Recherche sur les arbres en limite de forêt: expérience à long terme au Stillberg

Contexte et questions soulevées dans la recherche

En raison des siècles de pâturage, la limite de la présence d’arbres dans de nombreuses régions de montagne en Europe se situe plus bas que dans des régions demeurées intactes. Pour l’étude de la limite supérieure de la forêt, il est dès lors difficile de déterminer si c’est l’activité humaine ou des facteurs spécifiques liés à l’environnement qui sont responsables de la croissance ou de la survie des espèces d’arbres dans le voisinage de la lisière de la forêt.

Le champ d’expérimentation du Stillberg, qui a fait l’objet d’un reboisement à grande échelle et qui se situe au-dessus de la limite actuelle de la forêt, nous offre la possibilité de contourner cette problématique. Dans le cadre d’un projet de recherche, nous examinons les questions suivantes:

• Des arbres peuvent-ils survivre dans les Alpes également au-dessus de la limite actuelle de la forêt?
• Quels facteurs environnementaux influencent la croissance et la survie des arbres dans le voisinage de la limite de la forêt?
• L’importance des différents facteurs environnementaux change-t-elle pour les arbres au cours de leur cycle de vie?

Champ d’expérimentation du Stillberg. Photo: Nick Dawes

Méthodes

Le champ d’expérimentation du Stillberg d’une superficie de 5 hectares se situe dans le Dischmatal près de Davos. Il se trouve approximativement à l’altitude actuelle de la limite de la forêt (2075 m) pour son bord inférieur et s’étend jusqu’à 2230 m d’altitude. En 1975, environ 92’000 arbres de trois essences – mélèze (Larix deciua), pin de montagne (Pinus mugo ssp. uncinata) et arole (Pinus cembra) – y ont été plantés. Pendant 30 ans, les chercheurs ont mesuré la croissance et la mortalité de ces plantes.

Nous avons exploité ces données portant sur une longue période par des méthodes statistiques (arbres de classification et de régression ainsi que différents modèles de régression multivariés) afin d’étudier si et dans quelle mesure la mortalité et la croissance des trois espèces d’arbres dépendent des différents facteurs environnementaux. Parmi ceux-ci figurent l’altitude, la couverture neigeuse, la vitesse du vent et l’ensoleillement.

Résultats

Pour les trois essences, les taux de mortalité étaient les plus élevés au cours des 15 premières années suivant la plantation. Le pin de montagne et l’arole présentent toutefois, sur toute la période de 30 ans, une mortalité assez élevée provoquée principalement par des champignons pathogènes provoquant la chute des aiguilles Phacidium infestans (uniquement arole) et Gremmeniella abietina. Il semble que les années au cours desquelles les arbres étaient entièrement recouverts de neige au printemps et donc particulièrement exposés aux attaques des champignons limitent considérablement la propagation de ces essences dans le voisinage de la limite de la forêt. Ceci montre que ce n’est pas la période qui suit la germination qui est particulièrement critique pour la survie, mais surtout la phase suivante qui peut fortement influencer les taux de mortalité.

Fig. 1: Taux de survie de l’arole (rouge), du pin de montagne (bleu) et du mélèze (vert) entre 1975 et 2005.

Pour chacune des trois essences, la mortalité augmente nettement aux altitudes supérieures à environ 2160 m (fig. 2). Leur croissance diminue par ailleurs progressivement à mesure que l’altitude augmente.

Fig. 2: Rapport entre la mortalité et l’altitude entre 1975 et 2005, pour les 3 essences plantées au Stillberg. Les barres rouges marquent l’altitude de 2160 m au-dessus de laquelle la probabilité de survie diminue fortement pour chacune des 3 essences plantées.

Les trois essences présentaient généralement une mortalité plus faible là où le déneigement naturel est précoce au printemps (taux de survie le plus élevé en cas de déneigement naturel avant le 20 mai (140^ème jour)). La croissance optimale intervient, en revanche, avec un déneigement naturel légèrement plus tardif aux alentours du 145^ème au 150^ème jour (fig. 3).

Fig. 3: Rapport entre la survie et la date de déneigement naturel pour les 3 essences plantées entre 1975 et 2005, à savoir l’arole, le pin de montagne et le mélèze. La ligne rouge marque à chaque fois la date optimale de déneigement naturel pour le meilleur taux de survie et la ligne bleue la date optimale de disparition de la neige favorisant la croissance des arbres.

Tout au long de cette période de 30 ans, le moment du déneigement naturel a été le facteur le plus important déterminant la mortalité. L’altitude, en revanche, avait la plus grande influence sur la croissance. En dépit de la hausse des températures de l’air pendant la période d’observation, l’altitude est restée la principale variable environnementale pour la croissance et le deuxième facteur le plus important influençant la mortalité des arbres. Ceci indique que l’augmentation de la température n’atteint pas encore un niveau suffisant pour améliorer déjà de manière déterminante la croissance et la survie des arbres. Par contre, plus les arbres sont vieux, plus l’influence du vent agit sur leur survie et leur croissance. Cela peut s’expliquer par le fait que des arbres de plus grande taille sont davantage endommagés mécaniquement par le vent et les amoncellements de neige.

Conclusions

• Les jeunes plants de mélèze, de pin de montagne et d’arole peuvent facilement survivre à une centaine de mètres au-dessus de la limite actuelle de la forêt. Les limitations de croissance et de survie liées à l’altitude indiquent cependant que dans les conditions climatiques actuelles, la limite de la forêt ne peut pas s’élever beaucoup.
• En plus de l’altitude, de petites variations dans la durée d’enneigement au printemps peuvent avoir une grande influence sur les chances de survie et le modèle de croissance des espèces d’arbres dans le voisinage de la limite de la forêt.

Team

Ignacio Barbeito (SLF)

Melissa Dawes (SLF)

Christian Rixen (SLF)

Peter Bebi (SLF)

Josef Senn (WSL)

More information of this study at:

http://www.esajournals.org/doi/abs/10.1890/11-0384.1