Sylviculture du chêne vert face au changement climatique

30 ans de suivi et d’expérimentation sur le site expérimental de Puéchabon (Hérault)

Jean-Marc LIMOUSINEquipe FORECAST, Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive

CNRS Montpellier

La forêt domaniale de Puéchabon: un taillis caractéristique

Taillis de chêne vert de Puéchabon caractéristique de la région LR

Dernière coupe rase en 19424700 tiges/ hectare en 2015

Le chêne vert représente 65 500 km² dans le bassin méditerranéen

Dont 350 000 ha pour le sud de la France, principalement sous forme de taillis

Site étudié depuis 1984 par le CNRS de Montpellier avec un expertise sur:- Le bilan d’eau et l’hydrologie des forêts- Le bilan de carbone de l’échelle de la feuille à la parcelle- La réponse de l’écosystème au changement climatique (sécheresse)

Forêt domaniale

Le site expérimental de Puéchabon: 4 dispositifs expérimentaux complémentaires

Tour à flux1998

Exclusion partielle des précipitations

2003

Exclusion totale des précipitations

2007

Suivi à long-terme (+ 30 ans) et expérimentations à différentes échelles

Parcelles éclaircies (5 intensités)

INRA 1985

Croissance et suivi des coupes rases depuis 1984

500 arbres mesurés annuellement 1984 aujourd’hui (moins de 320 survivants)2 parcelles de 300 m² coupées en 1984

Suivi: - Productivité- Fermeture du couvert et auto-éclaircie- Chute de litière (feuille, bois, glands)

Gestion du taillis par éclaircie depuis 1985

5 intensités d’éclaircie: de 0% à 75% de surface terrière coupée15 parcelles de 1000 m² chacuneMesures entre 1985 et aujourd’hui

1990 1995 2000 2005 2010 2015

Temps (années)0

12

34

56

a. B

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DB

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2an

-1)

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1 témoin

2 faible

3 moyen

4 fort

5 très fort

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●

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●

●

●

●

●

●

● ●

●

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● ●

●

●

●

Augmentation de la croissance liée à la diminution du stress hydriqueDiminution de l’effet éclaircie au cours du temps, mais toujours significatif après 30 ans

Bilan de carbone du taillis depuis 1998

Mesures en continu des flux de CO2 et d’eau à la demi-heure depuis 17 ans

Assimilation 12,8 tC/ha

Respiration 10,2 tC/ha

Bilan net 2,6 tC/ha

Environ 100 tonnes de biomasse aérienne par hectare (autant de biomasse souterraine)Un taillis de 70 ans fixe encore du carboneForte variabilité interannuelle due principalement au déficit hydrique

R²=0.80

R²=0.72

Réduction expérimentale des précipitations (-30%)

-30% de pluie Modèle climatique pour la fin du 21ème siècle4 traitements: croisement de l’effet sécheresse avec l’effet éclaircie12 parcelles de 100 m² plus de 600 arbres suivisSuivi en continu depuis 2003 une des trois plus anciennes expérimentations au monde

Precipitation

Transpiration GPP

-29%

-23%

Water yield

-14%

Leaf Area

-22%

Soil respiration

Litterfall

RespirationInterception

Soil Organic Matter

- Augmentation de la mortalité (+6%)- Diminution de la reproduction (-32%)- Diminution de la régénération

-14%

-22%

-11%

-20%

Simulation d’épisodes de sécheresse exceptionnels

Installation d’un toit mobile au dessus du taillis en 20072 parcelles de 200 m²2 épisodes de 6 mois sans pluie, au printemps et à l’automne

No

mb

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met

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t en

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lace

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no

uve

lles

feu

illes

Sécheresse d’automne

Sécheresse de printemps

- Plus d’effet de la sécheresse au printemps qu’à l’automne

- Plus d’effet sur la physiologie que 15 années avec 30% de pluie en moins

- Mais peu « d’effet mémoire »

Effet du climat sur la croissance des arbres

Cro

iss

an

ce

an

nu

ell

e

Plu

ie

J F M A M J J A S O N D

P r in te m p s A u to m n e

T h e rm iq u e H yd riq u e T h e rm iq u eC O N T R A IN T E

C R O IS S A N C E

≈70%

- Une croissance en deux phases au printemps et à l’automne

- Contrainte par le froid en hiver et la sécheresse en été

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0

0

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

3 0 0

3 5 0

D u ré e d e la c ro is s a n c e p rin ta n iè re t0 t1 (jo u r)

Cro

iss

an

ce

(m

m²)

10

Durée de la période de

croissance printanière (t0-t1)

t0 températures de

janvier à mars

t1 chute du potentiel de

base < -1,1MPa

Lempereur et al., 2015 New Phytologist

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

Cro

iss

an

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(m

m²)

2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1

La durée de croissance (t0 – t1) est un bon

estimateur de la croissance annuelle

Importance de la durée de croissance printanière

R² = 0,92***

11

T e m p s (a n n é e )

WS

I (M

Pa

. d

ay

-1)

1 9 7 0 1 9 8 0 1 9 9 0 2 0 0 0 2 0 1 0

-5 0 0

-4 0 0

-3 0 0

-2 0 0

-1 0 0

0

↗ Stress hydrique annuel : t1 plus précoce

Température ↗ : augmentation de l’évapotranspiration potentielle

stress

hydrique

T e m p s (a n n é e )

Te

mp

era

ture

(°C

)

Pré

cip

itatio

n (m

m)

1 9 7 0 1 9 8 0 1 9 9 0 2 0 0 0 2 0 1 0

0

5

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1 5

0

5 0 0

1 0 0 0

1 5 0 0

2 0 0 0

2 5 0 0

P ré c ip ita tio nT e m p é ra tu re

Précipitation stable

Température ↗ : t0 plus précoce

Impact du changement climatique sur la croissance

Climat 1968-2013 dans

l’Hérault

Impact du changement climatique sur la croissance

T e m p s (a n n é e )

t 0 e

t t 1

(D

ate

)

1 9 7 0 1 9 8 0 1 9 9 0 2 0 0 0 2 0 1 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

t0

t1

Atténuation Contrainte

Double

contrainte

+ SEC

+ CHAUD

Atténuation par le réchauffement hivernal moins fort que la contrainte par la précocité de la sécheresse

Impact du changement climatique sur la croissance

La précocité de la sécheresse joue plus sur la croissance des arbres que l’intensité de la sécheresse durant l’été

Intensité Durée

Début Fin

Ruffault et al., 2013 Climatic Change

La date de début de sécheresse change plus rapidement que l’intensité de la sécheresse estivale en région Languedoc-Roussillon

Avant éclaircie Après éclaircie

↘ Compétition :

+ Lumière

+ Nutriments

+ Eau

↘ Surface

transpirante

↗ Croissance

annuelle ?

Les effets bénéfiques de l’éclaircie du couvert

Les effets bénéfiques de l’éclaircie du couvert

0.5 1.0 1.5 2.0

100

15

020

025

0300

LAI

t1 (

DO

Y)

Années de 1984 à 2014

Moyenne

Modélisation du bilan hydrique en fonction de l’indice foliaire du taillis

Dat

e d

e d

éb

ut

de

sé

che

ress

e

Indice foliaire (m² / m² sol)

Intensité d’éclaircie Intensité d’éclaircie

Effet retardant de l’éclaircie sur la sécheresse Augmentation de la croissance

T e m p s (a n n é e )

Cro

iss

an

ce

Cu

mu

lée

(m

m²)

2 0 0 2 2 0 0 4 2 0 0 6 2 0 0 8 2 0 1 0 2 0 1 2 2 0 1 4

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1 0 0 0

1 2 0 0T é m o in

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S e c

E c la irc ie - S e c

T e m p s (a n n é e )

Mo

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cu

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(%

nb

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2 0 0 2 2 0 0 4 2 0 0 6 2 0 0 8 2 0 1 0 2 0 1 2 2 0 1 4

0

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1 5

2 0

2 5

3 0

3 5T é m o in

E c la irc ie

E c la irc ie - S e c

S e c

Les effets bénéfiques de l’éclaircie du couvert

Croissance Mortalité

L’effet bénéfique d’une éclaircie de 30% sur la croissance et la mortalité des arbres est maintenu même pour des conditions expérimentales plus sèches

Diminution des précipitations de 27%

Les effets bénéfiques de l’éclaircie du couvert

Diminution des précipitations de 27%

-40

0

40

80

120

Feuille Gland Croissance

Eff

et p

ar

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au té

mo

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%)

Sec

Eclaircie+Sec

Eclaircie

Eclaircie de 30% :

- Moins d’effet que la sécheresse sur la surface foliaire- Maintien de la production de glands en dépit de la sécheresse- Effet positif sur la production de bois

Les effets bénéfiques de l’éclaircie du couvert

Diminution des précipitations de 27%

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Témoin Sec Eclaircie Eclaircie+ sec

m2

/ha

Surface terrière

2003 Avant éclaircie 2003 Après éclaircie 2015

Eclaircie de 30% :

- Une augmentation de surface terrière 3 fois supérieure dans les parcelles éclaircies, y compris sous des conditions plus sèches- Environ 20 ans pour compenser l’effet de l’éclaircie de 30% sur la surface terrière

avril mai juin juillet

Durée de croissance

Croissance actuelle

Changement climatique

Changement climatique et éclaircie

50 jours

40 jours

60 jours

Les effets bénéfiques de l’éclaircie du couvert

- La durée de croissance moyenne actuelle est de 50 jours

- Les changements climatiques avancent le début et la fin de croissance mais la durée de croissance diminue Effet négatif sur la croissance

- L’éclaircie du taillis permet de repousser la date de début de sécheresse y compris sous des conditions climatiques plus sèches Effet positif sur la croissance

Conclusions

• Le déficit hydrique estival est la principale contrainte sur le fonctionnement des forêts méditerranéennes

• Mais l’augmentation de température estivale et hivernale jouent un rôle important

• Les taillis méditerranéens même âgés restent des puits de carbone important• Les taillis s’acclimatent à la sécheresse en réduisant naturellement leur

surface foliaire• La précocité de la sécheresse (et donc les pluies de printemps) a un effet plus

important sur la croissance des arbres que l’intensité de la sécheresse

• L’augmentation de température entraine des sécheresses plus précoces• L’éclaircie du taillis permet d’allonger la durée de croissance en réduisant la

compétition pour l’eau• Les effets bénéfiques de l’éclaircie compensent les effets du changement

climatique en cours sur la croissance et d’autres services écosystémiques

La sylviculture des taillis est trop peu répandu

L’équipe Puéchabon:

Jean-Marc Limousin, Jean-Marc Ourcival, Karim Piquemal, Richard Joffre, Florent Mouillot, Isabelle Chuine, Xavier Morin, Serge Rambal

Merci pour votre attention

http://puechabon.cefe.cnrs.fr/

Surface terrière environ 30m2/ha 73 ans après la coupe. Ht max6.5m. Ht moy4.5mTmoy 13.2°C pluie 910mmRoot /shoot 1.05Stock C:Aérien: feuille 300gC/m2 Bois 4800gC/m2Souterrain: souche: 2600gC/m2; rac:2200; litière 300; Matière organique sol 6100gC/m2Ru sol: 130-150mm sur 5mLAI 2, ?Cr en diam tronc