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Les forêts mélangées en Europe sont-elles plus résistantes aux sécheresses que les forêts pures?

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Academic year: 2021

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(1)

HAL Id: hal-01269057

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01269057

Submitted on 5 Jun 2020

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Les forêts mélangées en Europe sont-elles plus résistantes aux sécheresses que les forêts pures?

Damien Bonal, Charlotte Grossiord, Arthur Gessler, André Granier

To cite this version:

Damien Bonal, Charlotte Grossiord, Arthur Gessler, André Granier. Les forêts mélangées en Europe sont-elles plus résistantes aux sécheresses que les forêts pures?. Séminaire IRSTEA, Jun 2015, Nogent sur Vernisson, France. �hal-01269057�

(2)

Tree diversity does not always improve  resistance of forest ecosystems to drought

Damien BONAL

Charlotte GROSSIORD Arthur GESSLER

André GRANIER

(3)

Biomass Production

Loreau et al. 2001

Increasing species diversity can lead to important benefits for ecosystems

2

Higher biomass production in  more diverse ecosystems

www.cedarcreek.umn.edu

+

+

Biodiversity & Ecosystem functioning

(4)

Hantsch et al. 2013

Increasing species diversity can lead to important benefits for ecosystems

3

Lower foliar pathogen load in  more diverse ecosystems

­

+

www.bbc.co.uk www.worldofstock.com

Biodiversity & Ecosystem functioning

Resistance against pest & 

pathogen outbreaks

(5)

Tilman & Downing 1994

Increasing drought resistance in  more diverse communities

+

+

4

Biodiversity & Ecosystem functioning

Are more diverse ecosystems more resistant to drought?

Stability against climatic  perturbations

EEA, 2012

(6)

5

Species interactions can shift from negative (competition) to positive  (complementarity) as climatic conditions change 

(Stress­gradient hypothesis, Bertness & Callaway, 1994)

Jucker & Coomes, 2012

Influence of environmental conditions

(7)

6

Test whether higher tree species diversity in forest ecosystems across Europe is associated with less drought exposure

www.nature.com Grossiord C.

Objectives

(8)

Casalegno et al. 2011

6 regions across North ­ South gradient  in  Europe  to  cover  the  major  forest  types and climatic conditions

BOREAL (Finland)

HEMI­BOREAL (Poland) TEMPERATE (Germany)

THERMOPHILOUS DECIDUOUS (Italy) MEDITERRANEAN (Spain)

MOUNTAINOUS TEMPERATE  (Romania)

7

Study Sites

(9)

8

Comparison of ecosystem functioning for  different levels of species mixture (1­5)

Tree species diversity

monoculture

monoculture

2­sp mixture 3­sp mixture

. . . . . . . . . .

Material and Methods

(10)

9

Material and Methods

Selection  of  25  to  42  stands  (30×30m)  varying  in  species  richness in each studied region

(11)

10

The variation in other confounding factors (soil, topography,  land use history,…) was kept at a minimum.‐

Stands with varying tree species  richness

0 10 20 30 40 50

Boreal Hemi-boreal Beech Moutainous beech Thermophilous

deciduous Mediterranean

Number of forest stands

5-species mixtures 4-species mixtures 3-species mixtures 2-species mixtures Monocultures

Temperate Mountainous temperate

Material and Methods

(12)

11

Material and Methods

Selection  of  25  to  42  stands  (30×30m)  varying  in  species  richness in each studied region

Extraction of wood cores from a selection of dominant and co­

dominant trees of each species in each stand

C. Grossiord

6 trees in monoculture  3 trees/species in 

mixtures

(13)

12

Material and Methods

Selection  of  25  to  42  stands  (30×30m)  varying  in  species  richness in each studied region

Extraction of wood cores from a selection of dominant and co­

dominant trees of each species in each stand

Selection  of  years  (tree  rings)  with  contrasting  climatic  conditions (dry vs. wet)

(14)

13

Selection of the driest and the wettest year over the last 15 years with 

daily climate data and the BILJOU water­balance model (Granier et al. 1999):

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0 20 40 60

Soil relative extractable water

Water stress index

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Example of Finland

Selection of years with contrasted climatic  conditions

Material and Methods

(15)

14

Material and Methods

Selection  of  25  to  42  stands  (30×30m)  varying  in  species  richness in each studied region

Extraction of wood cores from a selection of dominant and co­

dominant trees of each species in each stand

Selection  of  years  (tree  rings)  with  contrasting  climatic  conditions (dry vs. wet)

Analyses of carbon isotope composition ( 13C)δ

(16)

15

For each core, we extracted the late wood from  the two selected years

Samples were then analyzed for carbon isotope  composition (δ13C, ‰) (PTEF nancy or UC  Davis)

Sample preparation and analyses

Material and Methods

(17)

16

Material and Methods

Selection  of  25  to  42  stands  (30×30m)  varying  in  species  richness in each studied region

Extraction of wood cores from a selection of dominant and co­

dominant trees of each species in each stand

Selection  of  years  (tree  rings)  with  contrasting  climatic  conditions (dry vs. wet)

Analyses of carbon isotope composition ( 13C) of latewood of δ each ring

Calculation of plot­level  13Cδ

(18)

Saurer et al. 1995

Decreasing water availability

Less  negative  δ13C values 

17

δ13C DRY ­ δ13C WET 

Material and Methods

The  difference  in  plot­level  13C  between  the δ DRY  and  the  WET year can be used as a proxy of drought exposure

If difference in δ13C is high, low resistance If difference in δ13C is low, high resistance

(19)

18

Results

(20)

0 1 2 3 4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

y = -0.4058x + 1.4461 R² = 0.2518

0 1 2 3 4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0 1 2 3 4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

y = 0.681x + 1.0321 R² = 0.233

0 1 2 3 4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0 1 2 3 4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

y = -0.5354x + 1.7015 R² = 0.2053

0 1 2 3 4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

y = -0.50x +1.70 R2= 0.20 P= 0.007 Thermophilous deciduous

Hemi-boreal

Mountainous beech

Shannon diversity index

Increasein stand-levelδ13Cbetweena wetand a dry year(‰)

y = -0.40x + 1.44 R2= 0.25 P= 0.003 Temperate beech

Mediterranean

P= 0.159

P= 0.297

P= 0.716

Boreal y = 0.69x + 1.04

R2= 0.23 P= 0.038

Increasing diversity

Increasindrough exposure

19

Results

Increasing diversity

Increasindrough exposureIncreasindrough exposure

δ13C values in DRY year always  higher than in WET ones

(21)

0 1 2 3 4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

y = -0.4058x + 1.4461 R² = 0.2518

0 1 2 3 4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0 1 2 3 4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

y = 0.681x + 1.0321 R² = 0.233

0 1 2 3 4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0 1 2 3 4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

y = -0.5354x + 1.7015 R² = 0.2053

0 1 2 3 4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

y = -0.50x +1.70 R2= 0.20 P= 0.007 Thermophilous deciduous

Hemi-boreal

Mountainous beech

Shannon diversity index

Increasein stand-levelδ13Cbetweena wetand a dry year(‰)

y = -0.40x + 1.44 R2= 0.25 P= 0.003 Temperate beech

Mediterranean

P= 0.159

P= 0.297

P= 0.716

Boreal y = 0.69x + 1.04

R2= 0.23 P= 0.038

Increasing diversity

Increasindrough exposure

20

Results

Increasing diversity

Increasindrough exposureIncreasindrough exposure

Lower drought resistance  in species­rich forests

No effect of species  diversity

Higher drought 

resistance in species­rich  forests

(22)

Tree species diversity effects seem  partially dependent on climatic 

conditions

Rare events and low intensity of drought Negative effects

Frequent events and high intensity of drought

Positive effects 21

Abiotic conditions (e.g. soil type) Biotic conditions

(e.g. tree species  composition)

Results

(23)

22

Tree  species  diversity  influences  the  functioning  of  forest  ecosystems in terms of water and carbon acquisition and use

More diverse forests may be more resistant to soil drought than  pure ones, but not necessarily

Favoring mixed forest ecosystems could be preferred in certain  regions,  not  only  to  preserve  biodiversity  or  sustain  productivity in the context of climate changes, but also to delay  the negative effect of drought

Conclusions

Perspectives

(24)

23

Thanks for your attention

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