La biodiversité dans les écosystèmes forestiers est-elle susceptible de modifier les processus de production de racines et de décomposition des litières dans un contexte de changement climatique ?

Abstract

L'hypothèse de l'assurance prévoit que les forêts composées de mélanges d'espèces d'arbres pourraient mieux résister aux conditions environnementales stressantes que les forêts composées d'une seule espèce d'arbre. La majorité des travaux antérieurs ont testé cette hypothèse en se focalisant sur la productivité et les variables de réponse associées sans prendre en compte les processus souterrains. L’objectif principal de ma thèse était d’étudier l’effet de la diversité des espèces d’arbres sur les processus souterrains impliqués dans la décomposition des racines à travers des gradients climatiques. J'ai émis l'hypothèse que le mélange d'espèces ayant des systèmes racinaires contrastés entraînerait une faible compétition souterraine, et se traduirait par la production de plus biomasse de racines fines. En outre, j'ai émis l'hypothèse que les racines ayant des caractéristiques chimiques et morphologiques contrastées dans les peuplements mixtes se décomposent plus rapidement. Dans des conditions de stress hydrique, j'ai émis l'hypothèse d'une décomposition plus lente mais d’une atténuation des mélanges d'arbres sur la décomposition en raison de l'amélioration des conditions micro-environnementales. Pour tester ces hypothèses, j'ai examiné la variation des caractéristiques fonctionnelles des racines et leurs conséquences sur les flux de C, N et P à l'échelle de l'écosystème à travers l’étude de : 1) la ségrégation verticale des racines et la biomasse des racines fines, 2) la dynamique des racines fines et les flux de nutriments associés et 3) la décomposition des racines fines et des feuilles mortes. Dans ce cadre, trois deux expériences de terrain ont été réalisé, l'une avec une expérience de plantation d'arbres de 10 ans avec du bouleau et du pin près de Bordeaux (expérience ORPHEE), la seconde le long d'un gradient latitudinal de forêts de hêtres matures dans les Alpes françaises (expérience BIOPROFOR).Les résultats obtenus montrent que les racines de bouleaux et de pins présentaient une distribution verticale similaire et une biomasse souterraine similaire de racines dans les mélanges d'arbres par rapport aux monocultures, contrairement à ma première hypothèse. Cependant, l'attribution plus importante du pin mais pas du bouleau à la croissance des racines dans les horizons du sol supérieur dans des conditions moins limitatives en eau suggère des conditions localement favorables qui peuvent conduire à une compétition asymétrique à la profondeur du sol. De plus, la production et la décomposition des racines fines étaient similaires dans les mélanges et dans les monocultures, en contradiction avec ma deuxième hypothèse. Il est intéressant de noter que les racines de bouleau, mais pas les racines de pin, ont libéré du P pendant leur décomposition, ce qui suggère un rôle important du bouleau dans le cycle du P et pour la nutrition en P des arbres sur ces sols sableux limités en P. Conformément à ma troisième hypothèse, j'ai observé une décomposition plus lente de la litière de feuilles et des racines fines en réponse à une sécheresse estivale prolongée, tout au long du gradient latitudinal dans les Alpes. Cependant, cette décomposition plus lente sous la sécheresse n'a pas été atténuée dans les peuplements forestiers à essences mixtes par rapport aux peuplements à essences uniques. Il est intéressant de noter qu’il y a une libération nette d'azote dans les racines fines en décomposition mais pas dans la litière de feuilles en décomposition, ce qui suggère un rôle distinct des racines fines dans le cycle de l'azote. En conclusion, j'ai constaté que le mélange des espèces d'arbres n'atténue pas les effets négatifs du changement climatique. Cette thèse démontre que la promotion de mélanges peut toujours être bénéfique pour au moins une des espèces d'arbres mélangées, par l'ajout d'espèces, car une espèce d'arbre peut en faciliter la nutrition minérale d’une autre par des flux souterrains de N et de P.