Biodiversité fonctionnelle : comportement écophysiologique comparé d'essences forestières feuillues co-occurrentes

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Biodiversité fonctionnelle : comportement

écophysiologique comparé d’essences forestières feuillues co-occurrentes

Marion Zapater, Vincent Badeau, Nathalie Bréda, André Granier

To cite this version:

Marion Zapater, Vincent Badeau, Nathalie Bréda, André Granier. Biodiversité fonctionnelle : comportement écophysiologique comparé d’essences forestières feuillues co-occurrentes. La biodiversité (des collections d’arbres) : savoir la gérer et la valoriser. Séminaire annuel du GEA [Groupe d’étude de l’arbre], Apr 2010, ANTIBES, France. 25 p. �hal-02821970�

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Biodiversité fonctionnelle :

comportement écophysiologique comparé d'essences forestières

feuillues co-occurrentes

M. Zapater, N. Bréda, A. Granier Présentation par V. Badeau

UMR INRA UHP 1137

Ecologie et Ecophysiologie Forestières, Nancy

¹

GEA, Antibes, 28-29 Avril 2010

ECOGER ECOGER

(3)

Contexte Contexte

1. Les forêts feuillues françaises sont majoritairement constituées d’un mélange de plusieurs essences (IFN, 2008) 2. Ces forêts présentent une grande biodiversité et sont

supposées être plus résistantes/résilientes aux évènements extrêmes (Hooper et al. 2005, Bodin & Wiman 2007)

3. Les régénérations naturelles sont actuellement favorisées au dépend des plantations

Trensacq ,forêt de pins, 2009

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Contexte Contexte

4. Les scénarios de changements climatiques prévoient une augmentation des températures et de la fréquence des

sécheresses

Tebaldi et al., 2006 (Climatic Change)

Augmentation du nombre de journées sans pluie

Augmentation des événements extrêmes (sécheresse et vague de chaleur en 2003)

Augmentation du nombre de journées sans pluie

Augmentation des événements extrêmes (sécheresse et

vague de chaleur en 2003) ³

M2

(5)

Contexte Contexte

Conséquences de l’été 2003 sur différentes essences, 1 et 2 années après l’exceptionnelle sécheresse

Pourcentage d’arbres morts

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

Bouleaux

Pins noirs

Merisier Peupliers

Pin sylvestre

Douglas Pin d'Alep

Pin maritime

Autres feuillus

Charme

Erables 2005

2004

Chataîgnier Epicéa commun

Hêtre

Sapin pectiné

Chêne pubescent Chêne pédonculé

Chêne sessile Chêne

vert Autres résineux

Frêne Mélèze

Département Santé des Forêts , DSF M3

(6)

Objectif

Objectif – – Site exp Site exp é é rimental rimental

5

Caractériser la diversité de fonctionnement hydrique au sein d’un jeune peuplement mélangé (site atelier de Hesse 2,

Moselle)

Forêt domaniale de Hesse, Moselle

Placette issue de régénération naturelle

Age: 20-30 ans

Sol à 2 compartiments :

néoluvisol rédoxisol mésosaturaté Compartiment supérieur limoneux

Compartiment profond argileux séparé par un horizon d’accumulation d’argile (BT)

Surface terrière: 12.6 m²/ha (2002)

LAI: 7.6 (2006 &2007) (LAI 2000)

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Objectif

Objectif - - Site exp Site exp é é rimental rimental

Moselle)

Espèces Statut

successionnel

(Rameau et al.1994)

Bouleau Betula pendula Pionnière

Saule Salix capreae Pionnière

Tremble Populus tremula Pionnière

Chêne pédonculé Quercus robur Post pionnière Chêne sessile Quercus petraea Post pionnière

Merisier Prunus avium Post pionnière

Charme Carpinus betulus Post pionnière Hêtre Fagus sylvatica Espèce de fin de

succession

(8)

7

Etude du fonctionnement hydrique des arbres

4. Débourrement

3. Absorption de l’eau 2. Transport de la sève

(9)

Etude du fonctionnement hydrique des arbres

4. Leaf Area Duration

Granier 1985

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Evolution des flux de sève et potentiels hydriques de base en condition de sécheresse estivale classique

(été 2006)

9 jour

160 170 180 190 200 210 220

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

ETP (mm/j)

Chute importante des Ψwp pour les bouleaux,

charmes et hêtres Pas de diminution (ou

retardée) pour les chênes, les saules et les

trembles

Chute importante des Ψwp pour les bouleaux,

charmes et hêtres Pas de diminution (ou

retardée) pour les chênes, les saules et les

trembles

Forte réduction de SFD% pour les bouleaux, charmes et hêtres Pas de diminution (ou retardée)

pour les chênes et les saules Forte réduction de SFD% pour

les bouleaux, charmes et hêtres Pas de diminution (ou retardée)

pour les chênes et les saules

Ψwp (MPa) -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2

Fin Juillet- Mi Août:

ETP>3.5; et diminution de l’humidité dans le sol

Fin Juillet- Mi Août:

ETP>3.5; et diminution de l’humidité dans le sol

Humiditévolumique du sol % (0-45 cm) 10 12 14 16 18 20

Bouleau Tremble saule

Chêne pédonculé Chêne Sessile Charme Hêtre

SFD%

160 170 180 190 200 210 220

0 20 40 60 80 100 120 140

(11)

4. Débourrement

2. Transport de la sève 1. Transpiration,

Potentiel hydrique de base

Etude du fonctionnement hydrique des arbres

3. Absorption de l’eau

(12)

Etude de la distribution racinaire

≃ 4m²cartographiés ₁₁

(13)

saule Chêne pédonculé

bouleau charme

Distribution des racines fines: espèces à enracinement profond

BT

BT BT

BT

(14)

hêtre merisier

tremble

Distribution des racines fines: espèces à enracinement superficiel

13

BT BT

BT

(15)

Proportions de racines fines dans le compartiment profond

Espèces

Proportions de racines dans le compartiment

profond(%) Hêtre

Hêtre 1515

Tremble

Tremble 2020

Charme

Charme 2323

Merisier

Merisier 2626

Saule

Saule 3333

Chêne

Chêne 3333

Bouleau

Bouleau 4040

(16)

Proportions de racines dans le compartiment profond

15

Espèces

Proportions de racines dans le compartiment

profond(%)

Pourcentage d’eau absorbée dans le

compartiment profond Hêtre

Hêtre 1515 2323

Tremble

Tremble 2020

Charme

Charme 2323 6666

Merisier

Merisier 2626

Saule

Saule 3333

Chêne

Chêne 3333 9191

Bouleau

Bouleau 4040 2424

15

Ces résultats ont été confirmés par une expérimentation de marquage isotopique : les arbres à enracinement profond

absorbent majoritairement l’eau en profondeur

Ces résultats ont été confirmés par une expérimentation de marquage isotopique : les arbres à enracinement profond

absorbent majoritairement l’eau en profondeur

M4

(17)

2. Transport de la sève 1. Transpiration,

Potentiel hydrique de base

Etude du fonctionnement hydrique des arbres

4. Débourrement

3. Absorption de l’eau

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2-3 fois par semaine:

observations des bourgeons

Calcul d’un indice de débourrement

17

La date de débourrement, un indice du démarrage de la consommation en eau au sein d’espèces co-

occurrentes

(19)

Date débourrement des arbres

DOY

Leaf unfolding index (%)

80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 0

20 40 60 80 100

Birch T. aspen Willow P. oak S. oak Hornbeam Beech

Variabilité interspécifique de la date de débourrement

(20)

Objectif Objectif

19

Caractériser la diversité de fonctionnement hydrique au sein d’un jeune peuplement mélangé

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Stratégie d’utilisation de l’eau

Partage temporel Partage temporel

Fact. 1

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3

Fact. 2

Bp Sc Qr Cb Fs

++ ++

+ +

- - - - N N +++ +++ ---- ---- - - - -

--- --- ++ ++

+ + O O

SFD%

Ψwp

Ψwm

roots Ψ50

Slope

Budburst

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

Fact. 1 : 50.07%

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

Fact. 2 : 35.17%

Bouleau

Charme

Hêtre saule

Chêne

(22)

Conclusions

21

Conséquences:

- Absorption progressive de l’eau dans les horizons profonds - En condition de limitation en eau, les espèces à enracinement

profond (chênes, saule) ont accès à un réservoir d’eau supplémentaire dans le compartiment profond du sol, qui leur permet de retarder les effets de la limitation en eau (régulation de la transpiration et diminution de l’accroissement en diamètre)

la ressource en eau est différente pour des espèces co- occurrentes

Partage spatial de la ressource (via des profondeurs d’enracinement contrastées)

(23)

Conclusions

Partage temporel de la ressource en eau (via des phénologies plus ou moins précoces)

Conséquences:

Les espèces à débourrement précoce ont accès à une ressource

encore intacte en début de saison, et sont peu en compétition avec les autres espèces

(24)

Conclusions

23

Partage temporel de la ressource en eau (via des phénologies plus ou moins précoces)

Au sein d’un peuplement mésique, il existe 3 stratégies d’utilisation de l’eau

Espèces Stratégies d’utilisation de l’eau

Chêne

Saule Enracinement profond

Hêtre Charme

Enracinement superficiel mais bonne résistance à la

cavitation

Bouleau Débourrement précoce

(25)

Merci

Pour toute question : breda@nancy.inra.fr

M6

(26)

25

Perspectives

Requires longer term drought study

Delayed effects: study of the different species during years following drought : carbon storage (initiated), annual growth, leaf area

Trees dysfunction: crown decline, mortality

Requires study on different stand ages (chronosequences)

Comparative ecophysiology is essential but measurements can be reduced (e.g. isotopic study / Ψwp)

Interaction age/ species response to water shortage

Our study integrates short / medium term responses to water shortage

…and