Conséquences du changement climatique sur le fonctionnement de la chênaie pubescente en région méditerranéenne française

 

Thèsard                Mathieu SANTONJA
Durée 2011-2014
Direction Virginie BALDY

La chênaie pubescente, formation forestière dominante en Région PACA avec plus de 200000 ha, structure les paysages naturels de l’Arrière Pays Méditerranéen, participant ainsi, au même titre que les champs de lavande ou les oliveraies, à l’identité régionale, renforcée encore par ses liens forts avec la trufficulture.

Parfois dépérissantes ou vieillissantes, ces forêts patrimoniales s’avèrent potentiellement très sensibles aux changements globaux, notamment climatiques qui affectent déjà la région méditerranéenne et vont se manifester avec plus d’intensité dans les décennies à venir. Cette problématique d’évolution des paysages forestiers est au cœur des préoccupations du Centre Régional de la Propriété Forestière PACA, partenaire socio-économique du présent projet.

La nécessité de mieux comprendre le fonctionnement de cette chênaie, afin d’en  prévoir les évolutions futures, a conduit à la mise en place d’un ambitieux programme de recherche fortement soutenu par la Région PACA. Ce programme, piloté par le CNRS et l’Université, s’articule autour de la réalisation d’une plate-forme expérimentale développée sur le site de l’Observatoire de Haute Provence à St Michel l’Observatoire, l’O3HP (Oak Observatory at OHP). Il s’agit en particulier, à l’aide d’un système de passerelles instrumentées installées à demeure au niveau de la canopée, de pouvoir suivre les performances et le fonctionnement de cet écosystème forestier, en le soumettant à des stress hydriques variables simulant un changement climatique potentiel.

Le soutien de la région s’est doublé d’un soutien fort du Département des Alpes de Haute Provence et bien sûr du CNRS qui a affecté à cette opération, outre des moyens financiers conséquents, un poste d’Ingénieur de Recherche et un poste d’Assistant Ingénieur chargés du suivi des expérimentations en cours d’installation, renforçant encore le potentiel humain de l’OHP.

     L’IMBE (Institut Méditerranéen de Biodiversité et d’Écologie) est fortement mobilisé dans ce projet, via différentes équipes de recherche. L’un des axes plus particulièrement développé concerne les performances du Chêne pubescent (Quercus pubescens Willd.) dans un contexte soit (i) de diminution des précipitations  (Hesselbjerg-Christiansen & Hewitson, 2007) soit (ii) d’une augmentation de la fréquence des événements climatiques extrêmes (Schar et al., 2004). Ces modifications climatiques peuvent, en limitant les processus physiologiques, affecter la croissance et même la survie des arbres (Landmann et al., 2003; Bréda et al., 2006), d’autant plus que la plupart des sols méditerranéens souvent érodés sont caractérisés par une faible capacité de rétention en eau (Butzer, 2005).

Étudier les conséquences de ces changements sur le fonctionnement de l’écosystème peut être envisagé par le suivi de l’ensemble du cycle de la matière, de la production de feuilles sur l’arbre, jusqu’à leur minéralisation au niveau du sol, aspect particulièrement développé dans ce projet.

 Ces suivis seront abordés en s’appuyant sur les dispositifs expérimentaux en cours d’installation à l’O3HP. Installés au cœur de la chênaie, ces dispositifs visent notamment, (i) à simuler l’aridification prédite pour les années à venir, en excluant, sur une partie du site expérimental, 30% des précipitations incidentes et (ii) à reproduire les conditions pluviométriques ayant prévalu en moyenne entre 1950 et 1980, sur une autre partie du site, par un apport artificiel de précipitations.

Les modifications que peuvent apporter une diminution et/ou une augmentation du volume des précipitations et de leur fréquence sur la phénologie du chêne pubescent (e.g. débourrement, phases de croissance, de floraison et de fructification, chute des feuilles) seront analysées sur l’ensemble de la canopée des arbres (e.g. partie supérieure de la couronne soumise à un éclairement intense vs branches basses) sur plusieurs cycles annuels grâce aux installations mises en place. De plus, nous suivrons la régénération forestière du chêne pubescent grâce au suivi de la survie de semis de glands au sein de chaque modalité expérimentale.

 De la production de feuilles dépend la quantité de litière qui arrive au sol. Une fois au sol, la litière subit des transformations et est en partie recyclée, produisant des éléments nutritifs à nouveau disponibles pour les végétaux. La décomposition de la litière est donc un processus fondamental des écosystèmes, en contrôlant la remise à disposition des nutriments pour la croissance des plantes (Gobat et al., 2003), la productivité des écosystèmes (Koukoura et al., 2003) la structure des communautés et le fonctionnement global des écosystèmes (Wardle & van der Putten, 2002). Le taux de décomposition de la litière est sous la dépendance de plusieurs facteurs (i) les conditions environnementales comme la température (Irons et al., 1994) et la disponibilité en eau (Larchevêque et al., 2005) et (ii) la composition biochimique de la litière (Vitousek & Reiners, 1991). Cette dernière dépend des caractéristiques des feuilles composant la litière : teneur en composés nutritifs (Gallardo & Merino, 1993), en composés de structure (e.g. cellulose, lignine) (Kazakou et al., 2006) et en composés de défense (métabolites secondaires) (Grime, 1997). Afin d’étudier l’importance relative de ces deux types de facteurs, nous prendrons tout d’abord en compte le facteur hydrique sur la décomposition et le recyclage de la matière du Chêne pubescent sur les différents parcelles. Parallèlement, nous testerons l’importance de la composition biochimique de la litière sur le processus de décomposition en étudiant la décomposition de plusieurs espèces végétales présentes sur le site car la mixité des litières peut influencer le processus (Wardle et al., 1997). Sur les parcelles expérimentales, nous bénéficions d’un mélange de litières de chêne et d’Érable de Montpellier, cette association constituant ainsi un modèle naturel de choix. Nous proposons de compléter ce dispositif en combinant à la litière de ces feuillus, celle de conifères comme le Pin sylvestre, souvent en association avec le chêne et également très sensible aux changements climatiques. L’évolution possible de l’assemblage d’espèces suite aux changements climatiques pourra ainsi être testée d’un point de vue fonctionnel.

scaffolding

Two levels of gateways: at the canopy (3.5 m, left)  and at the soil (80 cm, right) levels.

 

overview

Scheme of the research approach, including different forested ecosystems processes related to carbon cycle and risks associated to climate change.

Références

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