Diversité des mécanismes de résistance à la sécheresse des arbres en forêt tropicale humide

Diversity of drought-resistance mechanisms of tropical rainforest tree species

• Auteur / Autrice : Camille Ziegler
• Direction : Damien Bonal, Sabrina Coste
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie et écologie des forêts et des agrosystèmes
• Date : Soutenance le 24/02/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Silva (Lorraine)
• Jury : Président / Présidente : Erwin Dreyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Damien Bonal, Sabrina Coste, Stéphane Herbette, Henrik Hartmann, Maguy Dulormne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Herbette, Henrik Hartmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Variabilité

Écophysiologie

Résistance à la sécheresse

Guyane

Forêts pluviales

Écologie des forêts

Mots clés libres

Écophysiologie

Écologie

Variabilité interspécifique

Défaillance hydraulique

Guyane

Ecophysiology

Ecology

Interspecific variability

Hydraulic failure

French Guiana

Résumé

Les forêts tropicales humides jouent un rôle clé dans les cycles biogéochimiques à l’échelle globale. Les évènements de sécheresse saisonniers entrainent des modifications dans le fonctionnement de ces forêts. L’augmentation de la fréquence et de l’intensité des évènements de sécheresse de forte intensité à l’échelle de l’Amazonie entraine déjà un changement dans la composition des communautés d’arbres, mais notre capacité à prédire leur réponse future dépend en partie de nos connaissances des mécanismes physiologiques leur permettant de résister à la sécheresse. Cette thèse explore la diversité interspécifique des mécanismes de résistance à la sécheresse des arbres en forêt tropicale humide de Guyane et vise à améliorer les connaissances actuelles. Elle montre que les espèces d’arbres de canopée en forêt naturelle peuvent avoir une grande résistance à l’embolie des tiges et qu’une majorité des espèces ont un grand niveau de sureté hydraulique en saison sèche, avec une grande variabilité interspécifique. Cependant, pour la majorité d’entre eux, une diminution de la disponibilité en eau du sol entraine une diminution de leur densité de flux de sève en saison sèche, et une partie de cette sensibilité peut être expliquée par des mécanismes physiologiques liés à des stratégies de résistance à la sécheresse. Les mécanismes physiologiques sous-jacents à ces stratégies varient fortement entre espèces pour de jeunes arbres. Certaines bénéficient d’une fermeture stomatique précoce et d’une faible conductance minimum, alors que d’autres ont une plus grande résistance à l’embolie des tiges et un plus fort degré de segmentation de vulnérabilité, parfois associés à une grande tolérance à l’embolie des tiges. Lors d’une sécheresse de forte intensité, nous avons observé une forte réduction des teneurs en carbohydrates, ce qui souligne l’interdépendance entre le fonctionnement hydraulique et carboné des espèces. Cependant, le principal processus physiologique causant la mort semble être la défaillance hydraulique. Cette forte variabilité interspécifique amène à postuler que les populations d’arbres de forêt tropicale humide pourraient répondre de manière contrastée à une intensification des épisodes de sécheresse, ce qui pourrait avoir des conséquences sur la composition des communautés d’arbres en Guyane.

Tropical rainforests play a central role in biogeochemical cycles at the global scale. Seasonal droughts alter their functioning, but severe droughts can severely affect tree growth and mortality. Increasingly frequent severe droughts in the past decades over the entire Amazon Basin have triggered changes in tree community composition, but our capacity to predict the fate of these communities is partly hampered by our lack of knowledge on the physiological mechanisms involved in tree drought-resistance. This thesis explores the interspecific diversity of drought resistance mechanisms of tropical rainforest tree species in French Guiana and aims at enhancing our present knowledge on their functioning. This thesis reveals that tropical rainforest canopy tree species can be very resistant to drought-induced stem embolism and that a majority of species achieve high hydraulic safety during the dry season, with strong interspecific differences. However, for most trees, a decrease in soil water availability leads to a decrease in their sap flux density during the dry season, with part of their sensitivity being related to physiological mechanisms involved in drought-resistance strategies. The underlying physiological mechanisms to their strategies vary strongly between species for young tree saplings. Some benefit from an early stomatal closure and low minimum leaf conductance, while others are more resistant to stem embolism and rely on a positive hydraulic vulnerability segmentation. During a severe imposed drought, there was a strong reduction in carbohydrate contents, which highlights the interdependence between the water and carbon balance of trees. However, the main physiological mechanism causing tree mortality seems to be hydraulic failure. The strong interspecific variability within these communities could lead to contrasting responses of tree populations to an increase in the frequency and severity of drought events, which could impact tree community composition in French Guiana.