Thèse Année : 2024

Diversity of artificial nurseries in port areas and their trophic connectivity with adjacent ecosystems

Étude de la diversité des nurseries artificielles dans les zones portuaires et de leur connectivité trophique avec les écosystèmes adjacents

Résumé

Coastal development modifies shorelines by introducing man-made habitats, which significantly impact coastal biodiversity and ecosystem functioning. Ecological engineering solutions, such as artificial fish habitats (AFH), can help rehabilitate extremely modified areas, including ports, by offering shelter for fish. As a side effect, AFH provide a substrate to benthic invertebrates and macroalgae, that could improve ecosystem functioning. The effects of AFH may also extend beyond ports and modify trophic exchange with adjacent habitats via fish feeding hydrodynamics. This thesis investigates the patterns of distribution of invertebrate biodiversity associated with AFH and explores the exchange of biomass between marinas and adjacent Posidonia oceanica meadows along the French Mediterranean coast where these habitats are often adjacent.The objectives are: (1) evaluating how taxonomic diversity and composition of benthic invertebrates vary with AFH immersion time, (2) understanding how AFH types and environmental context modify benthic assemblages, and (3) exploring the exchanges of organic matter between marinas and adjacent meadows. I focused on Biohut® AFH (ECOCEAN), made of a metal cage filled with oyster shells, attached to docks or under pontoons in harbours and marinas.In chapter 1, I examined the role of immersion time in determining the diversity and composition of invertebrate assemblages colonising AFH in 3 commercial harbours. The findings indicated significant variations in invertebrate composition from 6 to 18 months, with increased abundance, taxonomic richness, and evenness over time. In chapter 2, I focused on the geographical and within-port variability in taxonomic composition and diversity of invertebrates dwelling in AFH. The study revealed differences in taxa composition between 2 large regions, characterised by different nutrient loads and correlations between assemblage composition and chlorophyll-a, a proxy for nutrient concentration. The number of taxa was the highest in the nutrient-enriched region. Additionally, invertebrate assemblages varied according to port habitats where the AFH were placed, possibly due to differences in light availability. In chapter 3, I investigated trophic connectivity between P. oceanica meadows and adjacent marinas at 4 sites where both habitats are present. Two marinas were equipped with AFH and the remaining 2 were not. At the unequipped sites, the δ15N values of the particulate organic matter within the marina were the highest indicating human-derived nutrient enrichment. The values decreased within the meadow, gradually according to the distance. This suggests a spill of nutrients over the portion of the meadow adjacent to the inlet. Fish relied on resources from both the seagrass meadow and the marina, similarly among the 4 sites, however, the trophic niches of fishes (Diplodus spp.) captured within the equipped marina were slightly larger than those within unequipped ones and overlapped less with the trophic niches of the fish captured outside. Fish faeces were also part of the organic matter sedimenting within meadows. In chapter 4, I reported initiatives developed with other scientists. They include species functional diversity and trophic relations within AFH, acoustic signatures of organisms dwelling in AFH and biodiversity comparison between ports and marine reserves using environmental DNA.My work has highlighted several aspects that could improve the effectiveness of AFH as ecological engineering solutions. Immersion time, local environmental conditions, and specific locations within ports need particular attention. Although I did not find clear differences in cross-habitat exchange related to AFH, they seemed to play a role in reducing nutrient enrichment. Moreover, since fish play an important role in cross-habitat exchanges and find refuge within AFH, this ecological engineering solution could indirectly contribute to change trophic connectivity.
Le développement côtier introduit des habitats artificiels qui impactent la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. Les solutions d'ingénierie écologique, comme les habitats artificiels à poissons (HAP), peuvent réhabiliter des zones très modifiées, comme les ports, en offrant un abri aux poissons. Les HAP peuvent aussi fournir un substrat aux invertébrés et aux macroalgues, améliorant le fonctionnement de l'écosystème. Leurs effets pourraient aller au-delà des ports et modifier les échanges trophiques avec les habitats adjacents. Cette thèse étudie la biodiversité des invertébrés associés aux HAP et explore les échanges de biomasse entre les ports et les herbiers de Posidonia oceanica adjacents le long de la côte méditerranéenne française.Les objectifs sont : (1) évaluer comment la diversité et la composition des invertébrés benthiques varient avec le temps d'immersion des HAP, (2) comprendre comment les types d'HAP et le contexte environnemental modifient les assemblages benthiques, et (3) explorer les échanges de matière organique entre les ports et les herbiers adjacents. J'ai étudié les HAP Biohut® (ECOCEAN), composés d'une cage métallique remplie de coquilles d'huîtres, attachés aux quais ou sous les pontons dans les ports.Au chapitre 1, j'ai examiné le rôle du temps d'immersion des HAP sur la diversité et la composition des assemblages d'invertébrés dans 3 ports commerciaux. Des variations dans la composition des invertébrés ont été observées entre 6 et 18 mois d'immersion, avec une augmentation de l'abondance, de la richesse et de l'équitabilité au fil du temps. Au chapitre 2, j'ai étudié les variations géographiques et intra-portuaires de la composition et de la diversité des invertébrés. L'étude a révélé des différences dans la composition des taxons entre 2 régions caractérisées par des apports en nutriments différents et des corrélations entre la composition des assemblages et la chlorophylle-a, indicateur de la concentration en nutriments. Les assemblages d'invertébrés variaient aussi selon les zones où les HAP étaient installés, probablement à cause de différences d'accès à la lumière. Au chapitre 3, j'ai étudié la connectivité trophique entre les herbiers de P. oceanica et les ports adjacents sur 4 sites : 2 avec des ports équipés en HAP et 2 non équipés. Dans les sites non équipés, les valeurs δ15N de la matière organique particulaire à l'intérieur du port étaient les plus élevées, suggérant un enrichissement en nutriments d'origine humaine. Ces valeurs diminuaient dans les herbiers selon la distance, indiquant un effet de ces nutriments sur l'herbier proche de l'entrée du port. Les poissons (Diplodus spp.) pouvaient utiliser des ressources venant à la fois de l'herbier et du port de manière similaire sur les 4 sites. Les niches trophiques des poissons capturés dans le port équipé étaient légèrement plus grandes que celles des ports non équipés et se chevauchaient moins avec celles des poissons capturés à l'extérieur. Leurs fèces faisaient également partie de la matière organique sédimentaires des herbiers. Au chapitre 4, j'ai présenté des projets développés avec d'autres scientifiques sur la diversité fonctionnelle des espèces et les relations trophiques dans les HAP, des mesures bioacoustiques sur les AFH et une comparaison de la biodiversité entre les ports et les réserves marines à l'aide d'ADN environnemental.Mon travail a révélé des aspects susceptibles d'améliorer l'utilisation des HAP. La durée d'immersion, les conditions environnementales et les emplacements dans les ports doivent faire l'objet d'une attention particulière. Bien que je n'aie pas trouvé de différences claires dans les échanges entre habitats liés aux HAP, ces derniers semblent jouer un rôle en réduisant l'enrichissement en nutriments. L'importance des poissons dans les échanges entre habitats et le fait que les HAP favorisent leur survie suggèrent que ces HAP pourraient contribuer indirectement à la connectivité trophique.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04831152 , version 1 (11-12-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04831152 , version 1

Citer

Alix Varenne. Diversity of artificial nurseries in port areas and their trophic connectivity with adjacent ecosystems. Environmental Sciences. Université Côte d'Azur, 2024. English. ⟨NNT : 2024COAZ5044⟩. ⟨tel-04831152⟩
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