Range-wide demographic patterns in European forests along climatic marginality gradients : An approach using national forest inventories
Patrons démographiques à large échelle des forêts européennes le long des gradients de marginalité climatique : une approche utilisant les Inventaires Forestiers Nationaux.
Résumé
Modern climate change is reshaping species distributions, particularly on slow shifting organisms such as trees. Forests composition is therefore expected to change in the coming decades, which will alter ecosystem functions and biodiversity, with negative ecological and societal consequences for the planet.Tree distribution depends on several demographic traits such as recruitment, growth and mortality that interact across large climatic gradients. Yet, mortality is rising in all forested biomes in the world. In Europe for instance, forest mortality increases towards the climatic trailing edge of the species ranges as a response to drought. These high mortality rates are usually related to a lack of recruitment, which may induce vegetation shifts, but also opening new opportunities for the establishment of exotic invasive species. As demographic trait responses to climate vary across and within species, understanding trait interactions along large climatic gradients is crucial to better predict the impact of climate change on forest productivity, composition and range-shift dynamics.In this work I analyzed tree mortality and recruitment patterns of twenty of the most common native species and two exotic species in European forests and their triggered drivers. To this aim, I used data of 2 million trees from 153 892 plots measured in the National Forest Inventories from France, Spain, Germany, Belgium (Wallonia), Sweden and Finland.In the first chapter, I analyzed tree mortality and showed that the highest mortality occurrence happens in the climatic trailing edge, driven by drought, whereas the intensity of mortality is triggered by competition, drought and high temperatures and was uniformly scattered across species ranges. In addition, the occurrence of mortality was the highest in the trailing edge of temperate species and the lowest in the leading edge for half of the Mediterranean species.In the second chapter I analyzed tree recruitment, showing that for most species, there are no differences in recruitment across species ranges. Recruitment was strongly limited by competition and often depended on age, or growth rate of the plot. Surprisingly, the role of drought in tree recruitment only was evident in interaction with tree competition.In the third chapter, I assessed the invasiveness of two exotic invasive species, Quercus rubra and Robinia pseudoacacia. My results showed that both species are able to recruit new individuals under all other species canopies, to become dominant at the expanse of many trees species and suggested that they are both expanding their ranges northwards and southwards, in part because they are relatively less sensitive to drought than the other species.All together, my results highlight that trees sensitivity to current climate change is trait-dependent and differs across species ranges. The southern part of the species ranges can be shaped by drought-induced mortality, while recruitment is much less affected by drought. This different sensitivity to climate of tree mortality and recruitment suggests that recruitment could counteract the negative effects of climate change to a certain extent and that forests might be more resilient than what was previously thought. Yet, the exotic species expansion is less affected by the surrounding environment than Mediterranean and temperate species and could benefit from climate warming. Hence, the potential help of recruitment for in-situ species range persistence, and the management strategies which could help forests to mitigate future climate change remains to be explored.
Le changement climatique contemporain modifie la répartition des espèces, en particulier celle des organismes aux lentes capacités de migration comme les arbres. La composition des forêts devrait être affectée dans les prochaines décennies, modifiant en même temps les fonctions et la biodiversité de ces écosystèmes, avec de fortes conséquences écologiques et sociétales. La distribution des arbres dépend de traits démographiques tels que le recrutement, la croissance et la mortalité qui interagissent le long des gradients climatiques.Les taux de mortalité forestière augmentent dans tous les biomes du monde. En Europe, par exemple, la mortalité augmente en marge chaude des aires de répartition des espèces en réponse à la sécheresse. Ces taux de mortalité élevés s’accompagnent de faible taux de recrutement, induisant des changements de végétation et rendant de nouveaux espaces disponibles, qui sont une opportunité pour les espèces exotiques envahissantes. Néanmoins, ces réponses démographiques au climat sont espèces et traits dépendantes. Comprendre comment s’articulent ces traits démographiques le long des gradients climatiques est donc un enjeux important pour prédire l'impact du changement climatique sur la dynamique forestière.Dans ce travail, je me suis intéressé aux patrons et aux déterminants de la mortalité et du recrutement de vingt espèces d’arbres indigènes et deux espèces exotiques dans les forêts européennes. Dans ce but, j'ai utilisé les données de 2 millions d'arbres provenant de 153892 parcelles mesurées dans les inventaires forestiers nationaux Français, Espagnol, Allemand, Wallon, Suédois et Finlandais.Je me suis d’abord intéressé à la mortalité des arbres. J’ai montré que l'occurrence de la mortalité est plus élevée en marge chaude et liée à des taux de sécheresse élevés alors que les évènements intenses de mortalité sont eux expliqués par différents facteurs incluant la compétition, la sécheresse et des températures élevées et peuvent se manifester sur l’ensemble de l’aire de répartition. En outre, l'occurrence de la mortalité est plus élevée en marge chaude des espèces tempérées et plus faible en marge froide pour la moitié des espèces méditerranéennes.J’ai ensuite analysé le recrutement de ces mêmes espèces et montré que pour la majorité, les taux de recrutement varient peu le long de leur aire de répartition. Le recrutement était fortement limité par la compétition et dépendait souvent de l'âge ou du taux de croissance du peuplement. De plus, le rôle de la sécheresse sur le recrutement des arbres n’est significatif qu’en interaction avec la compétition.Enfin, j'ai évalué le caractère envahissant de deux espèces exotiques, Quercus rubra et Robinia pseudoacacia. Mes résultats montrent que les deux espèces sont capables de recruter de nouveaux individus sous le couvert d’autres espèces et même de devenir dominantes au détriment de celles-ci. Mes résultats montrent également une expansion de leur aire de répartition au nord comme au sud. Ces résultats s’expliquent en partie par une sensibilité à la sécheresse relativement plus faible que les espèces indigènes.Dans l'ensemble, mes résultats soulignent que la sensibilité des arbres au changement climatique est trait-dépendent et varie le long des aires de répartition. Alors que la mortalité en marge chaude semble largement induite par la sécheresse, le recrutement y est beaucoup moins sensible. Cette différence de réponse suggère qu’un recrutement élevé pourrait compenser les effets négatifs du changement climatique. Néanmoins, les espèces exotiques, moins affectées par les facteurs environnementaux que les espèces méditerranéennes et tempérées, pourraient bénéficier du réchauffement climatique. Il reste donc à explorer dans quelle mesure le recrutement peut aider des espèces à persister in situ et quelles stratégies de gestion pourraient aider les forêts à atténuer le changement climatique futur.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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