Etude des conséquences de l'adaptation de la gestion forestière au changement climatique sur la biodiversité du sol et les interactions plantes-litière-sol en futaie régulière de chêne

par Ludovic Henneron

Thèse de doctorat en Biologie - Ecologie

Sous la direction de Michaël Aubert et de Matthieu Chauvat.


  • Résumé

    Le réchauffement climatique va, à l’avenir, considérablement augmenter la fréquence et la gravité des épisodes de sécheresses au sein des écosystèmes forestiers. Une adaptation de la gestion forestière sera ainsi nécessaire pour faire face aux risques accrus de mortalité des arbres. La réduction de la densité des peuplements forestiers est actuellement débattue en France comme un outil potentiel pour augmenter la résistance de la forêt aux stress hydriques et assurer la durabilité de la production. Le but de ce travail de thèse est d'évaluer les conséquences de ce changement de gestion forestière sur la biodiversité du sol et le fonctionnement de l’écosystème, i. E. Décomposition de la litière et dynamique de l’épisolum humifère. Nous nous sommes appuyés sur un dispositif expérimental à grande échelle, constitué d’un réseau de parcelles dont la densité des peuplements de futaies régulières de chêne (Quercus petraea) a été manipulée sur le long-terme, couvrant ainsi un large gradient de densité, d’âge des peuplements et de contextes pédoclimatiques. Dans la première partie, nous faisons état d'importants changements de faune du sol en réponse à la manipulation de la densité des peuplements. L’abondance et la richesse spécifique des collemboles diminuent avec la baisse de la densité alors que les impacts sur les macro-détritivores pris dans leur globalité étaient relativement limités. Cependant, nous avons observé des réponses contrastées entre les différents groupes fonctionnels, celles-ci étant liées à différents facteurs de contrôle. Les collemboles épédaphiques et euédaphiques présentent des patrons de réponse opposés. Les premiers sont favorisés par la réduction de la densité des peuplements à l’inverse des seconds mais tous deux répondent en grande partie aux modifications des assemblages de plantes de sous-bois. Ainsi, la réponse des épédaphiques est liée à la richesse spécifique des plantes de sous-bois, tandis que celle des euédaphiques est associée aux changements de composition et de richesse spécifique de ces plantes. L'abondance des vers de terre endogés augmente fortement avec la réduction de la densité des peuplements en relation avec l'augmentation de la couverture de la végétation du sous-bois tandis que l'abondance des vers de terre anéciques diminue. Enfin, nous avons constaté que ces changements de faune du sol pouvaient avoir des effets en cascade sur les processus du sol. En effet, l'augmentation de l'abondance des vers de terre endogés était positivement associée avec la respiration du sol alors que la diminution de l'abondance des vers de terre anéciques était associée à une baisse de la dynamique de l’épisolum humifère. La deuxième partie est consacrée aux conséquences fonctionnelles de la manipulation de la densité des peuplements. Nous avons observé une importante variabilité intraspécifique des traits de litière foliaire du chêne en réponse à la manipulation de la densité des peuplements. La qualité de cette litière a fortement diminué avec la réduction de la densité dans les jeunes peuplements, ce qui a eu des répercussions négatives importantes sur sa décomposabilité et la libération de l’azote qu’elle contient. Ceci était indirectement lié aux changements de composition des assemblages de plantes de sous-bois et le développement d’espèces à litière peu décomposable. Nous avons également constaté que les modifications de conditions microenvironnementales induites par l'ouverture de la canopée ont entraîné une baisse de décomposition de la litière. Par conséquent, une baisse globale de la dynamique de l’épisolum humifère a été observée dans les jeunes peuplements. Cependant, les retombés de litière des arbres ont également fortement diminué et ce compromis semble aboutir à une diminution nette du stock de carbone de l’épisolum humifère.


  • Résumé

    Climate change will greatly increase drought frequency and severity in forest ecosystems and forest management adaptation are required to face the associated risks of tree mortality. The reduction of stand density is currently debated in France as a potential tool to increase forest resistance to water stress. The aim of this thesis work is to assess the consequences of those forest management changes on soil biodiversity, litter decomposition and forest floor dynamic. I took advantage of a large-scale, multi-site experimental network of long-term forestry sites experimentally manipulating the density of even-aged oak stands (Quercus petraea). A large number stands were studied covering a wide gradient of stand density, stand age and abiotic context. In the first section, we reported important soil faunal community changes in response to stand density manipulation. Collembolan abundance and species richness decreased with declining stand density while the impact on the global soil macro-detritivore community was limited. However, we found that soil faunal species had contrasting responses patterns according to their functional group and these responses were mediated by contrasting ecological drivers among different functional groups. Epedaphic collembolan species were favoured by declining stand density and their response was mediated by changes in understory plant species richness. In contrast, euedaphic collembolan species were negatively affected in young stands and this was mainly mediated by changes in understory plant community composition and species richness, as well as microclimatic conditions. Endogeic earthworm abundance showed a sharp increase with stand density reduction in relation with the increase of understory plant cover while the anecic earthworm abundance decreased. Finally, we found that these soil faunal changes could have cascading effect on soil processes. Indeed, the increase of endogeic earthworm abundance translated into an increase of soil respiration whereas the decrease of anecic earthworm abundance was strongly associated with a decline of forest floor turnover. In the second section, we reported that stand density manipulation had also important consequences for ecosystem functioning. We observed important intraspecific variation in oak leaf litter traits in response to stand density manipulation. Oak leaf litter quality strongly declined with decreasing stand density in young stands which had important cascading effects on litter decomposability and N cycling processes. This response pattern was driven by a shift in understory plant community composition and the associated decline of their litter decomposability. We also found that the alterations of microenvironmental conditions induced by canopy opening resulted in a decline of litter decomposition. Therefore, a global decline of forest floor turnover was observed in young stands which suggest that stand density reduction could increase forest floor accumulation. However, tree litterfall also strongly declined with stand density reduction in young stands and this tradeoff results in a net decline of forest floor C.

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  • Cote : 15/ROUE/S017

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2015 ROUE S017
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