Réponse et résilience de la biodiversité d'une Forêt Tropicale après Perturbation

Biodiversity Response and Resilience to Disturbance of a Tropical Forest

• Auteur / Autrice : Ariane Sandrine Mirabel
• Direction : Eric Marcon, Bruno Hérault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Technologies
• Date : Soutenance le 26/10/2018
• Etablissement(s) : Guyane
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Diversités, santé et développement en Amazonie (Cayenne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie des Forêts de Guyane (UMR EcoFoG) - Écologie des Forêts de Guyane (UMR EcoFoG)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Couteron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Roggy, Stéphane Traissac
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Hardy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Assemblage des communautés (écologie)

Guyane

Écologie des forêts pluviales

Mots clés libres

Biodiversité

Forêts Néotropicales

Perturbation

Ecologie des Communautés

Trajectoires

Résilience

Biodiversity

Neotropical Forests

Perturbation

Ecology community

Trajectory

Resilience

Résumé

Dans le contexte de changements actuel, clarifier la réponse des forêts aux perturbations est indispensable pour préserver les biens et services qu’elles rendent. Le fonctionnement et le maintien des forêts dépend largement de la diversité des communautés d'arbres qui devient un enjeu majeur, en particulier dans les régions tropicales où les forêts sont les plus menacées et où les enjeux économiques, sociaux et environnementaux sont les plus importants. Cette thèse étudie la réponse aux perturbations de la diversité taxonomique et fonctionnelle d’une communauté en forêt Néotropicale. Nous analysons les trajectoires de diversité sur le long terme pour déterminer les processus écologiques sous-jacents la réponse des communautés aux perturbations, à expliciter les aspects taxonomiques et fonctionnels de la restauration, et enfin à discuter de perspectives de gestion et de modélisation de la dynamique forestière. Le dispositif expérimental de Paracou en Guyane Française a permis de suivre la réponse des communautés d'arbres sur 30 années après un gradient de perturbation. Dans un premier temps, nous avons établi et validé un estimateur de diversité fiable, pour pallier les incertitudes de botaniques des inventaires forestiers et des bases de données fonctionnelles. L'estimateur propage les incertitudes taxonomiques aux mesures de diversité via les probabilités d'associations entre noms vernaculaires et noms botaniques. L’estimateur de diversité, employé dans l'ensemble de la thèse, a été calibré pour optimiser l'estimation la précision de l'estimation en fonction des données disponibles, puis testé avec des inventaires forestiers pré-exploitation pour proposer un protocole d'inventaire optimisant le coût et la précision de ces inventaires. Dans un deuxième temps, en combinant les inventaires botaniques à un large jeu de données fonctionnel comprenant des traits des feuilles, du bois et des traits d'histoire de vie, nous avons analysé les trajectoires de diversité, de composition, et de redondance taxonomique et fonctionnelle des communautés après perturbation . Enfin, nous avons spécifiquement étudié les trajectoires de diversité et de composition des communautés recrutées. Notre étude a montré l'émergence de processus déterministes après perturbation déterminant la réponse taxonomique et fonctionnelle des communautés en favorisant le recrutement d'un pool restreint de pionnières. Nous avons montré la restauration progressive des communautés pré-perturbation et de processus stochastiques tels qu'observés en l'absence de perturbation. Les perturbations ont augmenté la richesse et l'équitabilité taxonomiques des communautés jusqu'à un certain seuil, au delà duquel la dominance de quelques pionnières diminue la richesse taxonomique, conformément à la théorie des perturbations intermédiaires. Les trajectoires fonctionnelles en revanche ont montré une augmentation de la diversité quelle que soit la perturbation et une convergences fonctionnelle entre les communautés: ce découplage entre trajectoires taxonomiques et fonctionnelles s'est expliqué par la redondance fonctionnelle des communautés, atténuant l’impact fonctionnel des perturbations. Nos résultats ont montré une restauration taxonomique et fonctionnelle tangible des communautés mais encore inachevée. A la lumière de ces résultats nous proposons une discussion sur la possibilité d'une exploitation durable des forêts et de nouvelles perspectives de modélisation de la diversité.

Forest are currently threatened by the global changing context. Maintain the goods and services they provide require clarifying tree community diversity response to disturbance, that determine forest functioning, maintenance and resilience. This is specifically crucial in tropical forests that are both the most threatened regions and those with the highest environmental, social and economic stakes. In this context, this work studies the taxonomic and functional response to disturbance of a Neotropical community. Through post-disturbance diversity trajectories in the long term we examined the ecological processes underlying community response to disturbance, explicit the taxonomic and functional aspects of community recovery, and eventually discussed some perspectives for forest management and modeling. From the monitoring dataset of the Paracou experimental station in French Guiana we examined tree community response to disturbance over the thirty years following a disturbance gradient. First, we developed and tested a diversity estimator tackling the taxonomic uncertainties of forest inventories and improving the accuracy of biodiversity surveys. The estimator based on botanical/vernacular association probability to account of taxonomic uncertainties in various diversity measurement framework. The estimator, further used in this worked, was first calibrated to improve the estimation accuracy and was then validated with real forest inventories. The results allowed designing an inventory protocol optimizing the cost of inventories and the accuracy of the diversity measure. Second, we analyzed the post-disturbance taxonomic and functional trajectories of diversity, composition and redundant at the scale of the whole community. We combined the 30 years of botanical inventories with a large functional dataset encompassing key leaf, root, wood and life-history functional traits. Eventually, we specifically analyzed the post-disturbance recruitment processes and the diversity and composition succession.We highlighted the emergence after disturbance of deterministic processes driving community taxonomic and functional response to disturbance. Deterministic processes favored the recruitment of a restricted pool of pioneer species, similar for to all communities and disturbance intensity. Around fifteen years after disturbance, the recovery of community initial characteristics started with the recovery of stochastic processes driving non-disturbed communities. At the whole-community scale, this succession translated into a cyclic trajectory of taxonomic composition leading to a recovery of the pre-disturbance composition and a maintenance of differences among communities. Disturbance increased both taxonomic richness and evenness until an intensity threshold above which, in accordance with the Intermediate Disturbance Hypothesis, the taxonomic richness decreased and the pioneers became persistently dominant. The functional trajectories however proved decoupled from taxonomic trajectories. Functional diversity increased whatever the disturbance, without any intensity threshold, and functional composition trajectories converged in the functional space without marked differences among communities. This decoupling was explained by the functional redundancy that mitigated the functional impact of disturbance and proved to be the slow parameter of tropical forest recovery.Our results showed a tangible taxonomic and functional recovery of communities after the gradient of disturbance but this recovery proved decades-long. In the light of those results, we discussed the practices of sustainable forest management and several perspectives of forest diversity modeling.