Un réseau européen de placettes chêne-sessile pin sylvestre pour mieux comprendre l’effet du mélange sur la vulnérabilité des peuplements forestiers (projet REFORM)

L’un des objectifs du projet REFORM (REsilience of FORest Mixtures, ERA-NET SUMFOREST, voir aussi ici) est d’installer des placette à l’échelle européenne comparant des peuplements purs et mélangés de chêne sessile et de pin sylvestre afin de déterminer le rôle du mélange sur la vulnérabilité des peuplements forestiers. C’est dans ce cadre que 3 placettes du dispositif OPTMix vont être intégrées dans ce projet.

Des données dendrométriques complémentaires ont été collectées du 19 au 22 mars 2018 (mesures de largeur de houppier et prélèvements de carottes sur 120 arbres).

Merci à Mathias Steckel,  doctorant sur le projet (Technical University of Munich, TUM School of Life Sciences Weihenstephan, Chair of Forest Growth and Yield Science), venu pour nous aider et superviser l’opération.

Et un grand merci aux personnels d’Irstea Grenoble (UR LESSEM) venus nous aider pendant cette semaine :
Pascal Tardif (équipe ASTRRE), Eric Mermin (équipe ASTRRE) et Patrick Vallet (équipe DYNAMICS)

Article paru sur l’effet du mélange sur la diversité des bryophytes

Un article traitant de l’effet du mélange sur la diversité des bryophytes vient de paraître dans Forest Ecology and Management. Ce travail a été réalisé en partie sur les placettes expérimentales du dispositif OPTMix dans le cadre du stage de Master 2 de Deki Fourcin (Irstea Nogent-sur-Vernisson). Ci-dessous le résumé et les points forts de l’article.

Gosselin, M., D. Fourcin, Y. Dumas, F. Gosselin, N. Korboulewsky, M. Toïgo and P. Vallet (2017). « Influence of forest tree species composition on bryophytic diversity in mixed and pure pine (Pinus sylvestris L.) and oak (Quercus petraea (Matt.) Liebl.) stands. » Forest Ecology and Management 406(Supplement C): 318-329. doi: 10.1016/j.foreco.2017.09.067

Les effets des peuplements mixtes sur la biodiversité sont de plus en plus étudiés puisqu’ils sont censés offrir une plus grande hétérogénéité d’habitat. Néanmoins, pour la diversité associée aux arbres, y compris les épiphytes et les espèces terricoles près des troncs d’arbres, peu d’études existent, et encore moins comparent les peuplements mixtes à chaque peuplement d’espèces pures correspondantes. Nous avons évalué et quantifié l’influence de la composition de la forêt sur la diversité des bryophytes associées aux arbres (richesse spécifique, abondance, composition) dans des peuplements mixtes et purs de chênes et de pins dans une forêt française de plaine. Les principales variables explicatives de la diversité des bryophytes au niveau des arbres étaient l’identité des espèces d’arbres phorophytes et le type de mélange (pur versus mixte). Au niveau de la parcelle, la principale variable explicative était le type de peuplement (chêne pur, pin pur et mixte). Nous avons également exploré le rôle d’autres variables, notamment la chimie des substrats bryophytes (sol, écorce) et l’approvisionnement en eau (écoulement de la tige, chute), ainsi que les variables d’abondance du peuplement (surface terrière, couverture végétale interférente). Nous avons analysé des données avec des modèles linéaires généralisés sous des statistiques bayésiennes, pour prendre en compte l’autocorrélation spatiale entre les placettes et toute sous- ou sur-dispersion de nos données. Au niveau de l’arbre, la richesse et l’abondance des bryophytes étaient plus élevées sur le chêne que sur le pin. La richesse en bryophytes des pins était plus élevée dans les peuplements mélangés que dans les peuplements purs, tandis que pour les chênes, les peuplements mixtes n’amélioraient pas la richesse en bryophytes. Au niveau des parcelles, les peuplements mixtes abritaient des communautés de bryophytes d’une richesse similaire à celles des peuplements de chênes purs, alors que les peuplements de pins purs étaient nettement plus pauvres. Nos modèles exploratoires ont suggéré des effets forts de la chimie de l’approvisionnement en eau (pH et conductivité du flux de la tige et de l’écoulement) et de la surface terrière; cette dernière a eu un fort effet quadratique sur la richesse épiphytique au niveau de la parcelle. En termes de composition, trois espèces étaient plus susceptibles de se trouver sur les phorophytes du pin, sept espèces se rencontrant plus fréquemment sur les chênes. Certaines espèces étaient plus susceptibles d’être associées au pin dans les peuplements mélangés que dans les peuplements purs, et une espèce était plus souvent trouvée sous les pins dans les peuplements purs. Par conséquent, la diversité des bryophytes à l’échelle du paysage devrait bénéficier de la présence simultanée des trois types de peuplements: chêne pur, pin pur et peuplements mixtes.

Points forts :

  • La diversité des bryophytes sur et au pied des arbres est plus élevée pour le chêne que pour le pin.
  • Les peuplements mélangés améliorent la diversité des bryophytes pour les pins.
  • Au niveau des parcelles, les peuplements mélangés et les peuplements de chênes purs présentent une richesse en bryophytes similaire.
  • Néanmoins, certaines espèces sont plus susceptibles d’être observées sur les pins.
  • En plus de l’effet de l’essence ou du mélange, les modèles exploratoires révèlent des effets forts de la surface terrière et du pH des pluviolessivats sur la bryo-diversité.

Cette recherche a été soutenue par le ministère français de l’Environnement (projets ISCAR et DivClim) et réalisée sur une partie du site expérimental OPTMix (Oak Pine Tree Mixture), géré par Irstea et soutenu par la région Centre-Val de Loire et l’Office national des forêts.

Séminaire annuel OPTMix, 9, 11 et 12 janvier 2018

Je vous informe de la tenue du SEMINAIRE ANNUEL d’OPTMix les 9, 11, 12 janvier 2018 salle des Tilleuls, Irstea Nogent-sur-Vernisson.

Ces journées sont l’occasion de faire le point sur l’année écoulée, en termes de pilotage, vie et maintenance du dispositif mais aussi d’échanger sur les aspects scientifiques, les travaux réalisés et ceux planifiés ou encore de discuter de nouvelles manip ou collaborations à développer.

Ces échanges sont donc ouverts à tous, pour votre curiosité, pour échanger, ou vous investir. Ci-dessous le programme pour vous organiser au mieux selon vos affinités et disponibilités.

Nathalie Korboulewsky

9 janvier

  • 9-12h30 Tâche 1 (Nathalie Korboulewsky) Pilotage :
    bilan de l’année écoulée (travaux, collaboration, projets, stagiaires, actions de com, budget, etc.)
  • 14-15h45 Tâche 2 (Thomas Pérot) Gestion des modalités sylvicoles :
    Passage du témoin à Sandrine Perret
    Bilan des exploitations 2017, entretiens dispositif, etc.
  • 16h-17h Tâche 3 (Patrick Vallet) Croissance et productivité:
    – Passage du témoin à Thomas Pérot
    – Quels enseignements des dendromètres (T. Pérot) ?

11 janvier

  • 9-12h Tâche 5 (Anders Marell) Dynamique du sous-bois et biodiversité
    09h00-09h15 – Présentation synthétique de la tâche 5, contributeur Anders
    09h15-10h15 – Dynamique de la régénération forestière (caractérisation de la pression d’ongulés et de rongeurs, fructification/pluie de graines, régénération naturelle, régénération végétative)
    – Récolte des graines de pin et glands de chêne, discussion autour du protocole 2018 ; Adélie Chevalier (5 min + 10 min discussion)
    – Résultats et article rejet (5‘ + 5 ‘ discussion) – Anders Mårell/Jean-Pierre Hamard
    – Suivi pièges photographiques (5’ + 10’ discussion) – Anders Mårell/Yves Boscardin.
    10h15-10h30 – Pause-café
    10h30-11h30 – Dynamique de la diversité du sous-bois (flore vasculaire, bryophytes, lichens), contributeurs Yann, Marion, Hilaire, Anders
    – Bilan des suivis, valorisations et perspectives en ce qui concerne les bryophytes et lichens à l’échelle de l’arbre-support – Marion Gosselin (10’+ 10’discussion)
    – Inventaire de la flore terricole, manipulation pour l’identification des ronces du réseau au niveau espèces, perspectives en termes d’expérimentations. – Yann Dumas (10’+10’)
    – Proposition sujet de thèse sanglier-bryo-régé. – Anders Mårell (5 ‘+ 5’discussion)
    10 min libre pour des points divers
    11h30-12h30 – Gestion du dispositif (gestion du sous-bois, les enclos), contributeurs Jean-Pierre, Yves
  • 14-14h20 Tâche 6 (Anders Marell) Expérimentation en conditions semi-contrôlées : PepiRoch. Fin de PepiRoch…
  • 14h20-17h Tâche 4 (Philippe Balandier) Utilisation des ressourcesIntroduction (PB, 10’)
    – Elaboration des bases de données « ressources » (TP, 15’ + 5’)
    – Evolution des réserves glucidiques des chênes et des pins (stage de C. Matthieu) (Cécile Barbaroux, université d’Orléans, 10’ + 5’)
    – Caractérisation du fonctionnement hydrique des chênes et des pins (Thèse de Jordan) (JB, 10’ + 5’)
    Tâche 3 : Croissance et productivité:
    – Effets du mélange la croissance des chênes et des pins en période de stress hydrique (Thèse de Jordan) (JB, 10’ + 5’)

12 janvier

  • 9-12h30 Tâche 4 (Philippe Balandier) Utilisation des ressources, suite : présentations de 10 min plus discussions
    – Caractérisation d’une partie du cycle du C en fonction des niveaux de densité à l’aide de mesure de respiration du sol couplées à des analyses microbiennes – Stéphane Bazot (ESE) pour la présentation du M2 en 2018
    – Effet du mélange d’espèces forestières des forêts d’Orléans sur la vitesse de décomposition des litières? (stage d’E. Potiron) – Sébastien Gogo, ISTO Orléans ANNULE
    – Effet de mélange sur la décomposition des litières de chêne et de pin – Céline Pradier, Post-doc irstea
    – Etalonnage des sondes de mesure de la teneur en eau du sol (stage Damien Chagnaud) – Philippe Balandier
    – Analyse des variations de la hauteur de la nappe d’eau perchée temporaire (stage d’Anna-Karine Jean) Nathalie Korboulewsky
    – Discussion générale sur les futurs projets et actions à entreprendre (30’)
  • 14-17h ou plus tôt Derniers échanges et éléments à décider. Clôture

Fin de l’exploitation

L’exploitation dans les parcelles expérimentales est maintenant terminée (voir aussi ici et ici). Le plus gros de l’exploitation a été réalisé en 1 mois (du 25/09/2017 au 03/11/2017) dans de très bonnes conditions.

Un grand merci à l’Office National des Forêts qui a réalisé et coordonné cette opération et qui a su trouver des solutions pour prendre en compte toutes les contraintes de ce dispositif expérimental.

Article paru sur l’effet du mélange sur la réponse fonctionnelle des arbres en condition de sécheresse

Un article traitant de l’effet du mélange sur la réponse fonctionnelle des arbres en condition de sécheresse vient de paraître dans Annals of Forest Science. Ce travail a été réalisé en partie sur les placettes expérimentales du dispositif OPTMix en collaboration avec Damien Bonal de l’INRA de Nancy. Il fait suite au stage de Master 2 de Mathilde Pau (Irstea Nogent-sur-Vernisson, année 2016). Ci-dessous les points clés de l’article.

Bonal, D., M. Pau, M. Toigo, A. Granier and T. Perot (2017). « Mixing oak and pine trees does not improve the functional response to severe drought in central French forests. » Annals of Forest Science 74(4): 72. doi: 10.1007/s13595-017-0671-9

  • Key message: Mixing sessile oak and Scots pine in central France to reduce intraspecific competition for water resources did not improve the ability of these two species to withstand severe drought during the summer.
  • Context: In order to reduce the impact of increasingly extreme droughts on forests, managers must adapt their practices to future climate conditions. Maintaining a greater diversity of tree species in temperate forest ecosystems is one of the recommended options.
  • Aims: We addressed how interactions between sessile oak and Scots pine in mixed forests in central France affect their functional response to drought.
  • Methods: We characterized the carbon isotope composition (δ13C) in the tree growth rings formed during wet (2001, 2007) or dry (2003, 2004) summers for each of the two species growing both in pure and in mixed stands in order to compare the effect of stand composition on variations in carbon isotope discrimination (Δ13C) among contrasted years.
  • Results: The severe drought in 2003 induced a strong decrease in Δ13C for all trees and in all stands as compared to 2001. This decrease was greater in pine than in oak. There was no significant difference between pure and mixed stands in the response of either species to drought.
  • Conclusion: Mixing sessile oak and Scots pine in stands in central France does not improve the ability of either species to withstand severe drought during the summer.

Mean Δ13C values for each year according to tree species and stand composition. Vertical bars represent standard errors of the mean

 

OPTMix en Suède

OPTMix a récemment reçu des chercheurs étrangers pour un échantillonnage de sol (plus de détail ici), mais les membres d’OPTMix vont également visiter des sites expérimentaux étrangers afin de promouvoir les échanges internationaux entre chercheurs. C’est dans cet esprit que Jordan Bello (Doctorant sur OPTMix) s’est rendu en Suède, et plus exactement à Umeå à SLU, Swedish University of Agricultural Sciences pour un mois (novembre 2017). Il y travaille avec Niles Hasselquist, chercheur travaillant sur les relations sols-plantes et principalement comment le changement climatique et la gestion des ressources modifient le cycle de l’énergie et des nutriments. Jordan va profiter de cet échange pour traiter les données des dosages isotopiques effectués dans le sol et les arbres des placettes OPTMix à la fin de l’été 2016 (plus de détail ici). L’objectif de ces analyses et de déterminer la profondeur d’acquisition de l’eau du sol par les arbres pendant une période de stress hydrique et de savoir si cette profondeur dépend de l’essence (chêne sessile, pin sylvestre), de la taille des arbres, et de la composition du peuplement (pur ou mélangé). Jordan a aussi visité leur site expérimental où des dosages des isotopes de la sève des arbres sont réalisés en temps réel.

 

Exploitation en cours

L’exploitation des arbres dans le dispositif a commencé le 26 septembre dernier (voir aussi ici). Neuf parcelles forestières sont concernées pour un total d’environ 40ha. Cette opération est réalisée et coordonnée par l’Office National des Forêts.
Dans la mesure du possible l’exploitation se fait de manière mécanisée ce qui permet de mieux prendre en compte les contraintes liées à la présence de matériel sensible installé dans les placettes (capteurs, collecteurs, clôtures) et de concentrer l’impact de l’exploitation dans les cloisonnements.

Effet de la composition du peuplement et de l’essence sur le stockage du carbone dans le sol (projet REFORM)

OPTMix est l’un des sites européens choisis pour le projet ERA-NET SUMFOREST REFORM (REsilience of FORest Mixtures) coordonné par Quentin Ponette (professeur à l’Université catholique de Louvain). L’objectif de ce projet REFORM est de développer des prescriptions sylvicoles pour les peuplements mixtes qui sont très résistants et résilients aux perturbations biotiques et abiotiques à venir. Dans le cadre du WP4 traitant de la fourniture à long terme des services écosystémiques, le présent sous-projet se concentre sur les impacts de la composition des peuplements sur le stockage du carbone organique des sols. Pour OPTMix, les échantillons de sol sont collectés par Benjamin Willems et Richard Osei, de l’Université catholique de Louvain courant septembre. Ils utilisent une approche triplet (peuplements purs et mélangés de deux essences), sur un transect en Europe, avec comme objectifs spécifiques de :
(i) comparer les stocks de carbone organiques du sol (plancher forestier et sol minéral jusqu’à 40 cm) sous des peuplements purs et mélangés ;
(ii) quantifier les effets de l’identité des espèces et le mélange sur le partage du carbone organique du sol ;
(iii) tester un effet possible du site ou une interaction (site × mélage) sur les processus ci-dessus.

Ce travail est complémentaire du post-doc de Céline Pradier qui commence à partir de décembre 2017 à irstea Nogent-sur-Vernisson, et qui étudiera le pool de carbone sur OPTMix et comparera les pools de carbone dans la biomasse aérienne et dans le sol pour des peuplements purs et mélangés de chêne et de pin.


Échantillonnage de la litière et de sol jusqu’à 40 cm de profondeur (Richard Osei, PhD à l’Université catholique de Louvain)


Mesure de la densité apparente du sol à l’aide de petites billes de verre (Benjamin Willems, technicien à l’Université catholique de Louvain)

Une nouvelle éclaircie dans les placettes expérimentales

Le dispositif OPTMix teste deux densités de peuplement : une densité faible avec un RDI (Relative Density Index) autour de 0.4 et une densité moyenne avec un RDI autour de 0.7. Pour le mélange il existe aussi une troisième modalité sans intervention sylvicole (pour plus de détails voir ici). Une première éclaircie a été réalisée entre 2013 et 2015 permettant d’obtenir les densités cibles pour la plupart des placettes. Néanmoins pour quelques placettes cela n’a pas été possible car les densités de départ étaient trop importantes. Une nouvelle éclaircie devrait donc avoir lieu cet hiver pour atteindre les densités définitives du dispositif expérimental.
Dans un premier temps, un inventaire complet des placettes a été réalisé pour connaître précisément la situation avant éclaircie et déterminer le nombre de tiges à enlever pour atteindre les densités cibles. Dans un deuxième temps, pour toutes les placettes, le marquage des arbres à enlever a été réalisé sur des cellules d’environ 5000 m² de façon à obtenir une densité la plus homogène possible à l’échelle de la placette.
L’exploitation sera réalisée au cours de l’hiver avec l’aide de l’Office National des Forêts.

Des mesures de flux de sève pour mieux comprendre l’utilisation de l’eau par les arbres

Dans le cadre de la thèse de Jordan Bello (Irstea Nogent-sur-Vernisson) des capteurs de flux de sève ont été installés dans les placettes OPTMix en collaboration avec l’INRA de Nancy (Damien Bonal).
L’objectif de cette expérimentation est de mieux comprendre les stratégies du chêne sessile et du pin sylvestre vis à vis de la consommation de l’eau sur un sol à nappe perchée temporaire. Pour cela la densité du flux des individus sera mesurée lorsque les conditions sont non limitantes en eau ainsi que pendant des périodes de forte contrainte hydrique. De plus, les capteurs ont été installés dans des peuplements purs et mélangés afin de déterminer si la transpiration de ces espèces est modifiée lorsqu’elles poussent en mélange.