Observed changes in mountain vegetation of the Alps during the XXth century - Role of climate and land-use changes - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Observed changes in mountain vegetation of the Alps during the XXth century - Role of climate and land-use changes

Résumé

Herbaceous vegetation is a good bio-indicator of environmental conditions. For this reason, it was often used to detect and to put in evidence environmental changes caused by anthropogenic activities, like eutrophication, acid atmospheric deposit, land-use change and herbivory pressure. More recently, the interest had focused on the impacts of climatic change on ecosystems in general, and on vegetation in particular. Mountains were naturally chosen as study areas, as the thermal gradient induced by the relief (-0.56°C for 100m a.s.l.) is thousand times higher than in lowlands along the latitudinal gradient. Moreover, mountain regions undergo weaker urbanisation and agricultural pressure than lowlands, thus limiting obstacles to species' migration. Both these arguments make mountain regions a privileged area for the study of early migratory response of vegetation to climatic changes. Until now, existing studies mostly focused on upper species' limits, or on limited geographic zones, or else on areas where the warming effect is difficult to disentangle from land-use change, which also occur at a large spatial scale. A part of this PhD is devoted to mountain forest habitat, where pastoralism effects are reduced. Furthermore, a method is developed, based on the modelling of changes in vegetation response to elevation gradient, allowing the reinventory of non-permanent plots, and thus to extend the use of historical data to non-geolocalized dataset. With this method, two characteristics of vegetation were analysed: the optimum position of individual species on the one hand (data from French National Forest Inventory in Mediterranean mountains of southeastern France), and changes in the indicator value of plant communities on the other (inner alpine Maurienne valley, France). Moreover, the long-term shift of species' lower limit is studied in the Bernina valley (Switzerland), to test if the species response at their lower limit, rarely studied until now, is similar to the response reported from the upper limit. The last part focuses on changes in the flora of a really localised area, that is protected from species migrations by a broad physical barrier formed by two glaciers (Nunatak Isla Persa, Bernina, Switzerland), and thus, almost free from potential effects of other parallel anthropogenic disturbances. Time intervals between each inventory or sampling in these different studies vary from 14 years to one century. Every studied case shows a shift of species toward higher elevations: mean shift of 12.6m/decade of the optimums of 175 forest species in Mediterranean Mountains, communities of Maurienne forests changing to more thermophilous vegetation at a given elevation equivalent to a mean shift in elevation of +29.6m/decade, retreat of the species' lower limit in the Bernina valley of +5.6m/decade, arrival of species from lower vegetation belts on the Nunatak Isla Persa. However, other phenomena explaining the observed vegetation response became also evident in our study: forest closure and maturation relatively more important at lower elevations in Mediterranean mountains, important eutrophication in vegetation of Maurienne valley probably due to increasing road traffic, probable habitat fragmentation and dispersal by hikers in Bernina. These direct anthropogenic disturbances play a role comparable in space and time to the indirect anthropogenic impact of climate change. Thus, it is essential to consider them in the observation of vegetation changes, before assigning the effects to climate warming only.
La végétation herbacée est un bon indicateur des conditions environnementales. Pour cette raison, elle a souvent été utilisée pour mettre en évidence les changements environnementaux causés par les actions humaines, tels qu'eutrophisation, dépôts atmosphériques acides, changements de l'usage des sols ou de la pression d'herbivorie. Depuis peu, on s'intéresse aux effets des changements climatiques sur les écosystèmes en général, et sur la végétation en particulier. Le choix des zones d'étude s'est naturellement porté sur la montagne, car le gradient thermique induit par le relief (-0,56°C pour 100 mètres d'altitude) y est mille fois plus élevé qu'en plaine le long du gradient latitudinal. D'autre part, les zones de montagne sont soumises à une urbanisation et une pression agricole moindre qu'en plaine, limitant ainsi les obstacles à la migration des espèces. Ces deux arguments font des régions de montagne une zone privilégiée pour l'étude de la réponse migratoire précoce de la végétation aux changements climatiques. Jusqu'ici, les études effectuées se sont focalisées pour la plupart sur la limite supérieure des espèces, ou sur de petites zones géographiques, ou bien encore sur des zones où il est difficile de dissocier les effets du réchauffement de ceux des changements d'usage des sols, qui se produisent eux aussi à grande échelle. Une partie de cette thèse est consacrée aux milieux forestiers montagnards, dans lesquels l'effet du pastoralisme est réduit. D'autre part, une méthode basée sur la modélisation des changements de la réponse de la végétation au gradient d'altitude est développée, permettant le rééchantillonnage sur placettes non-permanentes, et ainsi d'étendre l'utilisation de données anciennes à des séries de relevés non géolocalisés. En s'appuyant sur cette méthode, deux caractéristiques de la végétation ont été analysées : la position de l'optimum d'espèces prises individuellement d'une part (données de l'Inventaire Forestier National dans les montagnes méditerranéennes du sud-est de la France), et les changements de la valeur indicatrice des communautés végétales d'autre part (vallée de la Maurienne, France). Par ailleurs, on a étudié les déplacements à long terme de la limite inférieure des espèces dans la vallée de la Bernina (Suisse), pour tester si la réponse des espèces en limite inférieure, peu étudiée jusque là, est identique à celle en limite supérieure de leur distribution. Enfin, on a étudié l'évolution de la flore d'une zone très localisée, mais par ailleurs protégée des migrations d'espèces par une large barrière physique constituée par deux glaciers (Nunatak Isla Persa, Bernina, Suisse) permettant de s'affranchir totalement des effets potentiels d'autres perturbations anthropiques concomitantes. Dans ces différentes études, les intervalles de temps entre chaque inventaire ou échantillonnage varient de 14 ans à un siècle. Chacun des cas étudiés montre une remontée des espèces en altitude : remontée moyenne de +12,6 m/décennie des optimums de 175 espèces forestières dans les montagnes méditerranéennes, communautés des forêts de Maurienne évoluant vers une végétation plus thermophile à une altitude donnée équivalent à une remontée moyenne de +29.6m/décennie, retrait de la limite inférieure des espèces en Bernina de +5,6 m/décennie, arrivée d'espèce d'étages inférieurs sur le nunatak Isla Persa. Mais d'autres phénomènes expliquant la réponse observée de la végétation sont clairement mis en cause dans cette étude : fermeture et maturation du couvert forestier relativement plus importante à basse altitude dans les montagnes méditerranéennes, eutrophisation importante de la végétation en vallée de la Maurienne probablement due à l'augmentation du trafic routier, probable fragmentation de l'habitat ou dispersion par les randonneurs en Bernina. Ces perturbations anthropiques directes jouent à des échelles de temps et d'espace comparables à l'effet anthropique indirect du changement climatique. Il est donc primordial de les prendre en compte dans les changements de végétation observés, avant de conclure à un effet du réchauffement climatique seul.
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Dates et versions

tel-00592144 , version 1 (11-05-2011)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00592144 , version 1
  • PRODINRA : 246449

Citer

Jeanne Bodin. Observed changes in mountain vegetation of the Alps during the XXth century - Role of climate and land-use changes. Ecology, environment. Université Henri Poincaré - Nancy I; Universität Hannover, 2010. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00592144⟩
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