From pollinators monitoring and their interactions to the pollination services in agricultural environments: the influence of cultivated fields
Du suivi des pollinisateurs et de leurs interactions au service de pollinisation en milieu agricole : influence des champs cultivés
Résumé
Animal pollination is essential for the production of 70% of the world's crops. This contribution to crop yields is often associated with the diversity and abundance of pollinators within crops. Pollinator diversity and abundance are often impacted by the landscape, which, depending on its composition, provides spatially and temporally varying amounts of floral resources. Despite the predominance of cultivated fields in agricultural systems, the impact of landscape factors related to cultivated fields remains relatively undocumented, unlike semi-natural habitats. In addition, the life cycle of pollinators suggests that landscape effects can be carried over from year to year. The overall objective of this thesis is to investigate the links between cultivated field effects, pollinator monitoring and crop pollination services. This work is based on the analysis of plant-pollinator interaction networks and the development of an acoustic pollinator monitoring method to study the pollination service and the underlying mechanisms. First, we quantified the contribution of different floral resources from the previous year's cultivated fields to the pollination services of oilseed rape. We show that oilseed rape depends mostly on other floral resources rather than on itself for the maintenance of pollinator species delivering the pollination services. The contribution of crop weeds is at least as important as that from mass-flowering crops. Most of this contribution comes from weeds within cereal fields, which are usually neglected in pollination services studies. In a second step, we investigated whether acoustic pollinator monitoring could be a method to study the pollination services of sunflower. We show that deep learning appears to be the most effective machine learning method for recognizing the sound emitted by pollinators and that the acoustic pollinator monitoring method provides information consistent with the literature on pollinator biology. We also demonstrate that this method of monitoring pollinators, because of its temporal continuity, allows to get rid of some biases inherent to classical methods and thus allows to highlight subtle landscape effects. In conclusion, our work highlights the importance of cultivated fields in pollination services studies. We demonstrate that changes in cropping patterns and practices within cultivated fields, including fields where crops are not pollinator-dependent, can have a significant impact on the pollination services of crops. Although many technical and methodological developments remain to be developed, we show that acoustic monitoring is a promising method for monitoring pollinators in pollination services studies. Finally, we discuss the links between pollination proxies from pollinator monitoring and pollination services.
La pollinisation par les animaux est essentielle pour la production de 70% des cultures mondiales. Cette contribution aux rendements des cultures est souvent associée à la diversité et à l’abondance des pollinisateurs au sein des cultures. Diversité et abondance des pollinisateurs sont souvent impactées par le paysage qui, en fonction de sa composition, fournit des quantités de ressources florales qui varient spatialement et temporellement. Malgré la prédominance des champs cultivés dans les systèmes agricoles, l'impact des facteurs paysagers liés aux champs cultivés reste assez peu documenté contrairement aux habitats semi-naturels. De plus, le cycle de vie des pollinisateurs suggère que les effets du paysage peuvent se répercuter d’une année sur l’autre. L’objectif général de cette thèse est d’étudier les liens entre effets des champs cultivés, suivi des pollinisateurs et service de pollinisation des cultures. Ce travail repose sur l’analyse de réseaux d’interactions plantes-pollinisateurs et le développement d’une méthode de suivi acoustique des pollinisateurs pour étudier le service de pollinisation et les mécanismes sous-jacents. Dans un premier temps, nous avons quantifié la contribution de différentes ressources florales des champs cultivés de l’année précédente au service de pollinisation du colza. Nous montrons que le colza dépend en majorité des autres ressources florales plutôt que de lui-même pour le maintien des espèces de pollinisateurs délivrant le service de pollinisation. La contribution de la flore adventice des cultures est au moins aussi importante que celle provenant des cultures à floraison massive. La majeure partie de cette contribution provient des adventices présentes au sein des parcelles des céréales, habituellement négligées dans les études sur le service de pollinisation. Dans un deuxième temps, nous avons cherché à déterminer si le suivi acoustique des pollinisateurs pouvait être une méthode permettant d’étudier le service de pollinisation du tournesol. Nous montrons que l’apprentissage profond semble être la méthode d’apprentissage machine la plus efficace pour reconnaître le son émis par les pollinisateurs et que la méthode de suivi acoustique des pollinisateurs donne des informations en adéquation avec la littérature sur la biologie des pollinisateurs. Nous démontrons également que cette méthode de suivi des pollinisateurs, de par sa continuité temporelle, permet de s’affranchir de certains biais inhérents aux méthodes classiques et permet ainsi de mettre en évidence des effets paysagers subtils. En conclusion, notre travail permet de souligner l’importance des champs cultivés dans le cadre des études sur le service de pollinisation. Nous démontrons que des modifications de l’assolement et de pratiques au sein des champs cultivés, y compris dans les champs dont les cultures ne dépendent pas des pollinisateurs, peuvent avoir un impact important sur le service de pollinisation des cultures. Bien que de nombreux développements techniques et méthodologiques restent à mettre au point, nous montrons que le suivi acoustique est une méthode prometteuse pour le suivi des pollinisateurs dans le cadre des études sur le service de pollinisation. Enfin, nous discutons des liens entre les proxys de pollinisation issus des suivis de pollinisateurs et le service de pollinisation.
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