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Écologie fonctionnelle et dynamique des communautés
(ACR)
- Mot(s) clé(s) :
Objet d'étude : abies, arbre forestier, cedrus, compétition, cupressus, fagus sylvatica, pinus, sylviculture
Question sociétale et finalité, contexte : changement climatique
Démarche, discipline : écophysiologie
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Objet d'étude : abies, arbre forestier, cedrus, compétition, cupressus, fagus sylvatica, pinus, sylviculture
Question sociétale et finalité, contexte : changement climatique
Démarche, discipline : écophysiologie
Echelle d'étude : competition
Dispositif technique et méthode d'étude : aide à la décision, bilan de carbone, corrélation turbulente, croissance, écologie des communautés, modélisation, simulation, station forestière
Composé chimique, Facteur du milieu : embolie, flux de sève
Phénomène, processus et fonction : adaptation à la sécheresse, branchaison, colonisation, conductivité hydraulique, dépérissement, dispersion, peuplement forestier, photosynthèse, régénération, respiration du sol
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- Description détaillée :
1) Mesures liées aux fonctionnements carboné et hydrique d'une forêt mésoméditerranéenne à pin Afficher la suite
1) Mesures liées aux fonctionnements carboné et hydrique d'une forêt mésoméditerranéenne à pin d'Alep - chêne vert: flux à l'échelle de l'écosystème par corrélations turbulentes, flux de sève, respiration du sol, photosynthèse, humidité du sol, indice foliaire, conductivité hydraulique etc. Ces mesures incluent des traitements d'exclusion de pluie et d'irrigation, afin de mieux prendre en compte l'effet hydrique. Un dispositif plus léger est mis en place pour l'écosmortalitéystème hêtre/sapin avec mesures de photosynthèse, flux de sève, humidité du sol.

2) Modélisation du fonctionnement hydrique et photosynthétique de la forêt mésoméditerranéenne à pin d'Alep - chêne vert avec un modèle 3D développé sur la base du modèle TREEGRASS. Basé sur les processus écophysiologiques, il vise à l'établissement de bilans hydrique et carboné à l'échelle annuelle, en faisant appel aux niveaux horaire et journalier,en réponse au changement climatique et aux pratiques de gestion.

3) Les phénomènes de croissance et de mortalité par concurrence résultent des interactions entre arbres constituant une population (peuplements purs) et entre populations constituant une communauté plurispécifique (forêts mélangées). Croissance et mortalité sont évaluées notamment grâce aux techniques de la dendrométrie (mesure des différentes dimensions des tiges, houppiers, branches, et de la production de bois) qui servent également à quantifier la compétition (densité au niveau du peuplement, densité au voisinage d'un arbre, degré de fermeture du couvert ?), souvent modulée par la sylviculture. Notre démarche s'appuie sur la description in situ, l'analyse et la modélisation, la simulation ; celle-ci est utilisée pour évaluer des hypothèses scientifiques (densité-dépendance, interactions croissance-compétition,...) mais également comme outil d'aide à la décision proposé aux gestionnaires forestiers.

4) Le développement d'un ou plusieurs modèles 'hybride', couplant des processus liés à l'écophysiologie et à la régénération des arbres. Un autre projet est envisagé dans le cadre de la prédiction du bilan de carbone à long terme, avec comme base de départ le modèle ecophysiologique 3D.

5) Dépérissements : la poursuite de l'effort d'explicitation des effets des composantes stationnelles (climat, sol) concerne désormais les phénomènes de dépérissement (projet ANR « Dryade ») en lien avec les changements climatiques et les autres composantes stationnelles, et non plus seulement la croissance.

6) Extension naturelle du cèdre de l'Atlas : poursuite de l'étude de l'envahissement progressif des taillis de chêne pubescent par le Cèdre (Ventoux, versant sud). La structuration génétique spatiale de ces peuplements est étudiée conjointement par nos collègues de l'équipe Biologie de population et Evolution et de l'Unité MIA d'Avignon.

7) Peuplements homogènes : - Cèdre : évaluation du modèle de croissance et extension de son domaine de validité au nouveau contexte climatique et sylvicole (plantations, sylviculture plus intensive, élagage). - Pins : valorisation des modèles de croissance (et de mortalité par concurrence) avec les gestionnaires forestiers et avec l'équipe Physique et Écologie du Feu pour contribuer au volet « dynamique post-incendie ». Nos recherches s'inscrivent dans une collaboration avec d'autres équipes de l'URFM (Biologie des Populations et Évolution, pour les évolutions démographiques et la colonisation, pour l'adaptation, pour l'effet aggravant ou prédisposant des ravageurs sur le risque de dépérissement ; Physique et Écologie du Feu, pour le lien avec le risque d'incendie ou l'impact de cette perturbation sur l'évolution des formations) et avec de nombreuses équipes extérieures. Nous entretenons des liens privilégiés avec les gestionnaires des espaces naturels. Nous sommes impliqués dans différents programmes ou activités de recherche d'envergure régionaux (GICC Reforme, GIS Incendies) et nationaux (ORE FORET, ANR-VMC). Notre équipe d'accueille des étudiants des Ecoles doctorales Sciences de l'Environnement, Aix-Marseille III et  « Biologie Intégrative » - USTL, Montpellier II et reçoit des étudiants du Master Recherche, Systèmes écologiques de l'Université de Bordeaux 1.

Nous disposons d'un réseau de placettes expérimentales d'observation à long terme sous différents bioclimats méditerranéens, d'un site atelier instrumenté (tour de mesures par le technique des corrélations turbulentes) pour un suivi en continu du fonctionnement des arbres en relation avec le climat et de structures de mesure en conditions semi-contrôlées et contrôlées (serres et chambre climatisée). Il s'agit d'une activité à long terme. Pour les 4 ans à venir, l'activité s'organise autour des points précédemment énoncés :

1) Sur le site atelier de mesures des corrélations turbulentes, mesure de la respiration du sol et suite de la mise en place des autres mesures (eau du sol, croissance radiale fine, photosynthèse,... ). Installation en été 2008 des placettes d'exclusion. Les suivis se poursuivront jusqu'en 2010.

2) l'adaptation du modèle TREEGRASS à la forêt méditerranéenne est en cours, une version préliminaire est prévue pour juillet 2008. Le modèle sera finalisé et testé avec les mesures de terrain (2009) puis des simulations de bilan de carbone en réponse à différents scénarios de changements climatiques seront faites en 2009-2010.

3) Développement, Évaluation et Valorisation du modèle de dynamique pour le complexe « hêtraie‑sapinière - pineraies en maturation » de l'arrière‑pays méditerranéen : le développement de ce modèle dendrométrique, de type « arbre » avec spatialisation partielle (à l'instar des modèles de trouées), sera en grande partie achevé en 2008, pour sa composante déterministe, y compris l'intégration des effets stationnels en interaction avec les effets « compétition ».

4) Développement de modèles « hybride » écophysiologie-régénération. Amorcé au plan conceptuel, un premier couplage vise à prédire les effets des changements climatiques sur la dynamique des espèces forestières. Il nécessitera en 1er lieu, pour devenir opérationnel, que le modèle à base dendrométrique soit achevé (cf. point précédent) et que le modèle à base écophysiologique (Castanea) soit calibré pour le Sapin pectiné (et éventuellement pour les Pins noir et à crochets) et adapté à des peuplements hétérogènes.

5) Caractérisation des traits foliaires en relation avec le dépérissement et en fonction de l'altitude. Identification des facteurs pédo-climatiques, biologiques (stuctures dépographiques, croissance interannuelle, compétition) et anthropique (sylviculture passée) expliquant la variabilité du dépérissement. Evaluation des impacts sur la dynamique de l'écosystème.

6) Extension naturelle du Cèdre : Dans une première étape on estimera la progression du Cèdre par analyse diachronique de photos aériennes, pour obtenir une information en plein sur des larges surfaces.

7) Peuplements homogènes : Cèdre : extension du domaine de validité du modèle Cèdre de l'Atlas. Pins - valorisation du modèle type « arbre - sans spatialisation » et bilan de l'interaction éclaircie-élagage. Nos recherches s'inscrivent pour une large part dans un contexte de forte demande de gestion des espaces naturels face à des dynamiques très actives des formations forestières de la région méditerranéenne. En outre, dans un contexte global en forte évolution (climat, changements d'usage) et face aux impacts écologiques, économiques et paysagers des dépérissements récents il est crucial d'approfondir du comportement des espèces et de leurs exigences vis-à-vis des fluctuations à court et à moyen terme des facteurs du milieu et d'élaborer des supports facilitant la gestion anticipative (indices et cartes de risque, évolution des mélanges et des aires effectives des espèces ...). Nos modèles de dynamique forestière offrent des possibilités de simulation (notamment via la plate-forme CAPSIS) de scénarios de gestion, notamment dans le domaine de l'accompagnement des dynamiques naturelles et de la gestion de certaines composantes de la biodiversité dans les formations hétérogènes. Une demande de la gestion forestière subsiste également pour les peuplements homogènes pour lesquels nos acquis (modèles de croissance, de branchaison, adaptation des essences introduites) peuvent être davantage valorisés.

D'autre part les forêts hétérogènes sont un objet d'étude intéressant pour l'étude des relations structure -fonction (ex. incidence de la structure stratifiée, plurispécifique, et multi-âge, sur les flux de carbone et d'eau) en vue de mettre en évidence les processus contrôlant les bilans carboné et hydrique, étape nécessaire à l'élaboration d'outils de prédiction du bilan de carbone. Membre de l'ORE F-ORE-T piloté par le GIP ECOFOR pour le site atelier Pin-Chêne de Fontblanche

Collaborations au sein de la FR3098 "Ecosystèmes Continentaux et Risques Environnementaux" (ECCOREV) :
- INRA Avignon: UMR1114 EMMAH, US1116 AgroClim
- CNRS Aix-Marseille : UMR6635 CEREGE, UMR6116 IMEP

Autres collaborations nationales:
- INRA Nancy : UMR1137 EEF, UMR1092 LERFOB
- CNRS Montpellier : UMR5175 CEFE
- Université de Montbéliard (laboratoire de Biologie et Ecophysiologie)
- ONF, pôle « Recherche et Développement, Sylviculture et Aménagement » de la Direction Territoriale « Méditerranée »

Collaborations internationales :
- Université de Stillwater (Oklahoma, USA).
Dans le cadre de milieux et de formations très hétérogènes et dans un contexte de changement des conditions climatiques qui induit des bouleversements déjà visibles et qui vont probablement s'amplifier, nos objectifs scientifiques sont :

(1) d'identifier les déterminants écologiques et fonctionnels de la croissance et de la survie des différentes espèces, selon les milieux, ainsi que les conséquences en termes d'évolution dynamique de ces formations.

(2) de comprendre les processus qui, à l'échelle de l'écosystème, contrôlent les bilans carbonés et hydriques afin de mieux prédire les échanges nets de carbone. ? Elaboration d'un sous‑modèle de croissance, en diamètre et en hauteur, pour la régénération du Hêtre, du Sapin, du Pin noir. Il intègre des différences de pouvoir compétiteur entre espèces constituant le couvert (sans doute lié pour partie à la perméabilité de leur houppier à la lumière) ; un indicateur a été mis au point pour démontrer un effet cumulatif de la concurrence subie au long de la vie d'un individu.

? Séparation entre effet stationnel, effet âge et effet de la compétition et de la sylviculture, en peuplements hétérogènes (5 espèces de l'arrière‑pays méditerranéen) sur les dimensions atteintes, notamment pour des individus ayant poussé sous couvert pendant tout ou partie de leur vie (effets négatifs ou positifs selon les situations et les espèces).

? Floraison/fructification, trade‑off reproduction ‑ croissance pour le Sapin pectiné et le Hêtre : effets altitude, espèce et dimension sur le débourrement, influences climatiques sur la floraison/fructification.

? Variabilité de la croissance, de la composition isotopique du carbone, des échanges gazeux et des traits hydrauliques de cèdres méditerranéens. Mise en évidence d'une séparation de Cedrus libani en deux groupes de provenances géographiques distincts sur une base écophysiologique, l'un d'origine libanaise, l'autre d'origine Turque et d'une proximité fonctionnelle de C. brevifolia avec les provenances Turques.

? Evaluation de l'impact du débroussaillement à objectif de défense de la forêt contre l'Incendie sur l'écophysiologie et la croissance des strates arborées et arbustives d'une formation à pin d'Alep et chêne vert et des conséquences sur l'éclosion et la propagation initiale de l'incendie de forêt en collaboration avec l'équipe Physique et Ecologie du Feu. Cette activité s'intéresse aussi bien à l'étude du fonctionnement écophysiologique (ex. mesures des flux de carbone et d'eau, réponse des plantes à la sécheresse) qu'à celle de la croissance, de la mortalité, de la dispersion efficace et de la régénération des arbres. A terme, cette double approche, combinant observations et modélisation, vise à comprendre et à mieux prédire la structure et la dynamique des peuplements forestiers. Les principaux facteurs pris en compte sont les espèces, les conditions stationnelles (sol, climat), l'âge, la compétition et les interventions sylvicoles. S'appuyant sur une forte connaissance de peuplements monospécifiques et réguliers (Pinus nigra, Cedrus atlantica, Pinus halepensis), nos travaux portent actuellement, sur des peuplements hétérogènes mélangés en espèces, âges et dimensions, tels que les couverts mixtes à P. halepensis et Quercus ilex et, pour certains, en cours de constitution (retour de Fagus sylvatica, Abies alba sous couverts de Pinus nigra, P. sylvestris, P. uncinata ; extension de Cedrus atlantica dans les taillis de Quercus pubescens).

Nos modèles de dynamique, à base dendrométrique, et nos modèles de fonctionnement écophysiologique sont en voie de couplage, notamment en vue d'évaluer les réponses aux changements climatiques à long terme. Le lien avec des modèles de flux de gènes (également développés à l'URFM) est en cours. L'un des objectifs poursuivis est l'élaboration d'outils utiles pour la gestion forestière ; notamment la simulation des effets de divers modes de gestion, via la plate‑forme Capsis.
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- Champs de rattachement :
 

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