Réponses de la végétation du Cerrado aux changements climatiques et aux impacts humains dans le Nord-est du Brésil au cours de l'Holocène supérieur

Responses of Cerrado vegetation to climate changes and human impacts in Northeastern Brazil during the late Holocene

• Auteur / Autrice : Sergio Augusto Santos xavier
• Direction : Marie-Pierre Ledru, Francisca Soares Araujo
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'évolution et de la Biodiversité
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 10/07/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....) en cotutelle avec Université Fédérale du Ceará (UFC)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ISEM - Institut des Sciences de l'Evolution -Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : PAST
• Jury : Président / Présidente : Rafael Costa
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Olivier Antoine, Myriam Khodri, Ingrid Horák-terra, Marie-Pierre Ledru, Francisca Araujo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Miras, Raquel Cassino

Mots clés

Mots clés libres

Pollen

Charbon

Cerrado

Incendie

Utilisation des terres

Gestion de la conservation

Pollen

Charcoal

Cerrado biome

Fire history

Land-use

Conservation policy

Résumé

Au cours des prochaines décennies, le Cerrado (les savanes au Brésil) devrait subir des changements structurels et voir sa dynamique naturelle altérée en raison du réchauffement climatique et des pressions anthropiques accrues. Dans ce contexte, les études paléoécologiques permettent la reconstruction des paysages du passé lorsqu’ils étaient soumis à d’autres conditions climatiques et pratiques agricoles. L’objectif de ce travail est d’analyser les interactions entre la végétation, le climat et l’activité des incendies au cours des 6000 dernières années dans le Cerrado du Nord-Est du Brésil (NEB). Des analyses multi-indicateurs (pollen et charbon) ont été réalisées sur deux carottes sédimentaires, SAC18 prélevée dans le Parc National Sete Cidades situé au nord de l’état du Piauí et VDD13 prélevée dans le parc national Chapada das Mesas dans le sud-ouest de l’état du Maranhão. A Sete Cidades, une végétation ouverte a dominé de 1200 à 1350 CE et des incendies naturels sont observés pendant la transition d’un climat sec vers un climat humide. A partir de 1400 CE, nous observons le développement d’un cerrado arboré et d’un marécage. Trois types d’usage des terres sont mis en évidence : les pratiques amérindiennes entre 1400 et 1650 CE, les pratiques européennes entre 1650 et 1960 CE et la politique de conservation à partir de 1961 CE, qui a mis fin à déforestation et incendies. A Chapada das Mesas, une végétation ouverte caractérise une phase sèche de 6000 à 5200 cal a BP lorsque l’activité de la mousson était plus faible. Puis, entre 5200 et 4300 cal a BP, l’expansion d’un cerrado arboré et du marécage s’accompagne de l’augmentation de l’humidité de la mousson. Les incendies n’ont pas été pas observés et ont été attribués à l’absence de combustible pendant la phase sèche, puis à l’humidité ensuite. La présence de neuf échantillons stériles en pollen caractérise un événement sec entre 4200 et 3600 cal a BP date à laquelle la réorganisation entre les taxons résistants à la sécheresse et les taxons humides indique un climat saisonnier avec de fréquents incendies jusqu’à 2600 cal a BP. Ensuite, les feux se sont arrêtés et l’expansion du cerrado arboré, du marécage et de la forêt galerie caractérise l’intensification de la mousson. Sur la base de ces résultats et d’autres enregistrements, une reconstruction du cadre paléoécologique apporte un éclairage nouveau sur le climat du NEB au cours des derniers 6000 ans. Entre 6000 et 5000 cal a BP, la végétation ouverte à l’ouest caractérise des conditions sèches dues à l’affaiblissement de la mousson sur le bassin amazonien. Entre 5200 et 4200 cal a BP, l’expansion du cerrado arboré et des taxons amazoniens à l’ouest du NEB, des marécages et des taxons arborés à l’est du NEB montrent des taux d’humidité importants sur toute la région. Après 4200 cal a BP, l’expansion de la forêt décidue (Caatinga) à l’est caractérise des conditions sèches alors qu’à l’ouest, l’expansion de la forêt amazonienne et du Cerrado caractérisent le renforcement des précipitations. Depuis 3000 ans l’intensification de l’activité anthropique est marquée par l’augmentation des incendies pendant des conditions sèches ou humides. Au cours des 6000 dernières années, la végétation à l'ouest était plus sensible à la variabilité de la mousson et à l'est plus sensible aux déplacements de la Zone de Convergence Intertropicale. L’histoire des régimes de feu régionaux était une combinaison de dynamiques naturelles entre la végétation et le climat au cours de l’Holocène moyen et récent et des interactions entre l’homme et son environnement au cours de l’Holocène récent. Aujourd’hui les prédictions montrent que le déplacement de la mousson vers le sud et l’augmentation des températures de surface océanique pourraient conduire à une diminution des précipitations et des plus hautes températures sur le NEB, entraînant la réduction de la couverture végétale et la perte de la biodiversité.

In the upcoming decades, the Cerrado (Brazilian savanna) is expected to undergo structural changes and altered natural dynamics due to the ongoing global warming and human pressures. In this context, palaeoecological studies allow the reconstruction of past landscapes when they were subjected to different climatic conditions and other agricultural practices. The aim of this thesis is to study and understand the interactions between vegetation, climate change and fire regimens during the last 6000 years in the Cerrado of Northeastern Brazil (NEB). Multiproxy analyses (pollen and charcoal) were carried out in two sediment cores, SAC18 was collected in Sete Cidades National Park, North of Piauí State, and core VDD-13 was collected in Chapada das Mesas National Park, Southwest of Maranhão State. At Sete Cidades, open vegetation dominated from 1200 to 1350 CE. Natural fires occurred at the transition from dry to wetter phase around 1350-1400 CE. Then, from 1400 CE onwards, a woody cerrado and palm swamp expanded when the Intertropical Convergence Zone shifted southward. Three different land use practices were observed: Amerindians between 1400 and 1650 CE, Europeans between 1650 and 1960 CE and conservation policy from 1961 CE onwards, which mitigated deforestation and fires. At Chapada das Mesas, open vegetation dominated during a dry phase from 6000 to 5200 cal yr BP, when the monsoon convection was weakened. Then, a woody cerrado and palm swamp during a moister phase expanded from 5200 to 4300 cal yr BP, when the monsoon moisture strengthened. Almost no fire was observed, which can be attributed to the lower fuel availability during the dry phase and the wet biomass during the moister phase. Nine sterile samples characterized a strong dry period around 4200 cal yr BP which lasted until 3600 cal yr BP. Reorganization of dry resistant taxa and moisture related taxa indicated increasing humidity to a seasonal climate, with constant fires until 2600 cal yr BP. Then, fires stopped and the expansion of woody cerrado, palm swamp and gallery forest marked the onset of a wet period, when the monsoon intensified in the west. This palaeoecological reconstruction, based on the results of this thesis and other records, sheds new light on the regional climate of NEB during the last 6000 years. Between 6000 and 5200 cal yr BP, an open vegetation in the western attested dry conditions caused by weakened monsoon convection on the Amazon basin. Between 5200 and 4200 cal yr BP, the expansion of woody cerrado and amazon rainforest taxa on western NEB and palm swamp and tree taxa in eastern NEB, reflected higher moisture rates all over the region. After 4200 cal yr BP, the development of Caatinga in the east attested the installation of a dry climate, while the expansion of the Amazon rainforest and Cerrado in the west reflected the strengthened monsoon. Natural fires occurred mostly in eastern NEB between 6000-4200 cal yr BP. Since 3000 cal yr BP, the intensification of human activities in the region is characterized by an increase in fire activity under dry and wet conditions. During the last 6000 years, the vegetation in the west was more sensitive to the monsoon variability and in the east more sensitive to the ITCZ shifts and Sea Surface Temperature (SST). Anthropogenic activity in NEB was stronger after 3000 cal yr BP, when native groups spread across the region. Consequently, the history of fire regimen in NEB was a combination of natural dynamics between vegetation and climate during the mid-late Holocene and human-environment interactions during the late Holocene. Today predictions show that monsoon shift to the south and SST increase could lead to rainfall depletion and warmer temperatures over NEB, causing reduction of regional vegetation cover in both eastern and western NEB and biodiversity loss.