Forest tree responses to extreme climatic events
Réponses des arbres forestiers aux événements climatiques extrêmes
Résumé
Water availability is one of the most constraining factors of tree growth, even under temperate conditions. Annual increments, as recorded in tree-rings, can be measured retrospectively to reconstruct tree live. This approach, so called dendrochronology, allows the detection of low frequency signals (trends dues to tree ageing or to global change) and high frequency signals (inter-annual growth change). Such year-to-year variability is always clearly recorded, with either large or narrow tree-rings. Some years, most of the trees from a stand, a region or some time a country, react in a similar way. This is a pointer year useful for both tree-ring dating and analysing trees responses to extreme climatic events like frost, heat wave, spring water logging, and drought … Forest tree species exhibited contrasted responses to climatic hazards, depending on their sensitivity to water shortage or temperature hardening. These differences, illustrated from our dendrochronological data base, could be interpreted as a result of ecophysiological responses. Tree response analysis to climatic hazards like extreme drought needs first a quantification and description of seasonal progression of water shortage (starting time, duration, intensity …). These criteria, computed from a retrospective calculation of daily and local forest water balance, allow building drought typology and between years or canopy types (broad leaves vs. sempervirens) comparisons. Water balance calculation also helps identifying water logging periods during spring, which impact on tree growth should be as severe as drought. For the forester, a drought is an extreme event if visible and durable symptoms are induced, including leaf discolouration, perennial organs mortality (twig, branches), tree dieback and mortality. This kind of symptoms, lagging one or several years after the climatic event, will be illustrated from forest decline occurred since the 2003 drought or attributed to previous drought events in France. The cumulated impact of recurrent droughts on tree growth response will be illustrated and the physiological interpretation of the long lasting memory of tree will be discussed. Finally, some conclusions of such a coupled approach linking dendrochronology and ecophysiology will be translated to management advices to foresters and arguments helping to select adapted species according to actual and future site water balance.
Un des facteurs majeurs affectant la croissance des arbres est la disponibilité en eau, même dans les milieux tempérés. Les accroissements annuels, marqués dans le bois par les cernes, peuvent être mesurés rétrospectivement pour reconstruire l’histoire de la vie des arbres. Cette approche (appelée dendrochronologie) permet de mettre en évidence des variations de basse fréquence (tendances liées à l’âge de l’arbre ou aux changements environnementaux) et de signaux haute fréquence (variations inter-annuelles de croissance). Ces variations inter-annuelles sont toujours très marquées, avec des alternances d’années de bonne et de mauvaise croissance. Certaines années, tous les arbres d’un peuplement, voire d’une région ou d’un pays, répondent de manière identique : ces années sont dites années caractéristiques pour la croissance. Elles servent à la fois de repère pour la datation des cernes, et traduisent très souvent la réponse des arbres à un évènement climatique extrême, thermique ou hydrique : gel intense, canicule, excès d’eau printanier, sécheresse … Les espèces forestières présentent des réponses contrastées à ces aléas climatiques, en fonction de leur comportement écophysiologique face aux contraintes. Ces différences, illustrées à partir de notre base de données dendrochronologique, s’interprètent à l’aide des connaissances sur l’écophysiologie des espèces. L’analyse de la réponse des arbres aux aléas de type sécheresse extrême nécessite également une quantification et une caractérisation de la progression saisonnière des déficits hydriques (précocité, durée, intensité). Ces critères, issus d’un calcul de bilan hydrique local, permettent d’établir une typologie des sécheresses, un classement relatif entre années et entre type de couverts forestiers (décidus vs. sempervirents). Le même calcul permet aussi d’établir des caractéristiques d’épisodes d’excès d’eau dans le sol au printemps, dont les impacts sont parfois tout aussi drastiques sur la croissance. Pour le forestier, une sécheresse est considérée comme extrême si elle induit des dysfonctionnements visibles et durables, incluant des changements anormaux de coloration du feuillage, des mortalités d’organes (rameaux, branches), un dépérissement voire des mortalités anormales. Nous illustrerons de tels impacts, souvent différés de quelques années après l’aléa climatique, à partir d’études de dépérissements forestiers avérés depuis 2003 ou attribués à des sécheresses plus anciennes. Nous montrerons que l’effet cumulatif des sécheresses est particulièrement défavorable pour les espèces qui gardent longtemps la mémoire de tels accidents. Enfin, ces résultats de recherches aboutissent à des recommandations de gestion forestière et de choix d’essences en fonction des potentialités hydriques actuelles et futures des stations.