Problématique :

Les mangroves sont des communautés végétales forestières, spécifiques aux zones côtières abritées, aux estuaires et deltas des régions tropicales et subtropicales (Saenger 2002, Duke 2006, FAO 2007). Ces écosystèmes présentent typiquement un gradient des conditions physico-chimiques (salinité, pH, oxygénation du sédiment) le long de l’estran, et par conséquent, une zonation des espèces le long du gradient intertidal, en fonction des adaptations physiologiques de ces dernières. De par le monde, les mangroves couvrent 138 000 km², sur environ 118 pays et territoires (Giri et al. 2011). Ces forêts intertidales se trouvent en bordure des plus grandes communautés humaines du monde, dont la subsistance dépend en grande partie des ressources halieutiques que ces écosystèmes pourvoient (Rönnbäck 1999, Barbier 2000). Les mangroves protègent égalent les lignes côtières des vagues et du vent, et prévient l’érosion (Danielsen et al. 2005, Dahdouh-Guebas et al. 2005, Gedan et al. 2011). De plus, les mangroves constituent un piège pour les sédiments, et agissent ainsi comme un filtre important pour les eaux usées et les éléments toxiques, prévenant ainsi la dégradation de la qualité des eaux côtières (Harbison 1986, Lacerda 1998, Furukawa et al. 1997, Marchand et al. 2011, b, 2012). Enfin, de nombreuses études (voir par exemple Twilley et al. 1992, Kristensen et al. 2008, Bouillon et al., 2008, Donato et al. 2011) ont démontré l’importante capacité des mangroves à séquestrer le carbone, décuplant ainsi l’intérêt de la communauté scientifique pour cet écosystème. Les mangroves fixent en effet à peu près de 11.1 Mg de carbone par ha et par an par le biais de la photosynthèse (Alongi 2009), avoisinant ainsi la production primaire nette des forêts tropicales terrestres (Alongi 2014).
Alors qu’une partie de cette matière fixée transite vers les écosystèmes adjacents, une quantité importante reste piégée dans les sols des mangroves, où le manque d’oxygène de ces sédiments fréquemment inondés ralentit le processus de dégradation de la matière organique. C’est ainsi un total de 956 tonnes de carbone ha-1 qui résident dans les sols de mangroves, soit environ quatre fois plus que dans les forêts tropicales humides (241 tonnes de carbone ha-1). Une grande partie de ce stock provient directement des 68 Tg de litière restituée par les palétuviers au sol chaque année, dont 40 Tg restent dans l’écosystème. Les processus de sénescence et de la dégradation de cette litière jouent donc un rôle prépondérant sur la matière stockée par les mangroves, mais aussi sur la remise en circulation des éléments nutritifs dans le cours de leur cycle biogéochimique. La production primaire nette des mangroves est en grande partie fonction du recyclage de la matière organique et des nutriments dans l’écosystème afin que ceux-ci soient disponibles pour la nutrition des plantes (Feller 1995, McKee et al. 2002).
La Nouvelle Calédonie abrite la deuxième plus grande barrière récifale au monde, classée patrimoine mondial par Unesco, et abrite de nombreuses espèces endémiques. La mangrove constitue ainsi un écosystème tampon entre cette biodiversité unique et les eaux terrestres provenant des deux premières activités d’exportation de l’île : la crevetticulture et les effluents riches en métaux (Ni, Co, et Cr) provenant des importants massifs miniers exploités en amont des bassins versants. L’évaluation des impacts de ces activités anthropiques sur la capacité des palétuviers à stocker et à restituer les métaux de transition et les nutriments au sol, et donc en partie aux écosystèmes adjacents, est donc de premier intérêt.

Objectif général et questions de recherche traitées :

Le sujet de master proposé se déroulera dans le cadre d’une thèse de doctorat axée sur l’impact des pressions anthropiques sur les traits fonctionnels et la croissance des palétuviers en climat semi-aride (Nouvelle Calédonie).

L’objectif général du stage sera de caractériser l’impact des différentes pressions anthropiques (métaux, effluents de bassins aquacoles) sur la qualité de la litière arrivant au sol, et sur la vitesse de dégradation de cette matière organique à la surface du sol forestier sous climat semi-aride.
Les questions spécifiques auxquelles nous souhaitons répondre durant ce stage sont les suivantes :

– De quelle façon les différentes pressions anthropiques étudiées (apports de métaux d’une part, et de nutriments de l’autre) modulent-elles la résorption des nutriments précédant la sénescence foliaire, et ainsi la qualité de la litière restituée au sol ?

– Sous climat aride, un milieu riche en nutriments induit-il une plus faible résorption des nutriments avant la sénescence, et donc une restitution de ces nutriments au sol plus rapide ?

– Une litière plus riche en métaux implique-t-elle une dégradation plus lente à la surface des sédiments ? A l’inverse, une litière riche en nutriments induit-elle une dégradation plus rapide ?

L’étude porte également sur la comparaison de ces impacts entre les différents genres de la communauté forestière de la mangrove, distribués le long du gradient intertidal : le genre Avicennia, localisé dans la partie supérieure de l’estran, près des marais salants, encore appelés tannes, et Rhizophora, qui occupe généralement la partie inférieure du gradient intertidal.

Si souhaité, l’étudiant(e) sélectionné(e) pourra également mettre en relation les résultats obtenus avec différents paramètres environnementaux déjà récoltés sur les différents sites d’étude (distances aux réseaux hydriques, topographie, granulométrie, pH, potentiel d’oxydo-réduction, salinité, concentrations des sédiments en éléments).

Actions proposées et méthodologies :

Cette étude sera réalisée sur deux sites dépourvus d’impact anthropique direct en Baie de Saint Vincent, en Province Sud de la Nouvelle Calédonie, et dans la mangrove du cœur de Voh en Province Nord. Le site impacté par la crevetticulture se trouve également en Baie de Saint Vincent, tandis que le site en bordure de massif minier est situé à Vavouto, en Province Nord.

Dans chaque site d’étude, des feuilles sénescentes seront récoltées, séchées et pesées, avant d’être remises à la surface des sédiments dans des sacs à litière, le long de transects, parallèles au gradient intertidal. Ces sacs à litière seront relevés après 7, 14, 60 jours. La perte en matière sèche sera ensuite directement pesée en laboratoire. L’étudiant procèdera également à des mesures de nutriments majeurs, mineurs et de métaux de transition par ICP_OES, d’azote total par la méthode de Kjeldhal, et de concentration en carbone par combustion en laboratoire sur du matériel frais et sénescent, déjà récolté dans chaque site d’étude. Ces analyses se dérouleront au Laboratoire des Moyens Analytiques de l’Institut de Recherche pour le Développement de Nouméa, où une formation sera donnée au candidat sélectionné.

Modalités pratiques:

Le stage pourra débuter à partir de février ou mars 2016, pour une durée de 4 à 6 mois. Il sera effectué au Centre IRD de Nouméa. Le financement des analyses et des missions sera assuré par le projet. Une indemnité mensuelle, selon le montant de gratification légal applicable à ce moment là, sera également prise en charge par les financements du laboratoire.

Responsables scientifiques :

– Cyril Marchand (CR, IRD)
Centre IRD Vietnam
Tel.: +687 26 07 73
E-mail : [email protected]

– Carine Bourgeois (PhD student Auckland University of Technology et IRD Nouméa Nouvelle-Calédonie)
Centre IRD de Nouméa
Tél : +687 512 943
E-mail : [email protected]

Références :

Alongi, D. M. (2009). The energetics of mangrove forests. Springer: 216pp.
Alongi, D. M. (2014). Carbon cycling and storage in mangrove forests. Annual review of marine science, 6, 195-219.
Barbier, E. B. (2000). Valuing the environment as input: review of applications to mangrove-fishery linkages. Ecological Economics, 35(1), 47-61.
Bouillon, S., Borges, A. V., Castañeda-Moya, E., Diele, K., Dittmar, T., Duke, N. C., Kristensen, E., Lee, S. Y., Marchand, C., Middelburg, J. J., Rivera-Monroy, V. H., Smith III, T.J., and Twilley, R. R. 2008. Mangrove production and carbon sinks: a revision of global budget estimates. Global Biogeochemical Cycling

Dahdouh-Guebas, F., Jayatissa, L.P., Di Nitto, D., Bosire, J.O., Lo Seen, D. & Koedam, N. (2005) How effective were mangroves as a defense against the recent tsunami? Current Biology, 15: R443–R447.
Danielsen, F., Sorensen, M.K., Olwig, M.F., Selvam, V., Parish, F., Burgess, N.D., Hiraishi, T., Karunagaran, V.M., Rasmussen, M.S., Hansen, L.B., Quarto, A. & Suryadiputra, N. (2005). The Asian tsunami: a protective role for coastal vegetation. Sciences, 310(5748): 643.
Duke, N. C. (2006a). Australia’s mangroves: the authoritative guide to Australia’s mangrove plants. MER. 200pp.
FAO, 2007. The world’s mangroves 1980-2005. FAO Forestry Paper 153. Food and Agricultural Organization, Rome, Italy. 77 pp.
Feller, I. C. (1995). Effects of nutrient enrichment on growth and herbivory of dwarf red mangrove (Rhizophora mangle). Ecological monographs, 477-505.
Furukawa, K., Wolanski, E., & Mueller, H. (1997). Currents and sediment transport in mangrove forests. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 44(3): 301-310.
Gedan, K. B., Kirwan, M. L., Wolanski, E., Barbier, E. B., & Silliman, B. R. (2011). The present and future role of coastal wetland vegetation in protecting shorelines: answering recent challenges to the paradigm. Climatic Change, 106(1):7-29.
Giri, C., Ochieng, E., Tieszen, L.L., Zhu, Z., Singh, A., Loveland, T., & Duke, N. (2011). C. Status and distribution of mangrove forests of the world using earth observation satellite data. Global Ecology and Biogeography, 20:154-159.
Harbison, P. (1986). Mangrove muds—a sink and a source for trace metals. Marine Pollution Bulletin, 17(6): 246-250.
Kristensen E., Bouillon, S., Dittmar, T., Marchand, C.2008. Organic carbon dynamics in mangrove ecosystem, a review. Aquatic Botany

Lacerda, L. D. (1998). Trace metals biogeochemistry and diffuse pollution in mangrove ecosystems. ISME Mangrove ecosystems occasional papers, 2, 1-61.
Marchand, C., Allenbach, M., & Lallier-Vergès, E. (2011). Relationships between heavy metals distribution and organic matter cycling in mangrove sediments (Conception Bay, New Caledonia). Geoderma, 160(3), 444-456.
Marchand, C., Fernandez J.M., Moreton B., Landi L., Lallier-Vergès E., Baltzer F. (2012). The partitioning of transitional metals (Fe, Mn, Ni, Cr) in mangrove sediments downstream of a ferralitized ultramafic watershed (New Caledonia). Chemical Geology, 300, 301: 70–80.
McKee, K. L., Feller, I. C., Popp, M., & Wanek, W. (2002). Mangrove isotopic (δ15N and δ13C) fractionation across a nitrogen vs. phosphorus limitation gradient. Ecology, 83(4), 1065-1075.
Rönnbäck, P. (1999). The ecological basis for economic value of seafood production supported by mangrove ecosystems. Ecological Economics, 29(2), 235-252.
Saenger, P. (2002). Mangrove ecology, silviculture and conservation. Springer. 363pp.

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