BioPICC – Biodiversité et productivité des forêts : effets des interactions biotiques sous contrainte climatique

L’état sanitaire des forêts est menacé de manière directe par le changement climatique, notamment par la récurrence et l’intensité croissante des épisodes de sécheresse estivale, et de manière indirecte par ses conséquences sur la pullulation de ravageurs. La diversité des arbres est susceptible de tempérer ces risques. En effet, les forêts mélangées sont de plus en plus reconnues comme étant plus productives, plus résistantes et plus résilientes vis-à-vis des perturbations biotiques et abiotiques que les forêts monospécifiques. Pourtant, une question reste à explorer : comment le changement climatique va-t-il influencer le sens et la magnitude des effets de la diversité des arbres sur le fonctionnement des écosystèmes forestiers, tant en termes de productivité que de résistance ? Si les effets directs du stress hydrique sur la performance des arbres sont assez bien connus, les effets interactifs de la sécheresse et des dégâts causés par les herbivores restent en effet à explorer. Dans ce contexte, le projet proposé vise à répondre aux questions suivantes : 1) Quel est l’effet de la diversité des arbres sur leur croissance et sur la productivité des peuplements forestiers mélangés ? 2) La diversité spécifique des arbres constitue-t-elle une assurance de stabilité pour le fonctionnement des écosystèmes forestiers vis-à-vis des épisodes de sécheresse ? 3) Quel est l’effet de la diversité des arbres sur la résistance des peuplements forestiers aux insectes herbivores ? 4) Dans quelle mesure le sens et la magnitude des effets de la diversité des arbres sur la productivité des peuplements forestiers et leur résistance aux herbivores sont-ils modifiés sous contrainte hydrique ? 5) Quels sont les mélanges d’essences conférant la meilleure productivité et la meilleure résistance des peuplements forestiers ?
De manière à produire des résultats génériques applicables à différents types forestiers, un accent particulier sera mis dans ce projet sur les mécanismes sous-tendant les effets interactifs de la diversité des arbres et du stress hydrique sur les interactions biotiques et les relations biodiversité-productivité et biodiversité-résistance (herbivores, sécheresse). L’accomplissement de cet objectif sera permis par une démarche complètement expérimentale construite autour du dispositif ORPHEE dont la mise en place (2007-2008) a été financée par le GIP ECOFOR. Ce dispositif – ORPHEE – est intégré au réseau international de sites expérimentaux, TREEDIVNET manipulant la diversité des arbres en forêt (www.treedivnet.ugent.be). Installé au sud de Bordeaux, il s’étend sur 12 hectares. Ce dispositif se caractérise par 8 répétitions de 31 parcelles forestières dont la composition correspond à chacun des mélanges de une à cinq espèces natives des Landes de Gascogne (Pinus pinaster, Betula pendula, Quercus robur, Q. ilex, Q. pyrenaica). Les modèles climatiques locaux prévoient une augmentation de la fréquence et de l’intensité des sécheresses estivales pour les forêts atlantiques. Dès 2014, l’irrigation de la moitié du dispositif permettra de lever la contrainte hydrique estivale de manière à tester selon un plan complètement factoriel les effets de la diversité des arbres et du stress hydrique sur le fonctionnement des parcelles expérimentales. La croissance des arbres et la productivité des parcelles expérimentales sous contrainte hydrique intègrent la complexité des interactions biotiques directes et indirectes impliquant les arbres, la végétation herbacée, les herbivores et leurs ennemis naturels. De manière à isoler ces différentes interactions, le projet est composé de cinq tâches dont la synthèse permettra d’explorer les synergies et antagonismes d’effets de ces différentes interactions biotiques sur la performance (croissance) des arbres. La première tâche est centrée sur les interactions arbres-herbivores. Elle vise à évaluer la plasticité des traits foliaires des arbres en réponse à l’identité de leurs voisins et au stress hydrique (i.e. traits de réponse) et à relier la variabilité des traits à l’herbivorie et aux performances des herbivores (i.e. traits d’effets). La seconde tâche consistera en l’étude de l’effet du stress hydrique et de la composition des peuplements forestiers sur l’efficacité du contrôle biologique des herbivores par leurs ennemis naturels. La troisième tâche relève de l’écophysiologie. A partir de l’utilisation de marqueurs isotopiques, elle a deux objectifs : (i) la caractérisation de l’efficience d’utilisation de l’eau des différentes essences le long du gradient de diversité, en interaction avec le stress hydrique, et (ii) l’évaluation de l’effet de la compétition pour l’eau et la lumière entre différentes essences sur leur profondeur d’enracinement. La quatrième tâche vise à caractériser la réponse des communautés végétales au gradient de diversité dans la canopée, en interaction avec le stress hydrique.
Les effets des interactions entre les arbres et leurs environnements biotique et abiotique sont étudiés séparément dans les tâches 1 à 4. De manière à intégrer l’ensemble de ces interactions, la dernière tâche consistera en l’évaluation de l’effet du stress hydrique et de la diversité des arbres sur la performance globale des parcelles, à travers l’estimation de la production de biomasse. Elle se basera sur des mesures dendrométriques et des relations d’allométrie. L’herbivorie étant renseignée à l’échelle de l’arbre, elle sera utilisée comme co-variable dans la modélisation de la croissance des différentes essences, en monocultures et en mélanges. La modélisation ainsi basée sur les données de terrain permettra d’évaluer l’intérêt des mélanges d’essences en termes de productivité des peuplements forestiers.
Ce projet fournira des éléments de compréhension de l’effet de la diversité des arbres sur le fonctionnement des écosystèmes forestiers sous contrainte hydrique à deux niveaux : au niveau de la parcelle, par une description des patrons de réponse de la végétation du sous bois, de la productivité totale, de l’herbivorie et de la prédation, et à l’échelle de l’arbre individuel (physiologie, croissance, herbivorie). L’originalité de ce projet réside dans son caractère intégrateur des interactions complexes entre différents niveaux trophiques, et entre le compartiment biotique et abiotique. Par l’accent mis sur les mécanismes, il fournira des résultats génériques permettant leur transposition à d’autres modèles que ceux étudiés, en faisant ainsi un outil éclairant sur le choix des essences à associer préférentiellement (hypothèse d’assurance et de tradeoffs) pour favoriser la productivité et la résistance des forêts dans un contexte de changement climatique. Ainsi, une sixième tâche, pilotée par le CRPF, aura pour objectif l’évaluation de l’intérêt sylvicole des mélanges d’essences en forêt de plantation, ainsi que le transfert et la valorisation des résultats du projet auprès des propriétaires forestiers et des professionnels de la filière bois en Aquitaine. Elle aboutira à la rédaction d’un rapport technique diffusant les résultats de la recherche.