Des couverts forestiers complexes aident les forêts à se rétablir après des perturbations de gravité modérée

Au fil des années, les chercheurs se sont familiarisés avec de tels événements qui attirent l’attention. Ils en savent toutefois moins sur les perturbations de gravité modérée les plus courantes, telles que les incendies relativement mineurs, les tempêtes de verglas et les épidémies de ravageurs ou d’agents pathogènes.

« Comme ils sont plus courants, ils jouent probablement un rôle plus important dans l’écosystème que nous n’aurions pu l’imaginer auparavant », a déclaré Brady Hardiman, professeur agrégé de foresterie et de ressources naturelles et d’ingénierie environnementale et écologique au Collège d’agriculture de l’Université Purdue. « À tout moment, une grande partie du paysage forestier subit ou repousse à la suite d’une perturbation de gravité modérée, qui a détruit certains arbres mais pas tous. La forêt ne repousse pas à partir de zéro. »

Un article publié dans le Journal of Ecology par des chercheurs de l’Université Purdue et leurs co-auteurs a identifié comment des perturbations de gravité modérée entraînent différents modèles de changement dans la structure du couvert forestier. Hardiman et ses collègues ont basé leurs découvertes sur des données lidar (détection et télémétrie de la lumière) collectées sur cinq sites du National Ecological Observatory Network de la National Science Foundation dans le New Hampshire, le Massachusetts, la Virginie et le Tennessee.

« La découverte la plus intéressante de cette étude est que les données lidar multitemporelles peuvent détecter des signaux subtils des perturbations », a déclaré l’auteur principal de l’article, Dennis Heejoon Choi, chercheur postdoctoral à Purdue.

NEON a commencé à collecter des données il y a environ 10 ans. Les observations répétées sur des sites forestiers spécifiques du type collecté par NEON sont encore relativement rares, en particulier à l’échelle continentale.

« NEON est une grande initiative d’échantillonnage », a déclaré la co-auteure Elizabeth LaRue, professeure adjointe de sciences biologiques à l’Université du Texas à El Paso. « C’est très important que nous disposions désormais de données permettant de faire quelque chose comme ça au fil du temps. »

Les dimensions structurelles du couvert forestier comprennent la hauteur, l’ouverture, la densité et la complexité. Des recherches antérieures menées par Hardiman et d’autres ont montré que les canopées structurellement complexes absorbent plus de lumière et que leur complexité est liée à des fonctions importantes de l’écosystème. Ceux-ci incluent le cycle des nutriments, la fourniture d’un abri et de nutriments aux organismes, ainsi que la biodiversité.

Comparer une forêt ancienne à une ferme d’arbres de Noël offre un simple contraste de complexité, a noté LaRue, ancienne élève du doctorat Purdue. Les arbres d’une ferme, plantés en rangées à peu près au même moment, ont tous à peu près le même âge et la même hauteur. Une forêt ancienne, quant à elle, présente beaucoup plus de variations avec des arbres de différentes tailles, âges, espèces et formes.

« Vous pouvez mesurer des choses qui pourraient être équivalentes à un bloc de fromage », a-t-elle déclaré. « Un bloc de fromage suisse serait plus complexe que, disons, un bloc de cheddar. Certaines des mesures que nous utilisons mesurent essentiellement le nombre de trous que vous avez dans votre bloc de forêt. »

Les chercheurs ont analysé les différences entre les perturbations de la pression et du pouls, des événements discrets par rapport à ceux qui se produisent sur une période plus longue. Les co-auteurs ont recherché des tendances dans les changements dans la structure du couvert forestier suite à des perturbations. Ils ont constaté que les forêts dotées de structures de canopée plus complexes semblaient mieux à même de résister aux perturbations et de s’en remettre.

« La structure de la canopée est quelque chose que nous pouvons modifier grâce à des activités de gestion », a déclaré Hardiman. « Gérer les forêts pour promouvoir la complexité structurelle pourrait les rendre plus résilientes à diverses perturbations de manière à permettre à nos forêts de continuer à croître après ces perturbations. »

La gestion des données NEON était un processus informatique intensif qui nécessitait les ressources du Rosen Center for Advanced Computing de Purdue. Le processus comprenait la prise en compte des changements intervenus dans la technologie lidar et des différentes configurations de capteurs utilisées au fil des ans. Les systèmes lidar plus récents, dotés de faisceaux plus puissants, génèrent des nuages ​​de points plus denses, des ensembles de données 3D qui représentent la forme du couvert forestier.

« Nous avons essayé d’homogénéiser la densité de points de manière égale année après année pour établir des mesures comparatives », a déclaré Choi. Le défi consistait à équilibrer les capacités de mesure améliorées des capteurs les plus récents avec le besoin de cohérence et de comparabilité dans le temps, a-t-il noté.

Ce travail fait partie des efforts de l’Institute for Digital Forestry visant à développer de nouveaux outils et méthodes qui permettront aux chercheurs de mesurer des arbres individuels plus souvent, plus en détail, et d’étendre leurs mesures à l’échelle mondiale.

L’institut rassemble des écologistes forestiers et des forestiers avec des informaticiens et des ingénieurs. Leur expertise et leurs perspectives combinées constituent une base pour l’innovation en réfléchissant aux anciennes questions de manière nouvelle et en développant des outils qui leur permettent de poser de nouvelles questions.

Ce travail a été financé par la National Science Foundation et le US Department of Agriculture Forest Service. Songlin Fei et Bina Thapa de Purdue ont également contribué à l’article du Journal of Ecology ; Jeff Atkins, Service forestier de l’USDA ; Jane Foster, Université du Vermont ; Jaclyn Hatala Matthes, forêt de Harvard ; et Robert Fahey, Université du Connecticut.