Title of the thesis:
Honeybees in farmland landscapes: effects of agricultural practices on bee ecology using the LTER ECOBEE platform (Zone Atelier Plaine & Val de Sèvre)
Summary: In a context of agricultural intensification that led to strong declines in biodiversity including wild and honeybees, but beekeeping as well, with societal consequences ranging from pollination services to public health, modern agricultural production systems are more and more questioned. The aim of the thesis is to investigate the ecology of honeybees in cereal agro-ecosystem (which represents the majority of agricultural production areas and beekeeping in France and Europe), especially under stressfull environments, including food stress (lack floral resources in spring), pathological stress (Varroa pathogens) or chemical stress (pesticides), as well as their interactive or additive effects. The ecology of the honeybee will be investigated at its correct spatial scale, i.e. that of landscape. The PHD will aim at defining the landscape characteristics, that depend to a large extent on human activity (land use, crop management, farming practices in regard to pesticides, abundance and distribution of floral resources), that may limit or promote colony demographic dynamics (brood, adult population size, honey reserves). A focus will be devoted to the issue of pesticides and their impact on bees, both in spatial and temporal terms.
The study will take place on the Long Term Ecological Research Zone Atelier Plaine & Val de Sèvre, and in particular the ECOBEE platform that is unique in France and Europe. The variety of farming systems and practices, their continuous recording over the last 21 eyars, the size of the study site (450 km²), and the number of hives monitored every year (50) since 2008, provide a unique data set that the PHD student will have full access to.
Supervisor: Jean François Odoux (co supervisor, HDR, Vincent Bretagnolle)
Team References:
ODOUX, J.F.; AUPINEL, P. ; GATEFF, S. ; REQUIER, F. ; HENRY, M. &BRETAGNOLLE, V. 2014.
ECOBEE: a tool for long-term bee colony monitoring at landscape scale in West European intensive agrosystems. J. Apicultural Research53 :57-66.
ROLIN, O. BRETAGNOLLE, V., DECOUTYE, A., APTEL, J ., MICHEL, N., VAISSIÈRE, B.E. & HENRY, M. 2013. Differences of floral resource use between honey bees and wild bees in an intensive farming system. Agriculture Ecosystems & Environment179: 78-86
HENRY, M., BERTRAND, C., LE FEON, V., REQUIER, F. ODOUX, J.-F., AUPINEL, P., BRETAGNOLLE, V& DECOURTYE. 2014.Pesticide risk assessment in free-ranging bees is weather and landscape dependent.Nature Communication(5) DOI: 10.1038/ncomms5359.
ROLLIN, O., BRETAGNOLLE, V., FORTEL, L., GUILBAUD, L. & HENRY, M. 2015. Habitat, spatial and temporal drivers of diversity patterns in a wild bee assemblage. Diversity & Distribution
REQUIER, F, ODOUX, J.-F. , TAMIC, T.,MOREAU, N.HENRY, M. DECOURTYE, A.& BRETAGNOLLE, V. Honey bee diet in intensive farmland habitats reveals an unexpected flower richness and a critical role of weeds. in press. Ecological Applications.
KLEIJN, D., …BRETAGNOLLE, V., …POTTS, S.G. Managing for pollinators or pollination: conflicts between biodiversity conservation and ecosystem service delivery. In press. Nature communication.
Send a complete CV and a letter of motivation to Jean Francois ODOUX (jean-francois.odoux@magneraud.inra.fr) before 20 may 2015
UE Entomologie,INRA Le Magneraud,CS 40052 17700 Surgères, France
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Titre de la thèse :
Abeille domestique et grandes cultures : effets des pratiques intensives sur l’écologie de l’abeille dans le dispositif observatoire ECOBEE
Résumé : Dans un contexte d’intensification ayant entraîné déclin des abeilles et difficultés de l’apiculture, assortis de conséquences allant de la pollinisation à la santé publique, les systèmes de production agricoles modernes sont sujets à questionnement. L’objectif de la thèse est d’analyser l’écologie de l’abeille dans l’agro-écosystème céréalier (qui représente la majorité des surfaces de productions agricoles et apicoles en France), notamment en condition de stress : stress alimentaire (manque de ressources florales), stress pathologique (Varroa), ou stress chimique (pesticides), ainsi que leurs effets additifs voire interactifs. L’écologie de l’abeille sera étudiée ici à sa juste dimension spatiale, celle des paysages : ce travail vise à définir les caractéristiques de paysages, dépendants de l’action de l’homme (utilisation des sols, itinéraires techniques culturaux notamment en matière de pesticides, abondance et distribution des ressources florales), susceptibles de limiter ou favoriser le développement et le fonctionnement des colonies. Un focus sera orienté sur la question des pesticides et de leur impact sur les abeilles à l’échelle de la colonie et en se projetant dans la durée. La diversité des pratiques agricoles et des itinéraires employés dans la zone d'étude (Zone Atelier Plaine & Val de Sèvre, dispositif Observatoire ECOBEE), nous permet à la fois d’établir un état des lieux sur l’impact des systèmes de cultures conventionnelles chez l'abeille domestique, et de rechercher les systèmes de cultures innovants favorable aux abeilles, à la pollinisation, et à l’apiculture.
Directeur de thèse : Jean-François Odoux (responsable administratif, HDR : Vincent Bretagnolle)
Références de l’équipe :
ODOUX, J.F.; AUPINEL, P. ; GATEFF, S. ; REQUIER, F. ; HENRY, M. &BRETAGNOLLE, V. 2014. ECOBEE: a tool for long-term bee colony monitoring at landscape scale in West European intensive agrosystems. J. Apicultural Research53 :57-66.
ROLLIN, O. BRETAGNOLLE, V., DECOUTYE, A., APTEL, J ., MICHEL, N., VAISSIÈRE, B.E. & HENRY, M. 2013. Differences of floral resource use between honey bees and wild bees in an intensive farming system. Agriculture Ecosystems & Environment179: 78-86
HENRY, M., BERTRAND, C., LE FEON, V., REQUIER, F. ODOUX, J.-F., AUPINEL, P., BRETAGNOLLE, V& DECOURTYE. 2014. Pesticide risk assessment in free-ranging bees is weather and landscape dependent.Nature Communication (5) DOI: 10.1038/ncomms5359.
ROLLIN, O., BRETAGNOLLE, V., FORTEL, L., GUILBAUD, L. & HENRY, M. 2015. Habitat, spatial
and temporal drivers of diversity patterns in a wild bee assemblage. Diversity & Distribution REQUIER, F, ODOUX, J.-F. , TAMIC, T.,MOREAU, N.HENRY, M. DECOURTYE, A.& BRETAGNOLLE, V. Honey bee diet in intensive farmland habitats reveals an unexpected flower richness and a critical role of weeds. in press. Ecological Applications.
HENRY, M., FRÖCHEN, M., MAILLET-MEZERAY, J., BREYNE, E., ALLIER, F., ODOUX, J.-F., &
DECOURTYE, A. 2012. Spatial autocorrelation in honeybee foraging activity reveals optimal focus scale for predicting agro-environmental scheme efficiency. Ecol. Modelling, 225, 103-114.
KLEIJN, D., …BRETAGNOLLE, V., …POTTS, S.G. Managing for pollinators or pollination: conflicts
between biodiversity conservation and ecosystem service delivery. In press. Nature communication
Cadre
Les populations d’abeilles (domestiques et sauvages) se sont récemment effondrées, en Europe, puis en Amérique du Nord. Le déclin de ces insectes, considérés comme les principaux agents pollinisateurs des agro-écosystèmes, a été enregistré sans qu’il y ait unanimité sur ses causes précises (Potts et al. 2010).
L’utilisation de pesticides, la simplification des paysages agricoles, les techniques apicoles, l’émergence de parasites et de prédateurs des abeilles sont généralement invoqués, mais la hiérarchisation de ces facteurs est encore débattue. L’abeille est par ailleurs directement impliquée dans la production agricole via l’apiculture et la contribution des abeilles au rendement de nombreuses cultures (cultures fruitières et maraîchères, colza, tournesol, etc…). Dans les systèmes de grande culture, en l’absence presque complète de fleurs disponibles entre la floraison du colza et celle du tournesol, les ruches subissent une baisse des ressources et ont besoin de la flore adventice ou semi-naturelle environnante (Feuillet et al. 2008). A cette période où les populations sont à leur maximum, ce problème s’ajoute aux causes potentiellement liées aux pesticides, et le calendrier de travail des apiculteurs s’en est trouvé fondamentalement modifié, ces derniers devant maintenant distribuer du sirop aux ruches pour compenser les besoins. Ainsi la production apicole aurait baissé de près de 50% en quatre ans dans notre pays et ne cesse de s’effondrer encore cette année (UNAF, 2014). La problématique spécifique des pesticides, leur toxicité sur les organismes et leur devenir dans les agro-écosystèmes est aujourd’hui un enjeu majeur, qui s’apparente à un défi : l’abeille domestique s’est à plusieurs reprises montrée sensible à des effets non intentionnels de l’utilisation des insecticides. Les néonicotinoïdes particulier, dont l’arrivée en grandes cultures était initialement perçue comme un progrès technique car utilisés en très petites quantités, ont un effet sur le comportement des butineuses qui rentrent à la ruche (Henry et al. 2012). De plus, on a détecté un effet de la complexité du paysage sur le risque d’exposition à ces insecticides (Henry et al. 2014). Une collaboration engagée depuis 2013 avec le CETIOM sur le dispositif ECOBEE confirme ces résultats. Les solutions couramment mises en oeuvre pour maintenir les abeilles et l’activité apicole dans les agrosystèmes sont de deux ordres : établissement d’un diagnostic du risque lié à l’usage de pesticides à tout stades de développement de l’abeille (Decourtye et al. 2005, OCDE. 2013), ou gestion raisonnée des aménagements territoriaux (jachères florales ; Decourtye et al. 2011). Ces approches simples, et mises en oeuvre indépendamment l’une de l’autre, ont cependant leurs limites : (i) la réduction réelle et durable de l’usage des insecticides ne peut s’affranchir de l’évolution de l’ensemble du système de culture et du système d’exploitation, pour réduire simultanément les risques liés aux ravageurs et ceux concernant les abeilles ; (ii) étant donné la diversité des situations locales en termes de contexte paysager et d’enjeux, il est nécessaire d’envisager un panel de solutions, et de disposer d’outils d’aide à la décision suffisamment génériques pour s’adapter à ces gammes de situations ; (iii) les flux d’individus entre les surfaces en production et les surfaces hors production impliquent une prise en compte des régulations biotiques dans le milieu à une échelle spatiale territoriale.
Objectifs de la thèse
L’objectif de la thèse est d’analyser l’écologie de l’abeille dans l’agro-écosystème céréalier (qui représente la majorité des surfaces de productions agricoles et apicoles en France), notamment en condition de stress : stress alimentaire (manque de ressources florales), stress pathologique (Varroa), ou stress chimique (pesticides), ainsi que leurs effets additifs voire interactifs. Cette thèse sera réalisée en agro-écosystème céréalier, qui représente la majorité des surfaces de productions agricoles et apicoles en France, un écosystème dans lequel elles déclinent fortement et siège de difficultés pour l’apiculture. En matière de dynamique de population et de traits d’histoire de vie, paradoxalement, nos connaissances sur l’espèce sont insuffisantes. L’écologie de l’abeille sera étudiée à sa juste dimension spatiale, celle des paysages : ce travail vise à définir les caractéristiques de paysages, dépendants de l’action de l’homme (itinéraires techniques culturaux, abondance et distribution des adventices/messicoles, nature et localisation des éléments semi-naturels), susceptibles de limiter ou au contraire favoriser le développement et le fonctionnement des colonies d’abeilles. La diversité des pratiques culturales et des itinéraires employés dans la zone d'étude, nous permettra à la fois d’établir un état des lieux sur l’impact des systèmes conventionnels chez l'abeille domestique, et de rechercher les systèmes de cultures innovants. L’analyse aboutira à croiser les traits de vie des abeilles et les caractéristiques contextuelles des paysages et des pratiques agricoles phytosanitaires en particulier, pour proposer un modèle générique dépassant les situations rencontrées sur le dispositif ECOBEE.
Nos trois objectifs peuvent être résumés comme suit:
• L’analyse de l’effet des structures du paysage sur la dynamique des colonies d’abeille domestique. Dans nos régions, les abeilles sont soumises à des variations très importantes des disponibilités en ressources alimentaires (Requier et al. in press, Bretagnolle & Gaba, 2015), avec des périodes d’abondance durant la floraison du colza (avril-Mai) ou du tournesol (juillet), et une période de « disette relative » entre ces deux pics. Notre hypothèse de recherche est que la présence de ressources alternatives (luzernières fleuries ou adventices des cultures, notamment le coquelicot) pourrait atténuer ces effets d’alternance et éviter des phénomènes de carry-over effects. Pour ce faire, le doctorant analysera les relations entre abondance et distance de ces ressources florales (obtenus par des campagnes de terrain, données déjà acquises) et dynamique de la colonie (taux de croissance du couvain, mortalité et survie adultes, comportement de butinage), et d’autres traits paysagers potentiellement importants comme les haies. Plus généralement ici, nous nous intéresserons à l’influence d’un certain nombre de métriques paysagères (taille du parcellaire, complexité ou caractère mosaïque de l’occupation des sols, présence d’éléments linéaires, bandes enherbées, adventices ou haies) sur la dynamique et la démographie des ruches.
• L’impact des produits phytosanitaires sur le développement des colonies d’abeilles. Malgré les précautions prises avant leur commercialisation, on ne connaît pas nécessairement tous les effets des insecticides sur les abeilles et les pollinisateurs en général. Certains effets des insecticides peuvent affecter les colonies à moyen ou à long terme. Ils peuvent être létaux sur l’insecte adulte ou les formes immatures, mais aussi comportementaux, pouvant alors mettre l’équilibre de la colonie en danger. Leur observation peut être complexe et passe par un suivi temporel très long in situ à l’échelle de la colonie et du rucher. Outre ces effets directs des insecticides dus à leur toxicité chez l'abeille, d'autres effets indirects sont liés à l'usage des herbicides qui appauvrissent la flore dans le milieu et donc les ressources en nectar et en pollen. La flore adventice est en particulier le reflet d’une pratique de désherbage qui peut largement orienter le butinage à certaines périodes par la disparition (mais aussi l’apparition) de certaines espèces mellifères. Les pesticides ciblés dans cette étude (il est en effet impossible de travailler sur l’ensemble du cocktail pesticides en céréaliculture, puisque qu’environ 200 matières actives sont simultanément déposées, par exemple sur la ZA-PVS) sont les néonicotinoides et les herbicides. Un effet de synergie entre l’exposition aux pesticides et un autre stress comme un déficit alimentaire ou un pathogène pourra être confronté à la littérature (Videau, 2011 ; Becher, 2014).
• La recherche de systèmes de culture innovants, notamment à partir des systèmes existant dans les dispositifs MAE. L'acquisition de données sur le terrain pour établir un état des lieux de l’impact des systèmes actuels sur les abeilles et pour explorer les sources d’innovation, tout particulièrement face à la double problématique de la disponibilité des ressources dans le milieu et des effets non intentionnels des stratégies de protection des cultures. Nous privilégierons l’étude des interactions entre ces deux composantes de l’environnement de l’abeille. Sur la ZA-PVS, différents systèmes de cultures innovants sont mis en application : outre les MAE « réduction de phytosanitaires », nous allons mettre en place dès 2015 les
MAE systèmes (à la fois grandes cultures et polyculture élevage) ; on trouve aussi sur la ZA-PVS une forte concentration d’exploitations en AB (35 exploitations au total), mais encore de l’agriculture de conservation (18 exploitations). Enfin, dans le cadre d’un projet DEPHY (ECOPHYTO), un réseau de 10 exploitants met en place une expérimentation système à bas intrants dans le but de favoriser explicitement les abeilles.
Hypothèses de travail
Nous savons que la distance de butinage de l’ouvrière est variable selon le milieu dans lequel elle se trouve, variant de 1743m (62-10037m) (Steffan-Dewenter, 2003) à 5500m (500-9500m) (Beekman, 2000), mais cette distance est largement modulée suivant les ressources disponibles au cours des saisons et les choix de butinage (Requier, 2013). La flore utilisée par les abeilles domestique en paysage agricole est marquée par une prédominance des cultures, des éléments semi-naturels, mais aussi des adventices telles que le coquelicot en particulier, ainsi que par les éléments semi-naturels de l’environnement (Odoux, 2012, Decourtye, 2013, Piroux, 2014). La particularité du cycle de développement de l’abeille domestique en milieu céréalier est liée à une baisse d’activité en fin de période printanière liée à une baisse des ressources, observable au niveau des réserves comme des surfaces de couvain, à un moment où l’effectif de la colonie est à son maximum (Requier, 2013). Il en ressort que l’écologie de l’abeille est étroitement liée aux variations spatiotemporelles de l’environnement et que les évolutions récentes de celui-ci engendrent des nouvelles contraintes environnementales. Prédire les conséquences de la perte d'habitat et leur fragmentation, ou plus généralement de l'intensification agricole, sur la dynamique des colonies, les risques d'exposition aux pesticides et les fonctions de pollinisation est aujourd’hui un objectif majeur (Härtel, 2014).
Dans la zone d'étude, placée véritablement en conditions semi-contrôlées, nous pourrons tester des hypothèses précises et cruciales autour de l’écologie des abeilles : i) la présence de certaines entités paysagères et une complexification des successions de cultures (ex. prairies fleuries, luzernières) pourrait atténuer les variations très importantes de sources alimentaires disponibles dans le milieu (période de disette entre la floraison du colza et du tournesol) ; ii) la réduction de l’emploi des produits phytopharmaceutiques améliorerait la diversité floristique (en augmentant la disponibilité des ressources et les stabilisant dans le temps) et réduirait les risques d’intoxications ; iii) la production de miel est augmentée en présence de paysages comprenant une forte proportion d’éléments semi-naturels.
Site d’étude : le dispositif ECOBEE
La zone d’étude de 45 000 ha suivie par le CNRS de Chizé depuis plus de 20 ans constitue un dispositif unique en France, sur lequel s’appuie depuis 2008 un autre dispositif, tout aussi unique à l’échelle européenne, l’observatoire ECOBEE. ECOBEE permet le suivi de 50 colonies d’abeilles chaque année en conditions réelles. Le paysage pertinent pour une abeille recouvre des dizaines de km². La recherche des points des systèmes de cultures intéressants pourra s’appuyer sur les conduites en agriculture biologique et sur la contractualisation de plusieurs mesures agro-environnementales, dont l’allocation est optimisée sur cette zone par le CNRS de Chizé (jachère environnement faune sauvage, contrat territorial d’exploitation, contrat d’agriculture durable, mesure agro-environnementale territorialisée dont le raisonnement des pratiques phytosanitaires ou la réduction des traitements herbicides et de la fertilisation inorganique).
Ces problématiques seront abordées à la fois par une approche empirique (croisement d’informations spatialisées sur les pratiques agricoles et sur l’utilisation des cultures fleuries par les abeilles) et une approche mécaniste (passage de l’échelle individu à l’échelle colonie par le couplage de suivis RFID et de modélisation
démographique).
La thématique « abeille » est très porteuse. Par ailleurs, le dispositif ECOBEE, en place depuis 2008, aura produit à la fin de la thèse 10 années de données extrêmement riches dans lesquels le thésard pourra librement puiser. Nul doute que le facteur limitant dans les publications ne seront pas les données. Au sein de
l’équipe d’Entomologie du Magneraud, le doctorant pourra acquérir de solides connaissances en apiculture et apidologie. Egalement immergé au CEBC à Chizé, il sera dans un environnement particulièrement favorable au maniement de données en écologie et à la modélisation. Le dispositif ECOBEE relève d’un partenariat étroit, et institutionnalisé, entre l’INRA (UE du Magneraud, UR Avignon), le CNRS de Chizé (USC SPE AGRIPOP) et l’ITSAP. Ces quatre partenaires seront directement impliqués dans le projet de thèse. Par ailleurs, le volet « pesticides » est actuellement analysé en collaboration avec l’UMT Prade et le CETIOM, en plus des 4 partenaires ECOBEE. L’ensemble de ces partenariats placent le futur doctorant dans un contexte très favorable pour la production de publications de qualité.
Envoyer un CV complet et une lettre de motivation à Jean Francois ODOUX (jean-francois.odoux@magneraud.inra.fr) avant le 20 mai 2015
UE Entomologie, INRA Le Magneraud, CS 40052 17700 Surgères-France
