Soil water balance mapping to characterize forest species growth and distribution in a climate change context
Spatialisation du bilan hydrique des sols pour caractériser la distribution et la croissance des espèces forestières dans un contexte de changement climatique
Résumé
Numerous researches focus on species distribution shifts toward ecological conditions most suited to plants under climate change. Ecological indices used to characterize species ecology and to define their vulnerability over broad areas are often at coarse resolution and are determined by data availability. The aim of this work was to map soil water balance and its different components at a fine spatial resolution, and to evaluate their interest to model plant distribution and growth over the whole French forests. We firstly modeled and mapped the solar radiation and the soil water holding capacity of forest soils. These data were combined with temperatures and precipitation to map the soil water balance. For solar radiation, the main results showed that this parameter is only accurately predicted at the French scale when cloudiness is taken into account. We also showed that soil water holding capacity can be mapped at the French scale using the basic information collected on numerous plots from the French national forest inventory. Values extracted from the soil water holding capacity map allowed predicting tree species growth with efficiency similar to values estimated on plots. We also demonstrated soil water balance is more efficient than climatic water balance or precipitation to model species distribution, mainly for hygrophilous and xerophilous species. These results suggest importance of available water could be underestimated when determining the ecological niche of species. These maps allow to improve species ecology knowledge and to help in the determination of their vulnerability area to climate change.
De nombreuses recherches se focalisent sur l'étude des aires de distribution des espèces qui se décalent vers des conditions plus adaptées à leurs besoins physiologiques sous l'effet du changement climatique. Le choix des indices utilisés pour caractériser l'écologie des espèces et définir leur vulnérabilité au réchauffement en cours est souvent conditionné par leur disponibilité, alors qu'il devrait être basé sur les connaissances en écophysiologie qui les concernent. D'autre part, la résolution spatiale parfois grossière utilisée n'est pas toujours pertinente au regard de l'échelle à laquelle les processus biologiques se déroulent. Dans ce cadre, l'objectif de ce travail est de cartographier à fine résolution spatiale les bilans en eau des sols et leurs différentes composantes à l'échelle des forêts de France, et d'évaluer leur intérêt pour modéliser la distribution ou la productivité des espèces au regard des indices traditionnellement utilisés. Dans un premier temps, nous avons modélisé et cartographié les différentes composantes du bilan en eau des sols, et tout particulièrement le rayonnement solaire et la réserve utile maximale en eau (RUM) des sols forestiers à partir des relevés de l'Inventaire Forestier National (IFN). Ces données ont été combinées avec des températures et des précipitations pour spatialiser le bilan en eau des sols forestiers de France. Les principaux résultats montrent l'importance de la nébulosité dans la prise en compte du calcul du rayonnement solaire, et l'inefficacité des indices dérivés de l'exposition pour en simuler les valeurs à l'échelle de la France. Nous avons également déterminé qu'il est possible de réaliser avec des informations simples à collecter une carte des RUM des sols forestiers de France. Elle permet de prédire la croissance des essences avec une efficacité comparable aux valeurs relevées sur des placettes et d'améliorer la modélisation de la distribution de certaines essences. Enfin, nous démontrons que les calculs de bilans en eau qui prennent en compte la réserve en eau des sols sont plus efficaces que les bilans hydriques climatiques ou les pluies, particulièrement pour ce qui concerne les espèces hygrophiles ou xérophiles. Ces résultats laissent penser que l'importance de l'eau a été sous-estimée dans l'analyse de la distribution des espèces et l'étude des conséquences du changement climatique sur les plantes. Les données produites permettent de progresser dans la connaissance de l'écologie des espèces et de mieux caractériser la vulnérabilité des espèces, ouvrant la porte à la création d'outils plus fonctionnels pour aider les gestionnaires à évaluer les impacts du changement de climat et à s'y adapter.