MEPiB-Death

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MEPiB-Death :  Morphological and Ecophysiological Processes leading to Beech tree Death

Responsable scientifique : Nathalie Breda (UMR1137 – Ecologie et Ecophysiologie Forestières)

Partenaires Labex:
BEF, LERFOB, LIBio, LAE

Collaboration :
Unité Forestière de Lorraine (UEFL, INRA Nancy)

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Contexte — Dans le contexte d’augmentation de la fréquence des évènements extrêmes, les risques de mortalité des arbres pourraient augmenter. Les gestionnaires et les services de surveillance des forêts constatent en effet après chaque sécheresse exceptionnelle une mortalité anormale d’individus au sein des peuplements. Cependant, les mécanismes qui aboutissent à la mort d’un arbre restent à ce jour mal compris et largement débattus dans la communauté scientifique internationale.

Objectifs — Le projet Mepib-death vise à comprendre les mécanismes physiologiques et les modifications morphologiques impactés lors de contraintes exceptionnelles mises en place pour induire la mort d’arbres (défoliation et sécheresse). Il s’agit en particulier d’analyser les hypothèses de rupture hydraulique et de privation de carbone dans la mort des arbres. Par ailleurs, le projet explore la diversité des réponses à ces contraintes extrêmes entre 14 populations de hêtres issues de forêts lorraines. Le projet vise également à améliorer notre compréhension des impacts des contraintes sur le schéma d’allocation du carbone, qui seront conceptualisés en fin de projet et mis à disposition des groupes de modélisation du LabEx ARBRE.

Démarche — Une approche expérimentale en conditions semi-contrôlées est utilisée pour modifier respectivement le statut hydrique ou carboné de hêtres âgés de 10 ans plantés en pépinière. Environ 1000 jeunes hêtres sont placés sous un toit pour contrôler le régime hydrique. Trois traitements sont installés : un traitement témoin irrigué, un traitement défolié en juin 2014 et juin 2015 et irrigué visant à impacter surtout le statut carboné, un traitement sec depuis juin 2014 visant à impacter surtout le statut hydrique. Dans chaque traitement, les 14 populations sont représentées en deux blocs de 12 arbres.

Résultats marquants —

Les 1000 hêtres de l’expérience ont subi leur seconde saison de contraintes, avec une nouvelle défoliation en Juin 2015 et un déficit hydrique qui se prolonge depuis Juin 2014 dans le traitement sec.

  • Formation par la recherche : le doctorat de Pierre Antoine Chuste a débuté à l’automne 2014 et porte sur l’étude des fonctions croissance et stockage (C et N) (WP 1 et WP2). Rémi Wortemann a pris en charge le volet hydraulique (WP3) dans le cadre de son post-doctorat depuis février 2015. En 2015, cinq étudiants en Master 1 ou 2 ont été accueillis sur le dispositif avec des sujets sur phénologie et croissance (WP1), sur l’acquisition du carbone (WP2), sur l’acquisition de l’eau et la croissance racinaire ou encore sur l’embolie native des populations (WP3).
  • La saison 2015 a été marquée par la construction et la mise en œuvre de chambres de mesure d’échanges gazeux innovantes à l’échelle de l’arbre entier (photo), des campagnes lourdes de mesures de potentiels hydriques de base des hêtres, la réalisation de marquages isotopiques (13C, 15N).
  • La défoliation 2014 a provoqué un ralentissement temporaire de la croissance racinaire, mais a peu affecté la croissance primaire et secondaire. La transpiration et l’assimilation du carbone n’ont pas été affectées, en raison d’une meilleure pénétration du rayonnement dans la partie basse des couronnes.
  • Le déficit hydrique imposé depuis 2014 a induit en 2015 un retard de débourrement au printemps, une réduction de croissance primaire et secondaire sévère, une diminution de la surface élémentaire des feuilles, une diminution de transpiration et d’assimilation du carbone par régulation stomatique.
  • Le taux d’embolie native entre les 14 populations de hêtre, étudié dans la zone sans contrainte de la plantation comparative, a montré une forte plasticité, sans différence significative entre populations.
  • Les premières mortalités sont apparues dans le traitement sec : à la fin de l’été 2014 en interaction avec une attaque de puceron lanigère, et courant 2015 (7 arbres n’ont pas débourré au printemps, puis 11 arbres sont morts au cours de la progression de la sécheresse au cours de l’été). Des pertes de conductivité dans les rameaux terminaux ont été mesurées. Le statut carboné des arbres n’est pas encore quantifié.
  • La caractérisation de l’état hydrique des arbres a été réalisée en fin d’été sur le dispositif en forêt de Hesse 2. Les potentiels hydriques de base des arbres témoins et dans le dispositif d’exclusion de pluie ont été comparables et très négatifs en raison de la sécheresse estivale marquée en 2015. Le hêtre a atteint les potentiels les plus négatifs comparativement au chêne, charme et bouleau, en lien avec les profondeurs d’enracinement des essences.

 

Perspectives —  Les analyses de réserves glucidiques et azotées seront réalisées au cours de l’hiver 2015-2016, pour partie en dosage biochimique et pour partie par spectroscopie NIRS/MIRS : un étalonnage est en cours dans le cadre d’une collaboration EEF/BEF (action WP2 du Labex). Les courbes de vulnérabilité à la cavitation des 14 populations seront établies au cavitron de l’UMR PIAF à Clermont. L’évolution de l’embolie native après deux années de contrainte sera étudiée en 2016. Les mesures écophysiologiques et morphologiques seront poursuivies lors de la saison 2016, en particulier au printemps pour surveiller l’apparition de mortalité au cours du débourrement et de la reprise de croissance. L’anatomie du bois sera caractérisée pour les individus récoltés en 2015. L’analyse du métabolisme secondaire (WP4) sera réalisée avec un étudiant de Master 2 en 2016.

Valorisation —  Le projet Mepib-Death est le support d’un projet de sciences participatives intitulé “SURVIVORS”, co-construit entre l’unité pilote, le labex ARBRE, le CPIE et le collège d’Einville au Jars. Initié en 2014, les animations se sont poursuivies avec la même cohorte de 80 collégiens : animations en classe de 4ème, participation à la défoliation et à différents ateliers de mesures en juin 2015, soirée débat “Forêts et Changement climatique” au collège en avril 2015 avec les familles. Le projet “SURVIVORS” a été présenté lors du colloque « Science & You » à Nancy en juin 2015, représenté en septembre 2015 au Prix de la région Lorraine Science et Société, et lors des animations du Train du Climat en gare de Nancy en octobre 2015. Le projet est cité dans le rapport d’activité 2014 de l’INRA. Les animations se poursuivent au cours de l’année scolaire 2015-2016. Deux posters scientifiques ont été présentés aux journées du groupe Xyl’em à Bordeaux en septembre 2015.

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FREY-KLETT P., BRÉDA N., MASSONNET C., GALLEY C., MARCHAL I., DEGREMONT M. A. (2015) SURVIVORS : un projet de sciences participatives avec des collégiens. Sciences & You, Nancy, 1-6 juin 2015. (comm. orale + actes) http://www.science-and-you.com/fr/colloque/vendredi-5-juin.

CHUSTE P.A., MASSONNET C., MAILLARD P. (2015) What roles of carbon and nitrogen metabolisms in the death of beech trees ? Xylem International Meeting, Bordeaux 7-9 September 2015 (Abstract +Poster)

 

MASSONNET C., BRÉDA N. (2015) Vulnerability of Lorraine’s Beech Provenances to Drought: Disentangling Carbon and Hydraulic dysfunctions leading to Tree Mortality. Xylem International Meeting, Bordeaux 7-9 September 2015 (Abstract +Poster)

 

BREDA N. (2015) Interview “Forêt et Changement climatique”, par Samuel Goldschmidt, pour RTL Le Journal Inattendu de Marie Drucker, 31 octobre 2015

 

INRA. Des collégiens observent les arbres souffrir. Rapport Annuel 2014, L’institut, p 56.

 

Rapport de stages

 

  • ALCIUS S. (2015) Réponse de la photosynthèse du hêtre (Fagus sylvatica) à la sécheresse et à la défoliation. Rapport stage M2 FAGE, 26 p.
  • AMMOUR H. (2015) Impact d’un déficit hydrique et d’une défoliation sur la croissance de différentes populations lorraines de hêtre. Rapport de projet tutoré Master 1, FAGE, Université de Lorraine, 23 p.
  • DESCHINS V. (2015) Réponse de la photosynthèse du hêtre à la sécheresse et à la défoliation. Rapport de projet tutoré Master 1, FAGE, Université de Lorraine, 20 p.
  • FASOLIN C. (2015) Dynamique et phénologie racinaire de différentes populations de hêtre en condition de stress hydrique ou minéral en relation avec l’humidité du sol. Rapport de projet tutoré Master 1, FAGE, Université de Lorraine,20 p.
  • TITAH M. (2015) Etude de l’assimilation et du devenir du carbone dans la sève phloémienne chez le hêtre par marquage au 13CO2. Stage licence, Université de Lorraine (Poster)
  • TRUBER J. (2015) Etude de la variabilité de l’embolie native chez le hêtre (Fagus sylvatica L.). Rapport de projet tutoré Master 1, FAGE, Université de Lorraine, 21 p.