, the contribution of these organisms to biogeochemical processes at the water-sediment interface has been studied through the estimation of irrigation fluxes. The strong correlation found between oxygen fluxes and macrofauna descriptors indicate that oxygen fluxes appeared to be a better indicator of benthic macrofauna activities than the measured ammonia fluxes. Nevertheless, depending on macrofauna descriptors (i.e. species richness, trophic guilds, bioturbation groups), three distinct « diversity-functioning » hypotheses could be proposed for the Seine estuary: (i) idiosyncrasy, (ii) rivet-pop, and (iii) diversity-stability. It is therefore difficult to establish a single law in the functioning of the macrobenthic compartment of the estuary.
Surprisingly, experimental studies carried out in mesocosms indicate a variable temporal response of macrofauna to sediment deposits. Indeed, whatever the nature, the thichness, the stability and residency time of the deposits were, the disturbance of the habitat significantly induced mortality in winter, whereas the survival of macrofauna was not threatened in spring-summer. The frequency of the sedimentary events undergone by the macrofauna at the mouth of the estuary might be responsible for its fitness and resilicence.
To assess the role of benthic communities on the geochemical ecosystem functioning, the contribution of these organisms to biogeochemical processes at the water-sediment interface has been studied through the estimation of irrigation fluxes. The strong correlation found between oxygen fluxes and macrofauna descriptors indicate that oxygen fluxes appeared to be a better indicator of benthic macrofauna activities than the measured ammonia fluxes. Nevertheless, depending on macrofauna descriptors (i.e. species richness, trophic guilds, bioturbation groups), three distinct « diversity-functioning » hypotheses could be proposed for the Seine estuary: (i) idiosyncrasy, (ii) rivet-pop, and (iii) diversity-stability. It is therefore difficult to establish a single law in the functioning of the macrobenthic compartment of the estuary.
Surprisingly, experimental studies carried out in mesocosms indicate a variable temporal response of macrofauna to sediment deposits. Indeed, whatever the nature, the thichness, the stability and residency time of the deposits were, the disturbance of the habitat significantly induced mortality in winter, whereas the survival of macrofauna was not threatened in spring-summer. The frequency of the sedimentary events undergone by the macrofauna at the mouth of the estuary might be responsible for its fitness and resilicence.
La variabilité temporelle de la macrofaune benthique en réponse à son environnement sédimentaire a été étudiée à travers une approche temporelle hiérarchisée, les trois échelles temporelles sélectionnées correspondant à trois constats sédimentologiques : (i) le comblement pluri-annuel de l'estuaire, (ii) la variabilité saisonnière de la couverture sédimentaire, et (iii) les remodelages sédimentaires induits par le système macrotidal. Cette étude a permis dans un premier temps de distinguer un faciès du peuplement des sables fins plus ou moins envasés, riche, diversifié et stable dans la zone la plus avale. En revanche, plus en amont, prennent place des faciès d'appauvrissement dont les cortèges spécifiques soulignent le caractère écotonal de ces secteurs internes, et les frontières imprécises et fluctuantes témoignent d'une forte variabilité temporelle de leurs structures. Cette étude a dans un second temps, mis en évidence la faible influence de la dynamique sédimentaire sur celle des peuplements, soulignant ainsi la difficulté à évaluer les relations « faune - sédiment » sur le seul critère de la taille des particules.
En vue de comprendre les relations entre les peuplements macrobenthiques et le fonctionnement du système, la contribution de la faune aux processus géochimiques à l'interface eau-sédiment a été étudiée à travers l'estimation des flux d'irrigation d'ammonium et d'oxygène. Si les premiers sont apparus comme de mauvais marqueurs de l'activité macrobenthique, les seconds ont pu être corrélés aux caractéristiques de la macrofaune. Toutefois, selon les densités et les paramètres faunistiques considérés (richesse spécifique, régime trophique, type de bioturbation), trois hypothèses « diversité biologique – fonctionnement du système » peuvent s'appliquer à l'estuaire de la Seine (idiosyncrasie, rivet-pop et diversité-stabilité). Il est par conséquent difficile d'établir une loi unique de fonctionnement du compartiment macrobenthique de cet estuaire.
Les études expérimentales dévelopées en méscosmes ont montré de facon surprenante une réponse temporelle variable de la marofaune à des dépôts sédimentaires. En effet, quels que soient la nature, l'épaisseur, la stabilité et le temps de résidence des dépôts sédimentaires, la perturabation de l'habitat induit une mortalité significative de la macrofaune en période hivernale tandis qu'en période printano-estivale, sa survie n'est pas menacée. La fréquence des modifications sédimentaires que connaît la macrofaune de l'embouchure de l'estuaire de la Seine pourrait être à l'origine de sa réactivité et de ses capacités de résistance.
En vue de comprendre les relations entre les peuplements macrobenthiques et le fonctionnement du système, la contribution de la faune aux processus géochimiques à l'interface eau-sédiment a été étudiée à travers l'estimation des flux d'irrigation d'ammonium et d'oxygène. Si les premiers sont apparus comme de mauvais marqueurs de l'activité macrobenthique, les seconds ont pu être corrélés aux caractéristiques de la macrofaune. Toutefois, selon les densités et les paramètres faunistiques considérés (richesse spécifique, régime trophique, type de bioturbation), trois hypothèses « diversité biologique – fonctionnement du système » peuvent s'appliquer à l'estuaire de la Seine (idiosyncrasie, rivet-pop et diversité-stabilité). Il est par conséquent difficile d'établir une loi unique de fonctionnement du compartiment macrobenthique de cet estuaire.
Les études expérimentales dévelopées en méscosmes ont montré de facon surprenante une réponse temporelle variable de la marofaune à des dépôts sédimentaires. En effet, quels que soient la nature, l'épaisseur, la stabilité et le temps de résidence des dépôts sédimentaires, la perturabation de l'habitat induit une mortalité significative de la macrofaune en période hivernale tandis qu'en période printano-estivale, sa survie n'est pas menacée. La fréquence des modifications sédimentaires que connaît la macrofaune de l'embouchure de l'estuaire de la Seine pourrait être à l'origine de sa réactivité et de ses capacités de résistance.