Impact du changement climatique sur la reproduction et la regeneration des arbres forestiers – FOREPRO

FOREPRO développe une approche intégrative basée sur des investigations complémentaires : i) des approches expérimentales en forêt; (ii) la collecte et l'analyse de données diverses sur un large réseau de sites, le long de gradients climatiques; (iii) des dosages biochimiques (teneur en azote et en carbone des fleurs et des fruits) et enfin (iv) la construction de quatre modèles interconnectés (deux modèles écophysiologiques, CASTANEA et PHENOFIT, un modèle ‘Resource Budget’ simulant le masting et un modèle de dynamique de communautés d’insectes phytophages).

Sur le lien entre la phénologie florale, la limitation pollinique et le masting des chênes (Schermer et al. 2020) : A partir d'un large réseau d’observation, nous avons montré que la floraison précoce chez les espèces de chênes tempérés entraîne une libération du pollen à une période où les conditions météorologiques sont souvent défavorables ce qui se traduit par de fréquents échecs de reproduction. La phénologie florale précoce pourrait être adaptative en rendant les années de forte fructification rares et imprévisibles, ce qui contribuerait largement à contrôler la dynamique des consommateurs de graines.
Allocation des ressources dans la croissance et la reproduction (Le Roncé et al. 2020) : En utilisant une expérience de défoliation, nous avons étudié comment l'allocation à la reproduction était affectée par la limitation des ressources. La défoliation a des effets différés plus importants que les effets immédiats : Au printemps suivant la défoliation, les branches défoliées ont surproduit des feuilles au détriment des fleurs. Nos résultats soutiennent l'idée d'une régulation de l'allocation des ressources à la reproduction au-delà de l'échelle de la pousse annuelle.
La fécondité du chêne vert ne s'acclimate pas à un monde plus sec (Le Roncé et al. 2021). En utilisant un suivi de 13 ans de la reproduction de Quercus ilex dans une expérience d'exclusion des pluies, nous avons analysé les effets interactifs d'une aridité accrue à long terme et d'autres facteurs environnementaux sur la variation interannuelle de la fécondité. L'augmentation de l'aridité à long terme a affecté la reproduction des arbres au-delà de ce qui est attendu compte-tenu de la réponse actuelle aux variations interannuelles de la sécheresse. Ces résultats suggèrent que la régénération naturelle des forêts de chênes verts pourrait être compromise à l'avenir.
Variation de l'effort de reproduction en contre-gradient (Caignard et al. 2021). En utilisant une expérience de gradient d'altitude dans les Pyrénées, nous avons évalué la contribution respective des déterminismes environnementaux et génétiques sur l'effort de reproduction le long des gradients climatiques dans les populations de chêne sessile (Quercus petraea). En jardin commun, une différenciation génétique significative a été observée entre les provenances pour la reproduction et la croissance : les arbres des environnements froids (haute altitude) ont poussé plus lentement, et ont produit des glands plus gros et en plus grand nombre. Nos observations révèlent une adaptation locale des stratégies de reproduction et le compromis évolutif entre reproduction et croissance pourrait être au cœur de cette adaptation locale.

Des travaux sont en cours sur la limitation pollinique, l’allocation des ressources, les effets du masting sur la démographie des consommateurs de graines et sur le succès de régénération forestière et des modèles mécanistes sont en cours de construction.

1. Schermer, E, Bel-Venner MC, Gaillard JM, Dray S., Boulanger V. , Le Roncé I, Oliver G., Chuine I, Delzon S, and Venner S. 2020. “Flower Phenology as a Disruptor of the Fruiting Dynamics in Temperate Oak Species.” New Phytologist 225(3):1181–92.
2. Touzot, L, Schermer E, Venner S, Delzon S, Rousset C, Baubet E, Gaillard JM, and Gamelon M. (2020a). “How Does Increasing Mast Seeding Frequency Affect Population Dynamics of Seed Consumers? Wild Boar as a Case Study.” Ecological Applications 30(6):e02134.
3. Le Roncé, I, Toïgo M, Dardevet E, Venner S, Limousin JM, and Chuine I. 2020. “Resource Manipulation through Experimental Defoliation Has Legacy Effects on Allocation to Reproductive and Vegetative Organs in Quercus Ilex.” Annals of Botany 126(7):1165–79.
4. Caignard, T, Kremer A, Bouteiller X, Parmentier J, Louvet JM, Venner S, and Delzon S. 2021. “Counter-gradient Variation of Reproductive Effort in a Widely Distributed Temperate Oak (Quercus Petraea).” Functional Ecology 35(8):1745–55.
5. Le Roncé I, Gavinet J, Ourcival JM, Mouillot F, Chuine I, and Limousin JM. 2021. “Holm Oak Fecundity Does Not Acclimate to a Drier World.” New Phytologist 231(2):631–45.

Notre méconnaissance des déterminants de la reproduction et de la régénération des arbres forestiers contraint fortement les pratiques de gestion forestière dans de nombreux pays du monde. Le masting, caractérisé par des productions de graines extrêmement fluctuantes d’une année à l’autre et synchronisées au sein des populations, est fréquemment rencontré chez les espèces d’arbres forestiers et a un impact considérable sur la dynamique des consommateurs. Pour fournir des projections robustes sur le devenir des écosystèmes forestiers, il est indispensable de déterminer de quelle manière le changement climatique et les décisions sociétales affectent non seulement le masting, mais aussi la démographie des consommateurs de graines qui impactent la régénération forestière. FOREPRO vise à comprendre les mécanismes qui régissent le masting et à quantifier l'impact des stratégies de gestion forestière sur la production de graines et la régénération, dans le but de fournir des orientations pour la gestion durable des forêts. Un des défis concerne le développement d’outils au service des politiques futures de gestion forestière. Nous étudierons le masting et la régénération des forêts de chênes qui sont d'une importance écologique et économique majeure. L’étude portera sur trois espèces de chênes dans des milieux contrastés (chênes pédonculés et sessiles dans les régions tempérées et montagneuses et chênes verts dans la région méditerranéenne) et leur interaction avec des espèces de charançons spécialistes des glands qui ont un impact négatif majeur sur la germination des graines et la régénération. Le programme de recherche de FOREPRO est organisé selon trois axes :
1) Nous identifierons les déterminants physiologiques, climatiques du masting du chêne (i) en quantifiant l'acquisition des ressources par les arbres et leur allocation à la reproduction et à la croissance, (ii) en évaluant la limitation pollinique, (iii) en identifiant les vétos météorologiques qui pourraient expliquer l'échec massif des fructifications et (iv) en évaluant les déterminismes environnementaux et génétiques de la production de graines. De plus, nous analyserons l'impact des pratiques de gestion forestière (densité de plantation, fertilisation du sol) sur la production de graines.
(2) Après avoir évalué l’impact de l’intensité des fructifications sur le succès de régénération, nous analyserons comment les différentes composantes du masting permettent de contrôler efficacement la dynamique des communautés d'insectes parasites des glands.
(3) Les données acquises dans les deux premiers axes nous permettront de paramétrer de nouveaux modèles mécanistes afin de mieux prédire le masting et le potentiel de régénération des forêts de chênes dans le contexte du changement climatique et de fournir des pistes d'innovation en matière de gestion forestière.
Pour relever ce défi, FOREPRO développera une approche intégrative basée sur des investigations complémentaires : i) des approches expérimentales en forêt; (ii) la collecte et l'analyse de données diverses sur un large réseau de sites, le long de gradients climatiques; (iii) des dosages biochimiques (teneur en azote et en carbone des fleurs et des fruits) et enfin (iv) la construction de quatre modèles interconnectés (deux modèles écophysiologiques, CASTANEA et PHENOFIT, un Resource Budget Model simulant le masting et un modèle de dynamique de communautés pour les insectes).
FOREPRO est un projet à l'interface de la recherche et de l'action publique et devrait apporter des progrès significatifs dans la compréhension et la gestion de la régénération des chênaies. Il a été construit et sera développé grâce à la forte complémentarité des partenaires issus des domaines de la recherche et de la gestion (quatre laboratoires de recherche : LBBE -Lyon-, BioGeCo -Bordeaux-, CEFE -Montpellier-, ESE -Orsay-, et une agence de gestion : ONF).