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Analyse des structures spatiales des données de distribution phytogéographique des Acanthaceae en Afrique centrale/Analysis of the spatial structures of the data of phytogeographic distribution of the Acanthaceae in central Africa

by Koffi, Kouao Jean

Abstract (Summary)
RESUME Les données phytogéographiques reflètent la variabilité spatiale de la diversité des espèces et constituent donc un outil important dans le développement des politiques de conservation. Afin de stimuler et de valoriser le concept des systèmes phytogéographiques, cette étude dont le thème est «Analyse des structures spatiales des données de distribution phytogéographique des Acanthaceae en Afrique centrale» s’est donnée pour but (1) d’analyser la distribution spatiale de la famille des Acanthaceae en Afrique Centrale (R.D. Congo, Rwanda, Burundi) ; (2) de comparer cette distribution avec les théories phytogéographiques de Robyns (1948), White (1979, 1986) et Ndjele (1988); (3) d’utiliser les modèles de distribution spatiale comme support (outil) pour évaluer l'impact humain sur le paysage et la diversité; (4) d’identifier les espèces indicatrices potentielles des territoires phytogéographiques; (5) de mettre en évidence le phénomène de vicariance; et (6) de quantifier l’impact de la fragmentation du paysage forestier en Afrique centrale. Dans cette étude, deux niveaux de résolution spatiale ont été considérés: les systèmes phytogéographiques et les systèmes de maillage. Un système d’information géographique a été utilisé pour réaliser des cartes de distribution spatiale de chaque espèce. Le choix des Acanthaceae de l’herbier du Jardin Botanique National de Belgique (BR), a été dicté par le faite qu’elle a subit une révision systématique et par le nombre important de ses échantillons. L’aspect floristique a révélé 9181 échantillons, récoltés de 1888 à 2001 par environ 427 collecteurs en R.D. Congo, au Rwanda et au Burundi représentant 48 genres, 310 espèces et 6362 localités. La carte de distribution spatiale de l’ensemble des échantillons a mis en évidence les niveaux de prospection. Certains territoires phytogéographiques ont été plus explorés que d’autres. Les entités phytogéographiques les plus explorées et donc les plus diversifiées sont le centre régional d’endémisme Afromontagnard, incluant la Mosaïque régional du lac Victoria, et le centre régional d’endémisme Zambézien. Les cartes de distribution de chaque espèce mettent en évidence les patrons de distribution spatiale. Certaines espèces ont une large distribution alors que d’autres sont inféodées à certaines zones spécifiques. Ces dernières, qualifiées « d’espèces uniques » ou « espèces caractéristiques » peuvent être utilisées comme des bio-indicateurs pour stimuler et valoriser le concept de systèmes phytogéographiques dans la politique de la conservation. En utilisant uniquement la famille des Acanthaceae, il a été montré que l’impact de la fragmentation du paysage forestier est très important. Les espèces inféodées à une région phytogéographique sont des espèces vulnérables. Elles peuvent disparaître si leur biotope est détruit. La distribution potentielle, basées sur les localités de récolte et les variables environnementales, ont été réalisées afin de mieux déterminer les niches écologiques des espèces et les cas de vicariance. Deux types de vicariance ont été mis en évidence à travers les systèmes phytogéographiques de Robyns (1948) et de White (1979, 1986), au niveau générique et spécifique: la vicariance écologique et la vicariance géographique. La vicariance écologique s’applique aux espèces ou sous-espèces récoltées dans les mêmes territoires phytogéographiques tandis que la vicariance géographique concerne les espèces ou sous-espèces récoltées dans des territoires phytogéographiques séparés. L’analyse des cas de vicariance a mis en relief les zones de spéciation. L'analyse de classification hiérarchique a montré que les Acanthaceae suivent mieux le système phytogéographique de White (1979, 1986) que ceux proposés par Robyns (1948) et Ndjele (1988). Pour mieux valoriser cette approche, cette méthodologie doit être appliquée à d’autres familles largement récoltée en R.D. Congo, au Rwanda et au Burundi comme la famille des Rubiaceae, des Mimosoideae, afin de (1) synchroniser toutes les bases de données pour mieux mettre en évidence le degré d’exploration, les espèces à amplitude écologique restreinte (espèces uniques) et (2) de permettre d’identifier des zones prioritaires pour la conservation. ABSTRACT Phytogeographic data reflect the spatial variability of plant diversity and constitute consequently a potential tool for conservation policy development. In order to stimulate and valorise the concept of phytogeographic systems, this dissertation entitled “Analysis of the spatial pattern of phytogeographic data of Acanthaceae in Central Africa” aims (1) to analyse the spatial distribution of the Acanthaceae family in Central Africa (Democratic Republic of the Congo, Rwanda, Burundi); (2) to compare this distribution with the known phytogeographic theories of Robyns (1948), White (1979, 1986) and Ndjele (1988); (3) to use the spatial distribution models as a tool for evaluating the human impact on landscapes and diversity; (4) to identify potential indicator species of the phytogeographic territories; (5) to evidence the phenomenon of vicariance; and (6) to quantify the impact of the fragmentation of forested landscapes in central Africa. In this study, two levels of spatial resolution have been considered: the phytogeographic systems themselves and a system of grid cells. A geographic information system has been used to draw maps of the spatial distribution of every species. The choice to analyse the Acanthaceae family of the herbarium of the National Botanical Garden of Belgium (BR) has been justified by the systematic revision of this collection and by its huge number of samples. The data set contained 9181 samples, collected between 1888 and 2001 by about 427 collectors in the Democratic Republic of the Congo, Rwanda and Burundi ; the samples represented 48 genera, 310 species and 6362 geographic positions. The maps showing the spatial distribution of all samples pooled evidenced the different levels of exploration of the study area. Certain phytogeographic territories have been explored more intensely than others. The mostly explored zones, consequently also denoted as the most diverse ones, were the Afromontane regional centre of endemism, including the regional mosaic of Lake Victoria, and the Zambezian regional center of endemism. Species distribution maps evidenced the spatial patterns of species presence. Certain species showed an overall distribution while others were clearly bound to particular territories. The latter species, denoted as “unique species” or “characteristic species” could be used as bio-indicators to stimulate and valorise the concept of the phytogeographic systems in the framework of conservation policy development. By means of the Acanthaceae family, it has been shown that the impact of forest fragmentation will be considerable; species bound to a specific phytogeographic zone are assumed vulnerable; they will disappear when their biotopes are destroyed. The potential distribution of the species, based on the geographic position of the samples and on environmental data, have been generated in order to describe more precisely the ecological niches of the species involved and to detect cases of vicariance. Two types of vicariance have been found using the phytogeographic territories of Robyns (1948) and White (1979, 1986) at the genus and the species levels: ecological vicariance and geographic vicariance; the former type involves species or subspecies observed in the same phytogeographic region while the latter type involves species and subspecies not found in the same territory. This analysis enabled us to identify zones of speciation. A cluster analyses showed that the spatial distribution of the Acanthaceae data corresponded more closely to the phytogeographic system of White (1979, 1986), than to those proposed by Robyns (1948) or Ndjele (1988). In order to valorise our approach, the current methodology should also be applied to other families widely collected in the Democratic Republic of the Congo, Rwanda and Burundi, such as the Rubiaceae or Mimosoideae families, this (1) to synchronise all data bases for a more profound understanding of the degree of exploration and of the existence of species with a limited ecological amplitude (unique species), and (2) to enable the identification of zones that should be prioritised for conservation.
Bibliographical Information:

Advisor:Prof. Dr. Reinhart CEULEMANS; Prof. Dr. Jean LEJOLY; Prof. Dr. Farid DAHDOUH-GUEBAS; Prof. Dr. Charles DE CANNIÈRE; Prof. Dr. Jan BOGAERT; Prof. Dr. Roeland SAMSON; Prof. Dr. Elmar ROBBRECHT

School:Université libre de Bruxelles

School Location:Belgium

Source Type:Master's Thesis

Keywords:afrique centrale district secteur phytogeography landscape ecology conservation biology spatial analysis acanthaceae central africa sector phytogéographie analyse spatiale biologie de ecologie du paysage

ISBN:

Date of Publication:07/04/2008

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