Projet ANR-11-PDOC-0030 – BioProFor : Impact des changements globaux sur la biodiversité et la productivité des forêts alpines
Programme : Retour Post-Doctorants (RPDOC)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Xavier MORIN (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE LANGUEDOC-ROUSSILLON)
Partenaires : Centre d'Écologie Fonctionnelle et Évolutive
Montant : 191000.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Impact des changements globaux sur la biodiversité et la productivité des forêts alpinesDans ce projet, nous visons à développer et à utiliser une plateforme de modélisation tenant compte des facteurs abiotiques et biotiques pour prédire la biodiversité des plantes ligneuses et la productivité des forêts dans les Alpes, et à confronter les prédictions réalisées avec cette plateforme à des données de terrain.
Quantifier la relation entre la diversité des plantes ligneuses à des niveaux inter-et intra-spécifique et la productivité des forêts, et évaluer sa réponse au changement climatique.Nous visons à répondre à la fois à des questions/objectifs fondamentaux et appliqués sur le lien entre biodiversité et fonctionnement des écosystèmes.- (Objectif 1) Comment la composition des communautés influent sur la productivité forestière et à travers quelle(s) composante(s) (p la richesse en espèces, diversité fonctionnelle, variabilité intra-spécifique)?- (Objectif 2) Comment les conditions environnementales affectent-elles la relation diversité-productivité à l'échelle locale, le long de gradients environnementaux?- (Objectif 3) Peut-on établir des scénarios de changements de biodiversité (intra- et inter-spécifique) et de productivité forestière en fonction de la réponse à des scénarios de changement globaux?
Couplage de modèles de répartition et de modèles de succession forestière, et échantillonnages sur le terrain (composition des communautés, variabilité intra et interspécifique, productivité)Ce projet visera donc à prendre en compte à la fois l'importance de la diversité inter-et intra-spécifique sur la productivité des forêts et de sa réponse aux conditions environnementales changeantes. Afin de quantifier la diversité intra-spécifique, ce projet se concentrera principalement sur la densité du bois, car il s’agit d’un trait intégrateur de l'écologie des espèces (par exemple lié aux propriétés mécaniques, à la résistance à la sécheresse, à la croissance).Nous allons explorer les relations climat-diversité-productivité grâce à une approche empirique à l'aide de parcelles de terrain situées le long de gradients sélectionnés. Ces gradients écologiques seront sélectionnés dans les forêts des Alpes (Alpes du Sud et les Alpilles). Les mesures sur le terrain consisteront à échantillonner les communautés (composition des espèces, abondance), à réaliser des mesures biométriques sur les arbres individuels (hauteur, diamètre), à échantillonner des traits d’histoire de vie (traits foliaires, les traits de l'écorce) et à réaliser des carottages (densité du bois, estimation de la croissance d'arbres, âge). Ensuite, les résultats de cette étude sur le terrain permettront de nourrir l’approche de modélisation pour améliorer un modèle basé sur les processus succession forestière (en particulier au niveau intra-spécifique). Le modèle sera testé à l'échelle locale contre les mesures sur le terrain de la composition des communautés, variabilité intra-spécifique et la productivité des forêts. Les mesures sur le terrain seront également utilisées pour tester des règles d'assemblage des espèces.
Résumé de la soumission : Les forêts sont des écosystèmes de grand intérêt à l’échelle globale, car elles constituent à la fois d’importants puits de carbone et ont un rôle crucial dans les rétroactions de la biosphère sur le climat. Ainsi dans le contexte actuel de changements globaux est-il primordial d’obtenir des prédictions fiables du fonctionnement des écosystèmes e.g. leur productivité. En effet, les changements globaux ont un impact direct sur la productivité forestière en modifiant les conditions abiotiques environnementales, comme le climat, ce qui affecte certains processus biologiques clés, comme la photosynthèse. Mais le fonctionnement des écosystèmes est aussi modifié de façon indirecte, à travers l’impact des changements globaux sur la répartition des espèces et plus généralement sur la biodiversité à l’échelle du globe, puisque le fonctionnement des forêts dépend fortement de la composition en espèces. Prédire les changements de biodiversité et leurs conséquences sur la productivité forestière est donc un enjeu de premier plan pour pouvoir anticiper les modifications des services écosystémiques qui en découlent. Pourtant les effets directs et indirects des changements globaux sur la productivité forestière en particulier et sur le fonctionnement des écosystèmes en général sont le plus souvent étudiés de façon séparée. Ceci est probablement dû au fait que les deux types d’effet s’appréhendent à des échelles spatiales différentes. De plus, les travaux actuels cherchant à prédire les changements futurs de biodiversité et de composition des communautés relèvent en majorité d’une approche de modélisation corrélative. Ces modèles sont certes utiles pour dégager de grandes tendances d’évolution, mais montrent des limites quant à leur pouvoir prédictif car ils négligent l’effet de facteurs importants, tels les processus d’interaction biotique. Ainsi nous manquons toujours d’une approche intégrative qui considérerait les deux types d’effets des changements globaux sur le fonctionnement des écosystèmes (directs et indirects), et qui se baserait davantage sur les processus biologiques. Le but de ce projet est de combler ce manque, en proposant d’établir des prédictions de biodiversité et de productivité des écosystèmes forestiers de montagne, en prenant en compte l’effet de facteurs biotiques et abiotiques depuis l’échelle régionale jusqu’à l’échelle locale. Les forêts de montagne ont été choisies comme écosystèmes-modèles car celles-ci ont été identifiées comme particulièrement sensibles au changement climatique. Le développement d’un tel projet bénéficiera des avancées récentes en écologie et phylogénie des communautés et en biogéographie, pour répondre à des questions fondamentales en écologie. Le projet se focalisera sur les forêts des Alpes françaises pour i) comprendre quels facteurs régissent les patrons de biodiversité aux différentes échelles spatiales et tester des hypothèses récentes sur les règles d’assemblage des communautés ; ii) comprendre et prédire comment la composition des communautés joue sur la productivité forestière ; et enfin iii) établir des scénarios de changements de biodiversité et de productivité en réponse à des scénarios de changements globaux. Pour ce faire, le modèle s’appuiera à la fois sur des modèles quantitatifs et des mesures de terrain. Un modèle intégratif liant des modèles de répartition d’espèces et un modèle de dynamique forestière sera développé et testé. Ce modèle, qui prendra donc en compte les facteurs et processus (biotiques et abiotiques) jouant à des échelles spatiales différentes, permettra d’établir des scénarios de changements pour les forêts alpines, à l’instar des scénarios climatiques de l’IPCC. Ce projet améliorera notre connaissance des processus écologiques et évolutifs fondamentaux qui déterminent la composition des communautés forestières, et cherchera à démontrer qu’il est possible de tendre vers une « approche mécaniste de la biodiversité et du fonctionnement des écosystèmes ».
Résultats : Au cours du printemps 2012, des carottes d’arbres de trois espèces (Pin sylvestre, Hêtre et Sapin pectiné) ont été échantillonnées dans un site pilote (forêt du Parc National des Cévennes), constitué de 11 placettes, mono ou plurispécifiques. A partir de ces échantillons, la densité du bois des arbres a été mesurée. Divers paramètres liés à la biomasse ont été également calculés. 
Les résultats montrent que les placettes monospécifiques ont une variabilité plus forte dans les valeurs de densité, reflétant le phénomène de « niche packing ». De plus, un effet positif de la richesse spécifique sur la densité du bois a été observé chez le Pin sylvestre, alors que pour le Hêtre et le Sapin pectiné, la diversité inter-spécifique agit positivement sur la biomasse. Cependant un effet positif a également été observé dans les peuplements monospécifiques, ce qui révèle un impact aussi important de la variabilité au niveau intraspécifique. Ces résultats préliminaires suggèrent le rôle primordial de la richesse spécifique dans la productivité des écosystèmes forestiers, tant au niveau inter-spécifique qu’intra-spécifique.
Perspectives : - Avancer et tester la plateforme de modélisation décrite
- Réaliser l'échantillonnage de terrain prévu à grande échelle (i.e. sur les gradients cités)
Publications et brevets : NA pour le moment.