Adam Weiler, de l’Université d’Indiana, discute de son article : Voir la forêt à travers tous les arbres : les économies de nutriments associées aux mycorhiziens sont modulées par la densité des tiges et la synchronisation entre les communautés d’arbres de l’étage supérieur et du sous-étage.
Lorsque l’on réfléchit à la façon dont les forêts influencent le sol qui se trouve en dessous d’elles, il est facile d’imaginer les arbres imposants de l’étage dominant qui définissent une forêt. Ces poids lourds dominent la biomasse forestière et ont longtemps été considérés comme les principaux moteurs de la chimie des sols et du cycle des éléments nutritifs. Mais qu’en est-il des arbres qui poussent tranquillement en dessous d’eux ? Pourraient-ils également jouer un rôle dans la formation des sols forestiers ? C’était la question au cœur de notre étude dans le sud de l’Indiana, où nous avons cherché à tester si les sous-étages denses pouvaient influencer les relations plantes-sol tout autant que leurs imposants voisins.
Le cadre MANE
Nous avons abordé notre étude sous l’angle de Économie des nutriments associés aux mycorhiziens (MANE) qui prédit que les partenariats arbres-champignons aident non seulement les arbres à acquérir des nutriments, mais créent et renforcent également des signatures durables dans le sol qui donnent lieu à des syndromes biogéochimiques distincts. Les arbres mycorhiziens arbusculaires (AM) (comme les érables, les ormes et les frênes) se trouvent généralement dans des sols présentant certaines caractéristiques : acidité modérée, cycle rapide de l’azote et faibles rapports carbone/azote (C:N). En revanche, les arbres ectomycorhiziens (ECM) (comme les chênes, les caryers et les hêtres) ont tendance à occuper des sols fortement acides, à cycler l’azote lentement et à avoir des ratios C:N élevés. Il est important de noter que les deux types d’arbres coexistent dans les régions tempérées, ce qui signifie que la plupart des forêts tempérées contiennent un mélange d’arbres AM et ECM dans des proportions variables.
Au cours de la dernière décennie, un certain nombre d’études ont trouvé des preuves étayant l’hypothèse MANE. Dans ces études, la dominance des arbres est généralement estimée en mesurant le diamètre à hauteur de poitrine (DBH) d’arbres individuels et en calculant la proportion de surface terrière dans un peuplement associée à des arbres AM ou ECM. Bien que cette approche soit efficace pour capturer les tendances à grande échelle, elle met l’accent sur les effets que les grands arbres de l’étage supérieur ont sur le sol tout en minimisant les effets multiplicateurs que peuvent contribuer les petits arbres du sous-étage. Étant donné que les forêts ne se limitent pas à leurs plus grands membres, nous avons cherché à tester quels modèles cachés étaient motivés par cette cohorte négligée.
Au-delà de l’étage dominant : densité et inadéquation
Notre site d’étude, une parcelle forestière de 25 hectares dans le sud de l’Indiana nommée Lilly Dickey Boiscontient plus de 29 000 arbres de plus de 1 cm de DHP, avec des données de recensement sur 35 espèces. Nous avons combiné cet ensemble de données complet avec un échantillonnage détaillé du sol pour poser les questions suivantes : Comment la densité forestière et la composition du sous-étage modifient-elles les modèles de MANE attendus ?
Nous avions deux hypothèses principales :
- L’« effet Zince » : Nommé d’après premiers travaux de Paul Zinke montrant que les caractéristiques du sol sont fortement corrélées à la distance aux tiges des plantes, cette hypothèse suggère que dans les peuplements très denses, où les arbres sont serrés les uns contre les autres, l’influence cumulative de nombreux individus devrait renforcer les relations plante-sol.
- L’« effet de divergence des traits » : Si le sous-étage et l’étage dominant ne correspondent pas, par exemple les arbres du sous-étage AM sous les arbres de l’étage dominant ECM, nous nous attendions à ce que les modèles MANE conventionnels s’affaiblissent, en raison des rétroactions concurrentes de stratégies écologiques divergentes.
Repenser les modèles forêt-sol
Après enquête, les deux hypothèses se sont révélées vraies. Dans les peuplements à haute densité, les relations entre la dominance mycorhizienne calculée à l’aide de la dominance de la surface terrière et du nombre de tiges et les variables du sol telles que le pH, la nitrification et le C:N étaient plus fortes. En d’autres termes, plus il y a d’arbres par zone, plus les sols reflètent clairement le type mycorhizien dominant. De plus, là où les sous-étages et les étages dominants n’étaient pas synchronisés – par exemple, les arbres du sous-étage AM sous les arbres de l’étage dominant ECM – la relation MANE attendue pour le pH est devenue plus faible. Ces résultats soulignent que les sols ne sont pas seulement façonnés par les grands arbres de l’étage dominant, mais également par la densité et la composition des arbres plus petits du sous-étage, souvent négligés.
Forts de ces informations, nous avons créé de nouvelles mesures combinant à la fois la densité des tiges et l’inadéquation du couvert forestier. Ces indices pondérés ont surpassé les mesures traditionnelles basées sur la surface terrière lors de la prévision des caractéristiques du sol telles que le pH et les rapports C:N. C’est passionnant car cela suggère que nous pouvons améliorer notre capacité à prédire comment les forêts réagiront aux gains et aux pertes d’espèces en examinant non seulement qui domine l’étage dominantmais aussi à qui pourrait éventuellement remplacer cet étage dominant.
Pourquoi c’est important
La dominance mycorhizienne des arbres évolue dans de nombreuses forêts tempérées en raison de changement climatique et modification des régimes de perturbations. Dans le Midwest des États-Unis, où cette étude a été réalisée, les changements commencent avec les jeunes arbres : des vagues denses d’arbres AM recrutent dans le sous-étage, tandis que les arbres ECM déclinent lors de la régénération. Si ces petits arbres modifient déjà les sols, amplifiant ou même neutralisant les signaux de l’étage dominant, alors les conséquences de ces changements de composition pourraient se manifester dans le sol beaucoup plus tôt que prévu. En suivant la densité des arbres et la composition du sous-étage, nous obtenons une image plus claire de la manière dont les changements forestiers d’aujourd’hui se répercuteront demain sur les cycles des éléments nutritifs.
Ainsi, la prochaine fois que vous vous promènerez dans une forêt, ne vous contentez pas de regarder les géants de l’étage dominant. Regardez vers le bas et autour des fourrés denses de jeunes arbres : des érables attendant dans les ailes, des hêtres persistant à l’ombre et des papayes comblant les vides. Notre étude montre que ces petits arbres n’attendent pas seulement à la périphérie des écosystèmes, ils sont déjà en train de remodeler le sol sous nos pieds.