Academic literature on the topic 'Mortalité des arbres due à la sécheresse'

Après l’exceptionnel épisode de sécheresse-chaleur 2018, des dépérissements de hêtres (Fagus sylvatica L.) adultes sont apparus au moment de la feuillaison au printemps 2019 le long d’un axe Gray-Belfort, sur les secteurs de basses altitudes (< 600 m). L’importance du phénomène tient autant à son impact au niveau des arbres qu’à son étendue (plusieurs milliers d’hectares) et affecte une zone au cœur de l’aire de distribution et de production du Hêtre. L’anomalie 2018 de déficit hydrique sur cette région peu habituée à en connaître en a constitué le facteur déclenchant. Ce dépérissement a été brutal (mortalité de branches voire d’individus), et se produisait sur des hêtres possédant un houppier le plus souvent complet avec une ramification dense. Afin de mieux appréhender le phénomène, différentes études ont été initiées : quantification spatiale du dépérissement, suivi des trajectoires de récupération ou de dégradation des hêtres selon la sévérité des symptômes initiaux, identification de facteurs de vulnérabilité. Messages clésLe déficit hydrique exceptionnel de 2018 est à l’origine des dépérissements de Hêtre.Des études sont en cours pour préciser le devenir des peuplements.

Une meilleure connaissance de la dynamique spatio-temporelle des racines fines et des gaz à effet de serre dans les couches profondes du sol est indispensable pour identifier des pratiques sylvicoles plus durables pour les forêts plantées dans un contexte de changement climatique. Notre étude visait à évaluer les effets des coupes claires et de la sécheresse sur la production de racines fines et les flux et la production de CO2, CH4 et N2O sur tout le profil de sol jusqu'à la nappe, dans des plantations d'Eucalyptus grandis conduites en taillis au Brésil. Les racines fines (diamètre < 2 mm) ont été échantillonnées jusqu'à une profondeur de 17 m sur un dispositif d’exclusion de pluviolessivat permettant de comparer des peuplements où 37 % du pluviolessivat a été exclu à l'aide de bâches en plastique (–W) avec des peuplements sans exclusion d'eau de pluie (+W). La dynamique racinaire, les flux en surface et les concentrations dans le sol de CO2, CH4 et N2O ont été mesurés dans deux fosses permanentes pour les deux traitements, + W et – W, avant la coupe des arbres et ensuite en conduite en taillis. La croissance des racines fines était considérable à grande profondeur (> 13 m) pour les arbres menés en taillis et, étonnamment, la mortalité des racines fines était extrêmement faible quelle que soit la profondeur et le traitement. La biomasse des racines fines, leur longueur et leur surface spécifiques étaient respectivement plus élevées d'environ 25 %, 15 % et 15 % pour le traitement –W que pour +W. Les concentrations moyennes de CO2 et N2O pour –W sont plus faibles de 20,7 % et 7,6 % que pour +W, et les concentrations de CH4 pour –W sont plus élevées de 44,4 % que pour +W sur l'ensemble des profils du sol. Un modèle de diffusivité montre une production et une consommation de CO2, N2O et CH4 en grande profondeur et similaire pour les deux traitements, +W et –W. La mise en place de systèmes racinaires profonds dans les forêts tropicales plantées pourrait permettre aux arbres de résister aux périodes de sécheresse attendues dans le futur. Notre étude réalisée dans des peuplements d'eucalyptus gérés en taillis, représentatifs de vastes zones tropicales, suggère que les émissions de gaz à effet de serre pourraient être peu influencées par les modifications de régimes de précipitations dues au changement climatique.

Les sécheresses ont eu un impact récurrent sur les forêts tropicales amazoniennes, amenuisant la capacité de puits de carbone de la biomasse forestière. La plupart des modèles globaux de surface terrestre utilisés pour les évaluations du budget mondial du carbone et les projections climatiques futures, n'intègrent pas la mortalité des arbres induite par la sécheresse. Leurs prévisions de la dynamique de la biomasse sont donc sujettes à de grandes incertitudes. Les faiblesses des modèlesglobaux sont liés à : (1) l’absence de la représentation explicite du transport hydraulique; (2) le manque d'équations basées sur les processus à travers la description de la façon dont une altération du système de transport hydraulique des arbres conduit à la mortalité ; (3) le manque de représentation de la mortalité à travers les tailles des arbres. Tout d'abord, j'ai implémenté une architecture hydraulique mécaniste qui a été conçue par E. Joetzjer, et un module de mortalité des arbres que j'ai conçu dans l'ORCHIDEE-CAN-NHA. Notre modèle a produit des taux annuels de mortalité des arbres comparables à ceux observés et a capturé la dynamique de la biomasse. Ce travail fournit une base pour des recherches ultérieures sur l'assimilationdes données d'observation expérimentales afin de paramétrer la mortalité des arbres induite par la défaillance hydraulique.Deuxièmement, j'ai appliqué ORCHIDEE-CAN-NHA sur la forêt tropicale intacte de l'Amazonie. Le modèle a reproduit la sensibilité à la sécheresse de la croissance et de la mortalité de la biomasse aérienne (AGB) observée sur des réseaux de placettes d'inventaire forestier dans les forêts intactes d'Amazonie pour les deux récentes méga-sécheresses de 2005 et 2010. Dans le modèle, même si le changement climatique, avec des sécheresses devenant plus sévères, a eu tendance à intensifier la mortalité des arbres, l'augmentation de la concentration de CO2 a contribué à atténuer la perte de carbone due à la mortalité en supprimant la transpiration. Enfin, j'ai utilisé le modèle ORCHIDEE-CAN-NHA afin de simuler le futur du stockage ducarbone dans la biomasse en Amazonie. La plupart des modèles climatiques (ISIMIP-2) projettent néanmoins de manière cohérente une tendance plus sèche dans le nord-est de l'Amazonie. La simulation forcée par le modèle climatique HadGEM dans le scénario RCP8.5 montre un assèchement plus prononcé dans l'est et le nord-est de l'Amazonie, avec un point d'intersection où le puits de carbone se transforme en source de carbone dans le bouclier guyanais et le centre-est de l'Amazonie, au milieu du 21e siècle. Cette étude permet de prédire l'évolution future de la dynamique de la biomasse de la forêtamazonienne avec un modèle amélioré basé sur les processus, capable de reproduire la mortalité induitepar le changement climatique. Dans les sections conclusion et perspectives, des développements futurs et des priorités de recherche sont proposés, qui amélioreraient la fiabilité et les performances du modèle basé sur les processus présentés dans cette thèse, permettant de mieux capturer les mécanismes qui contrôlent l'évolution de la dynamique de la biomasse forestière face à des risques de sécheresse plus fréquents
Droughts have recurrently impacted the Amazon rainforests, undermining the forest biomass carbon sink capacity due to a quicker increase of biomass mortality compared to growth. Most global land surface models used for assessments of the Global Carbon Budget and future climate projections have not incorporated drought-induced tree mortality. Their prediction of biomass dynamics are therefore subject to large uncertainties, as a result of (1) lack of explicit simulation of hydraulic transportin the continuum from soil to leaves; (2) lack of process-based equations connecting the impairment of the hydraulic transport system of trees to mortality; (3) lack of representation of mortality across trees sizes. To address these critical research gaps, I improved plant hydraulic representation in ORCHIDEECAN. This model was re-calibrated and evaluated over rainforests in Amazon basin, and applied to simulate the future evolution of biomass dynamics facing droughts. Firstly, I implemented a mechanistic hydraulic architecture that was designed by E. Joetzjer, and a hydraulic-failure related tree mortality module that I designed into ORCHIDEE-CAN. The model was calibrated against the world’s longest running drought manipulation experiment of Caxiuana in the eastern Amazon. Our model produced comparable annual tree mortality rates than the observation andcaptured biomass dynamics. This work provides a basis for further research in assimilating experimental observation data to parameterize the hydraulic failure induced tree mortality. Secondly, I applied ORCHIDEE-CAN-NHA over the Amazon intact rainforest. The model reproduced the drought sensitivity of aboveground biomass (AGB) growth and mortality observed atnetworks of forest inventory plots across Amazon intact forests for the two recent mega-droughts of 2005 and 2010. We predicted a more negative sensitivity of the net biomass carbon sink to water deficits for the recent 2015/16 El Nino, which was the most severe drought in the historical record. In the model, even if climate change with droughts becoming more severe tended to intensify tree mortality, increased CO2 concentration contributed to attenuate the C loss due to mortality by suppressing transpiration.Lastly, I used the ORCHIDEE-CAN-NHA model for future simulations of biomass carbondynamics. Most climate models (ISIMIP2 program) consistently predict a drier trend in northeastern Amazon. The simulation forced by the HadGEM climate model in the RCP8.5 scenario shows the most pronounced drying in eastern and northeastern Amazon, with a cross-over point at which the carbon sink turned to a carbon source in the Guiana Shield and East-central Amazon in the middle of the 21st century. This study sheds light on predicting the future evolution of Amazon rainforest biomass dynamics with an improved process-based model able to reproduce climate-change induced mortality.In the conclusion and outlook sections, future developments and research priorities are proposed, which would improve the reliability and performances of the process-based model presented in this dissertation, allowing to better capture mechanisms that control the evolution of forest biomass dynamics in the face of more frequent drought risks

Une augmentation des dépérissements forestiers a été observée ces dernières décennies et les mécanismes écophysiologiques sous-jacents à un phénomène de mortalité sont aujourd’hui mal connus. La multiplicité des études a permis de dégager plusieurs hypothèses sur les mécanismes fonctionnels mis à l’œuvre lors d’un événement de dépérissement menant à la mortalité dont deux se dégagent : un dysfonctionnement du système hydraulique ou un épuisement des réserves carbonées. Néanmoins, ces hypothèses se sont révélées être non exclusives, ni exhaustives. D’autres hypothèses ont alors été proposées, notamment la contribution d’un dysfonctionnement azoté. De nombreuses observations font état d’un risque potentiel sur l’état écologique du hêtre face à ces changements climatiques globaux par notamment une baisse de la disponibilité en azote du sol et une augmentation des événements de sécheresse. Le travail au sein de cette thèse a donc cherché à évaluer la contribution des métabolismes azoté et carboné aux dysfonctionnements observés lors d’un épisode de dépérissement menant à une mortalité. Durant les 3 ans du projet, nous avons étudié comment le métabolisme azoté et carboné pouvaient être impactés par des défoliations annuelles successives ou une sécheresse longue et intense. Notre étude a permis de montrer que face à une contrainte hydrique sévère ou une défoliation, le cycle azoté interne à l’arbre est conservé avec une forte allocation de l’azote vers le compartiment foliaire au printemps et un recyclage efficace vers les organes pérennes à l’automne. Nous avons pu estimer que cet azote recyclé à l’automne contribue fortement à la mise en place du nouveau compartiment foliaire au printemps suivant et ce, même face à des contraintes importantes. Nous avons pu également mettre en évidence que la quantité de réserves carbonées est maintenue face à une défoliation et, au moins dans un premier temps, face à une sécheresse. Néanmoins, la demande proportionnelle pour des besoins osmotiques a mené à des changements de la composition des sucres de jeunes branches et, face à une sécheresse longue et intense, à une baisse de la quantité de réserves carbonées jusqu’à la mort de l’arbre où les réserves carbonées sont fortement diminuées mais pas totalement épuisées. Finalement, le taux de mortalité dans notre expérimentation fut très faible indiquant la résistance du hêtre lorrain à des contraintes extrêmes. Nos résultats soulignent le caractère de résistance du hêtre face à une contrainte via des ajustements des métabolismes internes mais cette résistance pourrait être perdue si la contrainte est plus longue et plus récurrente. Ces éléments peuvent questionner sur le possible maintien du hêtre face aux changements climatiques
An increase in forest dieback has been observed in recent decades and the question of how trees will react to these brutal changes is raised by the scientific community but not yet resolved. The multiplicity of studies made it possible to draw several hypotheses on the functional mechanisms put into action during a death event leading to mortality, two of which emerge: a dysfunction of the hydraulic system or a depletion of carbon reserves. Nevertheless, these assumptions turned out to be neither exclusive nor exhaustive. Other hypotheses were then proposed in addition to existing ones, in particular the contribution of nitrogen metabolism during a mortality event. Numerous observations point to a potential risk to the ecological status of beech in the face of these global climate changes, in particular a decrease in the availability of soil nitrogen and an increase in drought events. The work in this thesis has therefore sought to evaluate the contribution of nitrogen and carbon metabolisms to dysfunctions observed during an episode of dieback leading to mortality. During the 3 years of the project, we studied how the nitrogen and carbon metabolism could be impacted by successive annual defoliation or a long and intense drought. Our study has shown the internal tree nitrogen cycle is conserved with a strong allocation of nitrogen to the leaf compartment in the spring, its conservation in the foliage during the growing season and an efficient recycling of the leaf nitrogen to the perennial organs during nitrogen winter remobilization. We have been able to estimate that this recycled nitrogen in the fall contributes significantly to the setting up of the new leaf compartment the following spring, even in the face of significant constraints. We have also been able to show that the quantity of carbon reserves is maintained in the face of defoliation and, at least initially, in the face of drought. Nevertheless, the proportional demand for osmotic requirements in the face of a long and intense drought has led to a decrease in the amount of carbon reserves. When the tree dies, the carbon reserves are greatly reduced, but not until exhaustion, contrary to the theory. Finally, the mortality rate in our experiment was quite low indicating the resistance of the Lorraine beech to extreme constraints such as successive defoliation or a long and intense drought. Our results emphasize the resistance character of the beech against a constraint via internal metabolism adjustments but this resistance could be lost if the stress is longer and more recurrent. These elements can question the possible maintenance of beech in the face of climate change

Ces dernières décennies, la baisse des précipitations estivales en région méditerranéenne associée à l’augmentation des températures a provoqué une diminution de la vitalité des espèces arborées. En raison de sa forte sensibilité à la sécheresse et de sa présence en limite sud de son aire de répartition, les taux de défoliation et de mortalité observés chez le sapin pectiné (Abies alba Mill.) en Provence sont importants. Mais la forte variabilité spatiale de la mortalité au sein et entre les placettes indique que les facteurs qui causent la mortalité sont multiples, complexes et peuvent différer selon l’échelle spatiale étudiée.A partir de placettes situées le long de gradients altitudinaux et topographiques localisées dans trois massifs provençaux (Mont Ventoux, forêt domaniale de l’Issole et forêt de Vésubie), nous avons estimé la variabilité spatiale de la mortalité du sapin et l’avons relié aux variables environnementales et endogènes de l’arbre responsables de son mauvais état sanitaire. L’impact des conditions climatiques, édaphiques, biotiques et des caractéristiques de l’arbre et du peuplement a d’abord été estimé sur la croissance des sapins, puis sur la probabilité de mortalité.Les capacités de rétention en eau des sols semblent avoir un rôle prépondérant sur la croissance et sur la mortalité du sapin par comparaison avec les effets de l’altitude ou des conditions climatiques, ce qui est confirmé par les simulations d’un modèle de fonctionnement basé sur les processus. Les taux de mortalité sont d’autant plus élevés que différents agents biotiques sont présents et abondants. Contrairement aux hypothèses de départ, le processus de mortalité ne semble pas être complètement connecté à celui de dépérissement évalué par l’estimation des dommages au niveau du houppier. De plus si dans certaines conditions les arbres morts sont ceuxdont la croissance radiale était la plus faible au cours de leur vie, dans d’autres cas ce sont ceux qui montrent une forte croissance dans les stades juvéniles. Des modèles statistiques de prédiction de mortalité ont été conçus et révèlent la nécessité de prendre en compte la pente de l’évolution de la croissance des dernières années et les variables de croissance relative. Si le sapin est mal adapté aux futures conditions environnementales, il est néanmoins peu probable qu’il disparaisse complètement des massifs provençaux
During last decades, the decrease in summer rainfalls and temperatures rising causeddecline in vitality of several woody species in the Mediterranean area. Due to its high sensitivity to drought and its location at the southern part of its distribution range, high defoliation and mortality rates are observed on silver fir (Abies alba Mill.) in Provence. But the large spatial heterogeneity in mortality, within and between, plots indicates that the factors inducing tree mortality are numerous, complex and can differ between studied spatial scales. Using several plots located along altitudinal and topographic gradients on three mountains in Provence (Mont Ventoux, forêt domaniale de l’Issole and forêt de Vésubie), we estimated the spatial variability of silver fir mortality and related it to environmental and endogenous variables which caused crown damages. The impact of climatic, edaphic and biotic conditions and of tree and stand characteristics was assessed on silver fir growth and on the probability of mortality. Soil water capacities seem to have predominant effect of growth and mortality compared with altitudinal or climatic variability effects. This was confirmed by simulations of silver fir functioning using a process-based model. Mortality rates are all the more important since numerous and diverse biotic agents are present. Contrary to initial hypotheses, the mortalityprocess seems not to be always linked with the declining one which is assessed by crown damages estimations. In addition, if in some cases dead trees are those with the lowest growth rates during lifetime, in other cases, dead trees showed high growth rates during the juvenile phase. Statistical models were produced in order to predict mortality and highlight the need to use radial growth trends during last years and relative growth variables at this aim. If silver fir is maladapted to futures environmental conditions, its disappearance of the mountains in Provence is not likely