Des forêts tropicales et des humains dans les Amériques : trajectoires de réponse aux perturbations anthropiques de la diversité et de la composition des arbres. Of tropical forests and humans in the Americas : response trajectories of tree diversity and composition to anthropogenic disturbances

• Auteur / Autrice : Eliott Maurent
• Direction : Marie-Ange Ngo-Bieng, Bryan Finegan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie
• Date : Soutenance le 21/12/2023
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Forêts et Sociétés (CIRAD)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Couteron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Adeline Fayolle, Lucas Mazzei de Freitas, François Julien Munoz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Couteron, Adeline Fayolle
• DOI : 10.70675/d9286ab4z841bz4f6fz8e66z07ab8a6acad8

Mots clés

Mots clés libres

Biodiversité et fonctionnement des forêts néotropicales

Descripteurs de trajectoires

Perturbations anthropiques et exploitation sélective

Succession secondaire

Ecologie et stabilité des communautés

Inférence bayésienne

Neotropical forest biodiversity and functioning

Descriptors of recovery trajectories

Anthropogenic disturbances and selective logging

Secondary succession

Community ecology and stability

Bayesian inference

Résumé

Les forêts tropicales sont confrontées à des perturbations anthropiques fréquentes et intenses, telles que l'exploitation sélective - l'abattage de quelques arbres dans des forêts anciennes, tandis que le reste du peuplement se régénère naturellement. De nombreuses études ont été menées sur la reconstitution des stocks de carbone et de bois, en raison d'un intérêt pour l'atténuation du changement climatique et la rentabilité de l'exploitation. Malgré le rôle crucial de la biodiversité pour le maintien et le fonctionnement des écosystèmes - et sa valeur intrinsèque - peu d'études ont été menées sur l'impact de l'exploitation sélective sur la biodiversité. Par conséquent, cette thèse vise à caractériser la réponse de la diversité et de la composition des arbres à l'exploitation forestière dans les forêts tropicales américaines.Grâce aux inventaires forestiers (1986-2021, diamètre à hauteur de poitrine ≥ 10 cm) de la station de Paracou (Guyane française), nous avons construit un cadre bayésien de modélisation des trajectoires de la diversité et de la composition des arbres après exploitation : Paracou a été perturbé par des traitements sylvicoles de différentes intensités en 1986-1987. Nous avons propagé l'incertitude associée à la détermination botanique et aux mesures des traits fonctionnels, et modélisé les trajectoires de diversité et de composition taxonomique, phylogénétique et fonctionnelle des arbres au niveau de l'espèce, par rapport à leurs niveaux pré-perturbation. En outre, nous avons évalué l'effet des caractéristiques des communautés d'arbres pré-perturbation, des conditions biophysiques et des propriétés de la perturbation sur nos trajectoires d'attributs forestiers. Deuxièmement, nous avons utilisé une version simplifiée du cadre de modélisation susmentionné sur des inventaires forestiers à long terme provenant de parcelles situées au Costa Rica et dans trois pays amazoniens (Observatorio de los Ecosistemas Forestales de Costa Rica et Tropical managed Forest Observatory). Nous avons modélisé leurs trajectoires de diversité et de composition taxonomique et fonctionnelle après exploitation au niveau du genre, à partir desquelles nous avons extrait des indicateurs sur la période d'inventaire de chaque site. Nous avons ensuite évalué l'effet de la structure de la communauté d'arbres pré-perturbation et des propriétés de la perturbation sur ces indicateurs. Bien que plus variables dans la seconde étude ayant une portée géographique plus large, nous avons observé des tendances similaires dans les deux études : la diversité a majoritairement augmenté après exploitation et les communautés d'arbres sont principalement passées de stratégies de conservation à des stratégies d'acquisition des ressources. Ces changements semblent provenir du recrutement abondant et momentané d'espèces de début de succession présentant des caractéristiques d'acquisition des ressources, ce qui leur confère un avantage compétitif lorsque l'intensité de perturbation - i.e., disponibilité de la lumière et de l'espace - augmente. En effet, les changements de diversité et composition ont augmenté dans les deux études avec l'intensité de perturbation, alors que les autres descripteurs n'ont pas eu d'effet significatif. Troisièmement, suite à l'importance de l'intensité de perturbation dans les études précédentes, nous avons développé un cadre commun de modélisation des trajectoires de forêts perturbées à travers un gradient d'intensité de perturbation. Nous avons testé notre approche de modélisation sur des inventaires forestiers de long-terme du Costa Rica et de Guyane française, après exploitation sélective, agriculture, et coupe à blanc suivie d'un feu.Ces résultats ouvrent des perspectives sur les méthodes d'évaluation de la réponse forestière aux perturbations, la réponse des forêts elle-même et ses processus écologiques sous-jacents, et l'intérêt des forêts perturbées pour les plans de gestion et de conservation forestières.

Tropical forests face more frequent and intense anthropogenic disturbances, such as selective logging, namely the felling and harvesting of a few commercially valuable trees in old-growth forests, while the remaining stand is left for natural regeneration. Many studies focused on this regeneration, particularly on the recovery of carbon and timber stocks, most likely due to a strong interest in climate change mitigation and logging profitability. However, despite the crucial role of biodiversity for ecosystem maintenance and functioning - and its intrinsic value - there have been few studies on the impact of selective logging on biodiversity. Therefore, this thesis - organised in three studies - aimed at characterising the response of tree diversity and composition to logging in tropical American forests.First, we drew upon the long-term forest inventories (1986-2021, trees with a diameter at breast height ≥ 10 cm) from Paracou experimental station to build a Bayesian modelling framework of tree diversity and composition trajectories after selective logging. Paracou is located in French Guiana and was disturbed by silvicultural treatments of different intensities in 1986-1987. We propagated in our Bayesian framework the uncertainty associated with botanical determination and functional trait measurements, and modelled Paracou trajectories of taxonomic, phylogenetic and functional tree diversity and composition at the species level, relatively to their pre-disturbance levels. Additionally, we assessed the effect of pre-disturbance tree community characteristics, biophysical conditions and disturbance properties on our forest attribute trajectories. Second, we used a simplified version of the aforementioned Bayesian modelling framework on long-term forest inventories from sample plots located in Costa Rica and three Amazonian countries (respectively belonging to the Observatorio de los Ecosistemas Forestales de Costa Rica and the Tropical managed Forest Observatory). We modelled their post-logging trajectories of taxonomic and functional tree diversity and composition at the genus level, from which we extracted indicators solely over the inventory timespan of each site. We then assessed the effect of pre-disturbance tree community structure and disturbance properties on such indicators. While more variable in the second study with a broader geographical scope than in the first one, we observed similar trends in both studies: diversity mostly increased after logging and tree communities mainly shifted from resource-conservative strategies to resource-acquisitive strategies. Such changes appeared to be driven by the abundant and transient recruitment of early-successional species with acquisitive trait values, which provided them with a competitive advantage as disturbance intensity - i.e., light and space availability - increased. Indeed, changes in diversity and composition increased in both studies with disturbance intensity whereas disturbance selectivity, pre-disturbance tree community characteristics and biophysical conditions had no significant effect. Third, building up on the paramount importance of disturbance intensity in the two previous studies, we developed an original Bayesian hierarchical model of recovery trajectories, considering disturbed forests in a common framework, through a disturbance intensity gradient. We tested our modelling approach on data from two long-term experiments in Costa Rica and French Guiana, set up after selective logging, agriculture, and clearcutting and fire.Overall, these results opened various perspectives on the methods used to evaluate forest response to disturbance, the forest response itself and the ecological processes underlying forest succession, and how disturbed forests could be considered in forest management and conservation plans.