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30/07/2024

Pourquoi il est logique que les arbres se reproduisent de manière synchronisée


Mario B. Pesendorfer, Institut d’écologie forestière, Département des sciences des forêts et des sols, BOKU – Université des ressources naturelles et des sciences de la vie, Vienne, Autriche, discute de son article : Une dépendance spatiale et temporelle positive à la densité entraîne des effets d’économie d’échelle sur la reproduction précoce de la matage dans une communauté forestière ancienne européenne

L’étude d’une forêt vierge fournit des informations sur les facteurs naturels de la dynamique forestière, notamment les perturbations, la mortalité, le recrutement et la compétition. Photo : M. Pesendorfer.

Dans les forêts tempérées, les populations d’arbres produisent souvent d’importantes récoltes de graines certaines années, suivies d’années au cours desquelles peu ou pas de graines peuvent être trouvées. Une telle variation interannuelle de la reproduction a tendance à être synchronisée à travers les échelles spatiales, allant des peuplements ou populations jusqu’à des continents entiers. Appelé « ensemencement en mât » ou « ensemencement en mât », ce comportement joue un rôle important dans la dynamique forestière – des populations aux communautés et écosystèmes entiers – car les impulsions de ressources se répercutent à travers les niveaux trophiques, des rongeurs consommateurs de graines à leurs prédateurs, parasites et voire la transmission de maladies zoonotiques des tiques aux humains. Bien que la matage ait reçu beaucoup d’attention de la part des écologistes ces dernières années, les avantages d’une telle synchronisation reproductive ne sont pas entièrement compris.

Comprendre le comportement des arbres prend du temps

L’étude du masting nécessite un engagement car, comme de nombreux processus écologiques, il se déroule sur des décennies plutôt que sur la durée habituelle de trois ans de financement de la recherche. Ainsi, des études à long terme, comme celle initiée dans la forêt de Rothwald en 2004 par Georg Gratzer, professeur associé d’écologie des forêts de montagne à l’université BOKU, apportent des données inestimables à la recherche sur le masting. La zone protégée de l’UICN-1a de 400 ha située dans la zone sauvage de Dürrenstein-Lassingtal en Basse-Autriche est la seule forêt vierge de montagne restante dans les Alpes et offre ainsi une fenêtre unique sur les facteurs écologiques et évolutifs et les conséquences du comportement de reproduction des espèces locales. des arbres. Dans deux parcelles d’un hectare dominées par le hêtre européen, l’épicéa de Norvège et le sapin argenté, tous les arbres adultes ont été cartographiés à plusieurs reprises depuis les années 1960. Depuis 2004, 81 pièges à graines ont été placés pour fournir un ensemble de données à haute résolution sur la variation spatiale et temporelle de la pluie de graines, mesurée en nombre de graines par m.2. Grâce à cet ensemble de données, nous sommes désormais en mesure de répondre aux questions sur les effets de la mastation sur le devenir des graines et le recrutement des plantes.

Résumé graphique : l’efficacité de la pollinisation et la prédation avant dispersion par les insectes ont toutes deux montré une dépendance positive à la densité, de sorte qu’un plus grand nombre de graines a conduit à une amélioration de leur devenir. Pour les deux effets d’économie d’échelle, nous avons constaté des effets importants à des niveaux inférieurs de production de semences, avant qu’un seuil ne soit atteint.

Plusieurs hypothèses sur les avantages du masting en matière de fitness impliquent des « économies d’échelle », la notion selon laquelle les coûts de fitness par unité individuelle diminuent (ou inversement, les avantages augmentent) à mesure que davantage de graines sont produites. En fait, de tels mécanismes dépendants de la densité peuvent s’appliquer à plusieurs étapes pour façonner le devenir final des graines : la pollinisation, la prédation avant la dispersion, la dispersion des graines et la prédation après la dispersion. Étant donné que la pluie de graines varie à la fois d’une année à l’autre et dans l’espace au cours des années, par exemple en raison de différences de taille ou de site entre les arbres, il peut y avoir une interaction entre les axes temporels et spatiaux de dépendance à la densité.

Les pièges à graines donnent un aperçu du devenir des graines avant la dispersion

Pour les pièges à graines de Rothwald de 2008 à 2022 (14 ans au total), les graines de chaque espèce d’arbre dominante ont été triées en trois catégories : les graines entières, les graines endommagées par les insectes (c’est-à-dire la prédation avant dispersion) et les graines creuses indiquant une limitation du pollen. Pour chaque espèce, nous avons examiné l’effet de la variation spatiale et temporelle de la densité globale des graines sur l’efficacité de la pollinisation, en utilisant la proportion de graines non creuses, et sur la prédation relative des graines, en utilisant la proportion de graines non creuses endommagées par les insectes. Étant donné que les variations spatiales et temporelles de la pluie de graines sont intrinsèquement liées, nous avons analysé les données à plusieurs niveaux : a) en comparant les moyennes des parcelles au fil des années (2008-2022), b) en comparant les totaux cumulés (sur toute la période d’étude) de chaque graine. catégorie parmi les pièges au sein des parcelles, et c) en mettant à l’échelle la variation au cours de l’année (à un indice compris entre 0 et 1) et en modélisant simultanément les effets de la variation spatiale et temporelle de la pluie de graines au niveau du piège.

Les pièges à graines sont de conception simple, mais nécessitent des visites et un entretien annuels car la neige, les chutes de pierres et la faune les endommagent ou les déplacent. Photo : M. Pesendorfer.

Chez les trois espèces, nous avons constaté que la proportion de graines entièrement formées était plus élevée dans les années de forte production de graines que dans les années de faible production de graines. Il est important de noter que nous avons constaté que cette augmentation ne se produisait qu’en dessous d’un seuil de densité des graines (environ 20 % du maximum), au-dessus duquel des augmentations supplémentaires de la densité des graines n’entraînaient aucun avantage supplémentaire pour le devenir des graines. Ces effets d’économie d’échelle temporelle étaient plus forts chez le hêtre européen, l’espèce ayant la densité la plus élevée dans la zone d’étude, et plus faibles chez l’épicéa de Norvège et le sapin argenté, qui sont tous deux présents à de faibles densités. La comparaison spatiale de la pluie cumulée de graines dans les pièges n’a montré aucune relation de ce type, illustrant qu’il n’existe pas de zones distinctes dans lesquelles les graines sont généralement mieux loties parce qu’elles sont systématiquement produites à haute densité.

Les économies d’échelle offrent des avantages en matière de condition physique chez les espèces en phase de reproduction

Les analyses détaillées au niveau des pièges ont montré que chez le hêtre européen, l’efficacité de la pollinisation ne varie qu’avec l’axe temporel de variation de la densité de pluie des graines, mais pas avec la variation au cours d’une année dans une parcelle. Chez l’épicéa de Norvège, nous avons constaté que les deux axes de variation affectaient l’efficacité de la pollinisation, alors qu’aucun effet n’était trouvé pour le sapin argenté. Étant donné que le hêtre est présent en forte densité, nous ne nous attendions pas à ce que la limitation du pollen varie dans l’espace. Chez l’épicéa de Norvège à faible densité, nous avons trouvé des schémas spatiaux, peut-être parce que les grappes d’arbres peuvent probablement se polliniser de manière croisée, tandis que les individus isolés manquent de donneurs de pollen.

En revanche, nous nous attendions à des effets à la fois spatiaux et temporels de l’effort de reproduction sur la prédation, car les prédateurs sont mobiles et ont donc tendance à se déplacer vers les zones où ils trouvent davantage de proies. Chez le hêtre européen, nous avons en effet constaté un effet combiné de et variation temporelle de la densité des graines lors de la prédation avant dispersion. Chez l’épicéa de Norvège, l’effet temporel sur la prédation des graines était fort et différait d’une parcelle à l’autre, mais pas de variation spatiale au sein des parcelles. Chez le sapin argenté, la prédation des graines était généralement faible et ne présentait aucun effet spatial ou temporel de la variation de la pluie des graines.

En étudiant la pluie de graines à haute résolution spatiale, nos travaux visent à comprendre les processus qui façonnent les communautés forestières naturelles, y compris les effets de l’ensemencement des mâts. Photo : Iris Oberklammer.

En résumé, nos résultats illustrent qu’il existe des effets positifs dépendant de la densité de la reproduction synchronisée. Au cours des années de forte production de graines, de plus grandes proportions de graines sont pollinisées et moins sont déprédées par les insectes présents dans la couronne. La variation spatiale au fil des années peut affecter la pollinisation ou la prédation des graines, mais n’a pas entraîné de différences spatiales cumulatives au cours de la période d’étude de 14 ans. Par conséquent, le mâtage entraîne davantage d’effets d’économie d’échelle dans le temps que dans l’espace.

Bien que la croissance et la mortalité des arbres ainsi que leur contribution à la dynamique forestière aient été étudiées de manière approfondie, la pluie de graines, le recrutement des semis et les étapes ultérieures du cycle biologique sont encore mal compris. Nos travaux suggèrent qu’une dépendance positive à la densité influe sur la dynamique du devenir des graines (c’est-à-dire que lorsqu’il y a beaucoup de graines, les résultats sont proportionnellement meilleurs), tandis que la survie et la croissance des plantules sont dominées par une dépendance négative à la densité, par exemple en raison des effets Janzen-Connell. Le fait que la dépendance à la densité puisse être d’abord positive, comme illustré ici pour la pollinisation et la prédation par les insectes, puis être négative au cours de l’étape suivante du cycle biologique, comme c’est le cas pour les semis, illustre la complexité des processus dynamiques forestiers qui déterminent la structure et la structure de la population. composition de la communauté.

Apprenez-en davantage sur Mario B. Pesendorfer et son travail dans son site web et réseaux sociaux.





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