Dans le cadre de la septième journée internationale dédiée aux sciences du végétal intitulée « Fascination of Plants Day – 2024 », l’unité EFNO du centre INRAE Val de Loire accueillera 70 élèves du lycée Bernard Palissy de Gien (Loiret). Cet accueil se fera le 7 mai sur le dispositif expérimental OPTMix situé en forêt d’Orléans.
Des lycéens de classe de 1ère « Spécialité : biologie » participeront donc à différents ateliers consacrés à l’étude de l’écosystème forestier, ateliers animés par leurs professeurs et des chercheurs d’INRAE. Au programme :

• Atelier 1 : estimation de la biomasse des arbres en lien avec le service écosystémique de régulation du climat (animation par les professeurs du lycée)
• Atelier 2 : service de régulation sur le climat et l’eau (animation par les professeurs du lycée)
• Atelier 3 : forêt et changement climatique : projet OPTMIX : quelle stratégie sylvicole pour adapter le fonctionnement de cet écosystème au changement climatique (animation INRAE)
• Atelier 4 : interactions entre espèces dans leur diversité (animation par les professeurs du lycée)
• Atelier 5 : métier de la recherche (animation INRAE)
• Atelier 6 : Métrologie environnementale (animation INRAE)

Dans le cadre d’un projet visant à mieux définir la surface foliaire des peuplements mélangés (InFoMix), nous avons bénéficié du soutien scientifique et technique de la Zone Atelier Loire et Mathieu Bonnefond du LECAM de Tours, pour le passage d’un drone équipé d’un LiDAR en février 2024. Ce survol sera refait, couplé à des mesures en multispectral à deux autres dates :  fin mai, en période de végétation mais sans stress hydrique, et en aout, en période plus contraignante. Nous comparerons les images entre dates, ainsi que les résultats de la chaîne de calcul entre différentes méthodes utilisées pour l’estimation du LAI (Leaf Area Index) des chênes et des pins.

Les dispositifs d’OPTMix (Unité EFNO) et de Font-Blanche (URFM – RECOVER) sont mobilisés dans le cadre du projet InFoMix « Indice foliaire par espèce en forêt mélangée » (appel à projet AnaEE-France 2023 – durée d’un an à partir du 1er janvier 2024). Les deux dispositifs ont la particularité d’étudier le fonctionnement des forêts mélangées : mélange chêne sessile – pin sylvestre pour OPTMix et pin d’Alep – chêne vert pour Font Blanche. L’indice foliaire (Leaf Area Index LAI en m² feuilles/m² de sol) est l’une des principales variables suivies car le feuillage conditionne la photosynthèse et le bilan en eau de la forêt. Cependant, les méthodes permettant de caractériser le LAI les plus utilisées fournissent actuellement une estimation de la couverture totale, toutes espèces confondues (elles sont basées sur la mesure de l’interception de la lumière par les feuilles). L’objet du projet InFoMix est d’extraire la contribution de chaque espèce du mélange au LAI total grâce à la prise de photographies hémisphériques et par la modélisation 3D inverse. Ainsi des photographies hémisphériques par strate seront effectuées à Font-Blanche (pins d’Alep et chênes verts ont des hauteurs différentes) et des photos hémisphériques à deux dates clés à OPTMix (minimum hivernal lorsque seul le pin sylvestre est présent, et pic estival).

Dans le cadre du projet SylvEau (RMT Aforce 2023, Effets de la densité et des éclaircies en peuplements réguliers sur le contenu en eau du sol, réseau GIS COOP et OPTMix) porté par Ingrid Seynave (INRAE, UMR SILVA) des mesures de Leaf Area Index (avec un LAI2000)  ont été effectuées sur le dispositif OPTMix dans les placettes en peuplement monospécifique de chêne sessile. Ces mesures seront utilisées pour appliquer le modèle de bilan hydrique Biljou. Les mesures de teneur en eau du sol effectuées sur les placettes expérimentales seront ensuite comparées aux simulations du modèle Biljou. L’objectif du projet est d’améliorer les connaissances sur l’effet des itinéraires sylvicoles sur la sécheresse édaphique en peuplements réguliers.

En avril 2023, environ 80 arbres morts sur pied, principalement des pins sylvestres, ont été abattus soit pour des raisons de sécurité soit parce qu’ils menaçaient les équipements expérimentaux (capteurs, clôtures).

Fin mars, une nouvelle expérimentation a été installée sur les placettes en faible densité en enclos et en exclos dans le cadre du projet OSCAR « Comment les Ongulés sauvages modifient le cycle des nutriments et du carbone en forêt ?». Ce projet a pour but de tester l’effet des ongulés sur le cycle biogéochimique. Pour cela, des résines échangeuses d’ions permettant de capter les nutriments disponibles dans le sol sont enterrés sur OPTMix pendant un an, ainsi que des sachets de thé pour suivre la décomposition de la matière organique pendant 6 mois. Des prélèvements de sols et d’humus ont également été effectués.

Début mars, une nouvelle expérimentation a été installée sur 3 parcelles (un triplet pur chêne, mélange, pur pin), mais qui est répliquée sur différents sites du réseau AnaEE. Le projet émane d’une collaboration entre la plateforme eDNA et le CEREEP Ecotron IDF, la plateforme EcoGeno et Lucie Zinger du laboratoire IBENS, et propose de comparer les dynamiques de dégradation de l’ADN environnemental (ADNe) et du Carbone organique (₁₃C) dans les matrices d’eau douce, de sédiments lacustres, et de sols.

Sur OPTMix, en plus de la composition, nous testons dans cette expérimentation l’effet de l’exclusion des ongulés, en travaillant à l’intérieur et à l’extérieur des enclos.

L’expérimentation consiste à placer 4 petits sachets de 100g de sol de la placette mélangée avec quelques feuilles de riz marqué au 13C à 5 cm dans le sol, fois 3 répétitions, et cela dans les différentes situations (enclos et exclos, pur chêne, pur pin, mélange). Quatre dates de prélèvement sont prévues ente mars et fin mai. En parallèle, et aux mêmes emplacements, quelques sachets de thé vert seront installés fin mars pour un suivi de la perte de masse des feuilles de thé sur 2 dates d’ici fin mai.

Depuis deux ans, le dispositif OPTMix contribue avec des données sur la production des graines au réseau MASTIF. Le réseau MASTIF, Mast Inference and Prediction, (https://sites.nicholas.duke.edu/clarklab/projects/mastif-network/) est un réseau de surveillance à long terme avec plus de 500 parcelles et lieux de comptage de la fructification des arbres dans le monde entier, représentant des décennies de travail intensif sur le terrain et en laboratoire.

Dans un article récent, Michal Bogdziewicz et collègues relient la taille et le nombre de graines avec les caractéristiques des arbres afin d’apporter un regard neuf sur le rôle de la fructification dans les différentes théories autour des stratégies écologiques des plantes (Bogdziewicz et al. 2023). Les auteurs de l’article ont mis en évidence qu’une productivité de graines importante (la combinaison de la taille et le nombre de graines) est associée aux arbres avec une surface foliaire élevée, une faible teneur en azote foliaire, une faible surface foliaire spécifique (SLA) et un bois dense. Les résultats de l’article peuvent contribuer à mieux prédire la fécondité des arbres à travers les forêts au niveau mondial, ce qui est particulièrement important dans le contexte du changement climatique.

Carte des données brutes utilisées pour estimer le nombre de graines produites par les arbres avec le modèle Masting Inference and Forecasting (MASTIF) (Global Ecology and Biogeography, DOI : https://doi.org/10.1111/geb.13652)

Relations conditionnelles entre traits après prise en compte du climat et de la phylogénie. Les distributions postérieures sont présentées sous forme de boîtes contenant des lignes verticales médianes et délimitées par des intervalles crédibles à 68 %, avec des moustaches d’intervalle crédibles à 95 %. Les coefficients sont évalués sur une échelle standardisée. Les graphiques en médaillon en (a) mettent en évidence les relations entre la productivité des graines des espèces (SSP ; le produit de la taille des graines et du nombre de graines) et d’autres traits après avoir supprimé les effets du nombre et de la taille des graines qui font partie du SSP. Les encarts en (b) et (c) sont analogues. La figure résume les relations significatives. Le SSP et le nombre de graines sont normalisés en fonction de la surface terrière de l’arbre. N, azote; SLA, surface foliaire spécifique ; SSP, productivité des graines d’espèces (Global Ecology and Biogeography, DOI: https://doi.org/10.1111/geb.13652)

Références

Bogdziewicz, M., Acuña, M.-C.A., Andrus, R., Ascoli, D., Bergeron, Y., Brveiller, D., Boivin, T., Bonal, R., Caignard, T., Cailleret, M., Calama, R., Calderon, S.D., Camarero, J.J., Chang-Yang, C.-H., Chave, J., Chianucci, F., Cleavitt, N.L., Courbaud, B., Cutini, A., Curt, T., Das, Adrian J., Davi, H., Delpierre, N., Delzon, S., Dietze, M., Dormont, L., Farfan-Rios, W., Gehring, C.A., Gilbert, G.S., Gratzer, G., Greenberg, C.H., Guignabert, A., Guo, Q., Hacket-Pain, A., Hampe, A., Han, Q., Hoshizaki, K., Ibanez, I., Johnstone, J.F., Journé, V., Kitzberger, T., Knops, J.M.H., Kunstler, G., Kobe, R., Lageard, J.G.A., LaMontagne, J.M., Ledwon, M., Leininger, T., Limousin, J.-M., Lutz, J.A., Macias, D., Marell, A., McIntire, E.J.B., Moran, E., Motta, R., Myers, Jonathan A., Nagel, T.A., Naoe, S., Noguchi, M., Oguro, M., Kurokawa, H., Ourcival, J.-M., Parmenter, R., Perez-Ramos, I.M., Piechnik, L., Podgórski, T., Poulsen, J., Qiu, T., Redmond, M.D., Reid, C.D., Rodman, K.C., Šamonil, P., Holik, J., Scher, C.L., Van Marle, H.S., Seget, B., Shibata, M., Sharma, S., Silman, M., Steele, M.A., Straub, J.N., Sun, I.-F., Sutton, S., Swenson, Jennifer J., Thomas, P.A., Uriarte, M., Vacchiano, G., Veblen, T.T., Wright, B., Wright, S.J., Whitham, T.G., Zhu, K., Zimmerman, J.K., Zywiec, M., Clark, J.S., 2023. Linking seed size and number to trait syndromes in trees. Global Ecology and Biogeography. https://doi.org/10.1111/geb.13652

Comme l’année dernière, le dispositif OPTMix a participé en 2022 à l’initiative Snapshot Europe. Snapshot Europe (https://app.wildlifeinsights.org/initiatives/2000166/Snapshot-Europe) est un protocole de suivi coordonné et standardisé pour collecter des données sur les mammifères à travers l’Europe. L’initiative est soutenue par Euromammals et l’Institut Max Planck du comportement animal, en partenariat avec Snapshot USA (https://app.wildlifeinsights.org/initiatives/2000156/Snapshot-USA).

Les collaborateurs échantillonnent 10 à 50 sites de septembre à octobre de chaque année pendant au moins 3 semaines par site et 400 jours de pièges photographiques sur tous les sites. L’étude est conçue pour échantillonner des sites dans tous les pays stratifiés selon les types d’habitats et les zones de développement (suburbaines/rurales/sauvages/urbaines).

Cette année a réuni des chercheurs autour de 69 sous-projets de suivi avec un total de plus 900 sites surveillés. L’initiative Snapshot a commencé aux Etats-Unis en 2019. Depuis, elle est reconduite chaque année.

Un article vient d’être publié dans la revue « Journal of Applied Ecology » portant sur l’effet du mélange sur la stabilité de la productivité. Cet article montre que les peuplements mélangés à deux espèces ont une productivité plus stable dans le temps que les peuplements monospécifiques comparables. Les peuplements mélangés tamponneraient l’effet déstabilisant des températures sur la croissance ce qui entrainerait une plus grande stabilité de la productivité des peuplements mélangés comparé aux peuplements monospécifiques.

Le dispositif OPTMix a contribué aux données de cet article basé sur 261 placettes (87 triplés) de peuplements monospécifiques et mélangés (hêtre – pin sylvestre, chêne sessile et pédonculé – pin sylvestre et épicéa – pin sylvestre).

del Río, M., H. Pretzsch, R. Ruiz-Peinado, H. Jactel, L. Coll, M. Löf, J. Aldea, C. Ammer, A. Avdagić, I. Barbeito, K. Bielak, F. Bravo, G. Brazaitis, J. Cerný, C. Collet, S. Condés, L. Drössler, M. Fabrika, M. Heym, S.-O. Holm, G. Hylen, A. Jansons, V. Kurylyak, F. Lombardi, B. Matović, M. Metslaid, R. Motta, T. Nord-Larsen, A. Nothdurft, J. den Ouden, M. Pach, M. Pardos, C. Poeydebat, Q. Ponette, T. Pérot, D. O. J. Reventlow, R. Sitko, V. Sramek, M. Steckel, M. Svoboda, K. Verheyen, S. Vospernik, B. Wolff, T. Zlatanov and A. Bravo-Oviedo (2022). « Emerging stability of forest productivity by mixing two species buffers temperature destabilizing effect. » Journal of Applied Ecology n/a(n/a) DOI: https://doi.org/10.1111/1365-2664.14267.

Abstract:

1. The increasing disturbances in monocultures around the world are testimony to their instability under global change. Many studies have claimed that temporal stability of productivity increases with species richness, although the ecological fundamentals have mainly been investigated through diversity experiments. To adequately manage forest ecosystems, it is necessary to have a comprehensive understanding of the effect of mixing species on the temporal stability of productivity and the way in which it is influenced by climate conditions across large geographical areas.
2. Here, we used a unique dataset of 261 stands combining pure and two-species mixtures of four relevant tree species over a wide range of climate conditions in Europe to examine the effect of species mixing on the level and temporal stability of productivity. Structural equation modelling was employed to further explore the direct and indirect influence of climate, overyielding, species asynchrony and additive effect (i.e. temporal stability expected from the species growth in monospecific stands) on temporal stability in mixed forests.
3. We showed that by adding only one tree species to monocultures, the level (overyielding: +6%) and stability (temporal stability: +12%) of stand growth increased significantly. We identified the key effect of temperature on destabilizing stand growth, which may be mitigated by mixing species. We further confirmed asynchrony as the main driver of temporal stability in mixed stands, through both the additive effect and species interactions, which modify between-species asynchrony in mixtures in comparison to monocultures.
4. Synthesis and applications. This study highlights the emergent properties associated with mixing two species, which result in resource efficient and temporally stable production systems. We reveal the negative impact of mean temperature on temporal stability of forest productivity and how the stabilizing effect of mixing two species can counterbalance this impact. The overyielding and temporal stability of growth addressed in this paper are essential for ecosystem services closely linked with the level and rhythm of forest growth. Our results underline that mixing two species can be a realistic and effective nature-based climate solution, which could contribute towards meeting EU climate target policies.