l’apport de la dendroécologie

L’arbre face à la sécheresse, Séminaire du G.E.A., Montpellier, 8-10 avril 2015

Croissance radiale des arbres et précipitations en région méditerranéenne :

l’apport de la dendroécologie

Frédéric GUIBAL

Institut Méditerranéen de Biodiversité et d’Ecologie marine et continentale

Dendroécologie Cernes des arbres. Régions soumises à un climat marqué par un contraste saisonnier. Séries temporelles : traduisent l’expression de la croissance radiale de l’arbre de son environnement physique et biotique, et des perturbations qui l’ont affecté. Etude rétrospective des cernes :

Séries temporelles +/- longues : paléoenvironnement, paléoclimat (séries inter-annuelles). Résolution temporelle + élevée : données intra-annuelles (cerne néo-formé).

Plan de la communication : Calendrier de formation du cerne du pin d’Alep. Relations croissance radiale – climat chez une sous-espèce de pin noir. Reconstitution des paléo-précipitations à l’aide des séries de cernes.

Croissance radiale des arbres et précipitations en région médit. : l’apport de la dendroécologie

Née des travaux d’un astronome américain, A.E. Douglass, qui, au début du 20ème s., cherchait dans la croissance

des arbres du SW des USA des cycles parallèles à ceux des taches solaires.

4 14 17 23

Dendrochronologie

Cernes n°

1

10

100

1000

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Des séries de cernes identifiables sur différents individus d’une même espèce et non reproductibles dans le temps. Analyse de séries de cernes interdatées ≠ Simple dénombrement des cernes

Dendrochronologie

Dendrochronologie

Des anomalies à détecter : les cernes absents. Juniperus phoenicea

Site-atelier de l’Observatoire de recherche en environnement sur le fonctionnement des écosystèmes forestiers (F-ORE-T) rassemble les huit sites-ateliers français consacrés à l’études des cycles du carbone, de l’eau et des éléments minéraux. But : comprendre le fonctionnement des écosystèmes en analysant les stocks et flux de carbone, d'eau, et de minéraux.

Fontblanche (Cne de Roquefort-la-Bédoule, 13): Alt. 450 m, plateau calcaire T = 13°C, P = 700 mm Peuplement mélangé de chênes verts et de pins d’Alep (âge : 70 ans) Objectifs : - comprendre le fonctionnement du peuplement mélangé à pins d’Alep et chênes verts - comprendre, modéliser et coupler les cycles biogéochimiques entre eux et avec le fonctionnement des arbres.

Analyse intra-annuelle du cerne

7

Site expérimental de Fontblanche (INRA-URFM Avignon). Flux de carbone, croissance et phénologie dans un écosystème à Pinus halepensis-Quercus ilex

Respiration Humidité Litière

Flux de sève Phénologie Indice foliaire Photosynthèse Croissance

Flux (CO2, solar radiation) Météorologie NDVI

au sol

au-dessus de la canopée

sur les arbres

Des mesures dans tous les compartiments


8

2 dispositifs expérimentaux intensifs à Fontblanche

A – exclusion de 30% des précipitations incidentes par gouttières (début : Janvier 2009) PM30

B – apport de 30% d’eau par aspersion (printemps et automne ; début : Janvier 2010) PP30


L’I.M.B.E. en Forêt de Fontblanche Suivi de la formation du cerne par micro-prélèvements de la périphérie du tronc effectués tous les 10/15 jours de 2008 à 2014. 16 pins d’Alep (âge : 70 ans) de la strate dominante : 8 témoins, 4 exclus, 4 arrosés. Prog. ANR – DROUGHT+

Comptage des cellules formées à différentes dates sur 6 rangées radiales.


10

Activité ambiale intra-annuelle : micro-prélèvements périodiques à la périphérie du tronc.

Fontblanche, Pinus halepensis, année 2009

23 Sept

17 Sept

8 Sept

25 Aug

23 Jul

Comptage des cellules sur micro-carotte


11

Croissance intra-anuelle de 8 pins témoins.

Début des divisions cellulaires : 2ème quinzaine d’avril

Fin des divisions cellulaires : novembre Durée croissance radiale : 7 mois

Influence des précipitations de printemps et automne sur la production cellulaire (effet immédiat).

Eté : arrêt des divisions (2008-10) ou poursuite des divisions (2009).

2008 2009 2010

Prec.

Temp.

0

20

40

60

80

100

120

08-avr 22-avr 06-

mai

19-

mai

02-

juin

25-

juin

08-juil 20-juil 07-

sept

16-

sept

05-oct 20-oct 03-nov 25-

nov.

Num

ber

of

cells

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

Pre

cip

itations

Prec

CD

0

20

40

60

80

100

120

03-a

vr

10-a

vr

15-a

vr

23-a

vr

30-a

vr

08-m

ai

14-m

ai

21-m

ai

02-ju

in

17-ju

in

01-ju

il

15-ju

il

22-ju

il

29-ju

il

13-a

oût

04-sept

10-sept

23-sept

23-o

ct

17-n

ov

Num

ber

of

cells

0

20

40

60

80

100

120

140

Pre

cip

itations

0

20

40

60

80

100

120

23-avr 18-mai 28-mai 04-juin 17-juin 01-juil 23-juil 08-sept 17-sept 23-sept 22-oct 15-nov

Num

ber

of

cells

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

Pre

cip

itations

0

20

40

60

80

100

120

08-avr 22-avr 06-

mai

19-

mai

02-

juin

25-

juin

08-juil 20-juil 07-

sept

16-

sept

05-oct 20-oct 03-nov 25-

nov.

Num

ber

of

cells

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

Tem

pera

ture

s

Tmoy

CD

0

20

40

60

80

100

120

03-a

vr

10-a

vr

15-a

vr

23-a

vr

30-a

vr

08-m

ai

14-m

ai

21-m

ai

02-ju

in

17-ju

in

01-ju

il

15-ju

il

22-ju

il

29-ju

il

13-a

oût

04-sept

10-sept

23-sept

23-o

ct

17-n

ov

Num

ber

of

cells

0

10

20

30

40

50

60

Tem

pera

ture

s

0

20

40

60

80

100

120


Num

ber

of

cells

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

Tem

pera

ture

s


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0

20

40

60

80

100

120

140

5-mai 14-mai 30-mai 6-juin 19-juin 5-juil. 18-juil. 26-juil. 10-août06-sept.26-sept.04-oct. 23-oct. 20-nov.06-déc.

Pre

cip

itations

Num

ber

of

cells

Prec

CD

Année 2012


13

0

20

40

60

80

100

120


Num

ber

of

cells

0

20

40

60

80

100

120

Pre

cip

itations Prec

CD

PM30

PP30

0

20

40

60

80

100

120

08-avr 22-avr 06-

mai

19-

mai

02-

juin

25-

juin

08-juil 20-juil 07-

sept

16-

sept

05-oct 20-oct 03-

nov

25-

nov.

Num

ber

of

cells

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Pre

cip

itations Prec

PM30

PP30

CD

2010 2009

Effet de l’exclusion des pluies sur la production cellulaire (PM30)

Réduction du nombre de cellules formées dès la première année.


0

10

20

30

40

50

60

70

80

1-avr. 21-mai 10-juil. 29-août 18-oct. 7-déc.

Num

ber

of

cells

A

B

CD

Année 2011

Effet de l’exclusion des pluies sur la production cellulaire (PM30)


15

Relations entre la production cellulaire et les variables climatiques

Cross-correlation analysis between (1) cell formation rate (cell/day) (2) number of cells formed and climate variables (** P <0.05)

Precipitations Temperatures

Cell formation rate

(2008)

0.37 0.37

Number of cells formed

(2008)

0.46**

0.21

Cell formation rate

(2009)

- 0.09 0.23


(2008)

0.35 0.23

Cell formation rate

(2010)

0.43** - 0.14


(2008)

0.37 0.25


F. Serre

Suivi de la formation du cerne et de l’allongement des pousses et des aiguilles sur pins d’Alep jeunes et âgés au cours des années 1969, 1970, 1971. Lieu : Quartiers NE de l’agglomération marseillaise (alt. 150 m).

Micro-prélèvements de la zone cambiale effectués, tous les 10 jours, au trocart, pour suivre la formation du cerne au cours de l’année.


2010 1970

Début des divisions cellulaires : 1970, Marseille (alt. 150 m): avril 2010, Fontblanche (alt.450 m) : 2ème moitié avril

Fin des divisions cellulaires : 1970, Marseille (alt. 150 m): milieu octobre 2010, Fontblanche (alt.450 m) : 2ème moitié novembre

Comparaison diachronique (intervalle : 40 ans)


0

500

1000

1500

1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010

Précipitations annuelles (Marseille)

0

50

100

150

200

250

300

1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

Précipitations cumulées Sep Oct Nov (Marseille)


0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

Températures maximales Sep Oct Nov (Marseille)


0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

Températures minimales Sep Oct Nov (Marseille)


21

Conclusion

• Durée des divisions cellulaires : près de 7 mois, de la 2ème moitié d’avril à mi-Novembre.

• 2 maxima d’activité cambiale : printemps (mi-Avril/Juin) et automne

(Octobre-Novembre).

• Eté : croissance possible à un taux très faible. • Relation immédiate entre les précipitations incidentes et les divisions

cellulaires. • Effet de l’exclusion (30%) des précipitations sur les divisions cellulaires.


Relations croissance radiale – climat chez une sous-espèce de pin noir

Distribution géographique du groupe des pins noirs

Amodei et al., Clim. Dyn., 2013

Relations croissance radiale – climat : le pin noir de Salzmann

Pin noir de Salzmann



Relations cernes-climat. Modélisation statistique (fonction de réponse) : régression multiple orthogonalisée (1901-2008).


Conflent Gorges du Tarn SGD



Proportion de variance expliquée par les températures max.(gris clair), les températures min.(gris foncé) et les précipitations (bleu) sur les 3 sites.

Analyse en composantes principales réalisée sur les années caractéristiques



Résultat du calcul des fonctions de réponse sur les sites du Conflent, des Gorges du Tarn et de Saint-Guilhem utilisant comme régresseurs : a) les températures maximales, b) les précipitations. Les variables mensuelles sont présentées en abscisses et le rapport entre le coefficient de régression moyen et l’écart-type en ordonnées.

Conflent

Gorges du Tarn

SGD



Résultat du calcul des fonctions de réponse sur une fenêtre mobile. L’axe des abscisses correspond à la date et les ordonnées expriment le rapport entre coefficient de corrélation et écart-type pour chaque mois des variables thermiques (TMAX) et hydriques (P). La valeur d’un pixel est significative à 95% quand elle est supérieure à 2 en valeur absolue.

Reconstitution des précipitations en région méditerranéenne

Touchan et al., Clim. Dyn., 2011

Cernes : 4 chronologies (250 années) P. halepensis, dorsale NW Tunisie

Etape 1 Fonctions de réponse :

Var . dépendante : cernes Var. explicative : climat

70 % var. expliquée par Préc. Oct-Juin

Etape 2 Fonctions de transfert :

Var . dépendante : climat (Préc. Oct-Juin) Var. explicative : cernes


Touchan et al., Clim. Dyn., 2011 Vérification sur années indépendantes



Années très arrosées moins bien reconstruites que les années sèches



Précipitations (Oct-Juin) reconstituées sur la période 1771-2002. Evénements secs et événements humides plus nombreux au cours du 19ème s. qu’au cours du 20ème s.



Moyenne mobile (5 années) des précipitations (Oct-Juin) reconstruites.

Nicault et al., Clim. Dyn., 2008


Cernes : 165 chronologies (122 sites). Reconstitution d’un indice de sécheresse (PDSI Avril-Septembre) sur la période 1350-2000.



1500-1600 : période sèche 1650-1765 : période humide et homogène Période la + froide du petit Age Glaciaire 1800-1900 : humide et variable

Conclusion

• Reconstitutions dendroclimatiques utilisées pour tester les modèles climatiques.

• Construction de longues chronologies de cernes composites pour pallier

l’absence d’arbres millénaires dans les régions tempérées.

• Utilisation d’autres variables que la seule épaisseur des cernes : densité du bois, isotopes stables de la cellulose.


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