Ecological strategies of Central African lianas: from macro-anatomical diversity to community patterns
Sratégies écolotgiques des lianes d'Afrique centrale : de la diversité macro-anatomique aux structures communautaires
Résumé
Lianas develop some of the most complex vascular organizations in plants and are an emblematic growth form in the diversity and dynamics of tropical forests. However, their ecology and especially the links between traits, anatomy and community structure remain poorly known. The goal of this thesis is to deepen our understanding of the ecological strategies of lianas, from macroanatomical diversity to community-level patterns, using both ground- and drone-based field data. The study was carried out in Northern Congo, where trees and lianas are monitored in permanent plots through time. In three independent chapters, I explore (i) the link between commonly used ground-based liana measurements and drone-based measurements of liana leaf coverage over tree crowns; (ii) the influence of local topography, forest structure, and tree composition on liana community structure and floristic and functional composition; and (iii) the strategies associated with the macroanatomical diversit! y of lianas, their links to the leaf economic spectrum, and their patterns across a phylogeny and environmental gradients. Most ground-derived liana metrics were significantly related to drone-derived liana leaf coverage over tree crowns. This was best predicted by liana basal area and negatively mediated by liana wood density, with a higher leaf area-to-diameter ratio for light-wooded lianas (see doi:10.3389/ffgc.2022.803194; Figure 1). Along environmental gradients, the liana community structure was mainly determined by local forest structure, with an increased abundance of small-sized lianas and basal area in open canopy areas where they competed with giant herbs. The floristic and functional composition of lianas varied marginally along these gradients. Faster acquisition strategies tended to occur in open canopy areas (low liana wood density, high specific leaf area, and %PO4). Lianas exhibited significant species-specific associations with the most common lianas and t! rees. Through the lens of functional ecology, liana species ex! hibited a large diversity of macroanatomical structures and cambial variants. These were associated with strategies ranging from hydraulic efficiency to hydraulic safety, and higher density stems in the self-supporting phase to resilience during climbing (Figure 2). Both leaf and wood strategies were significantly coupled (Figure 3) and distributed throughout the phylogeny. However, only the trade-off between acquisitive and conservative leaf strategies was significantly affected by environmental gradients, while wood strategies appeared to remain neutral. I hope that this work will contribute to a better understanding of the temporal and spatial distribution of liana species and better predict shifts under large-scale and environmental conditions.
Les lianes développent des organisations vasculaires parmi les plus complexes chez les plantes et constituent une forme de croissance emblématique de la diversité et de la dynamique des forêts tropicales. Cependant, leur écologie et notamment les liens entre traits, anatomie et structure des communautés restent mal connus. L'objectif de cette thèse est d'approfondir notre compréhension des stratégies écologiques des lianes, de la diversité macro-anatomique à la structure des communautés, en utilisant des données de terrain au sol et par drone. L'étude a été menée dans le nord du Congo, où les arbres et les lianes sont suivis dans des parcelles permanentes au fil du temps. Dans trois chapitres indépendants, j'explore (i) le lien entre les mesures au sol des lianes couramment utilisées et les mesures par drone de la couverture foliaire des lianes sur les couronnes des arbres ; (ii) l'influence de la topographie locale, de la structure forestière et de la composition des arbres sur la structure des communautés de lianes et la composition floristique et fonctionnelle ; et (iii) les stratégies associées à la diversité macroanatomique des lianes, leurs liens avec le spectre économique des feuilles, et leurs schémas à travers une phylogénie et des gradients environnementaux. La plupart des mesures de la liane dérivées du sol étaient significativement liées à la couverture foliaire de la liane dérivée du drone sur les couronnes d'arbres. C'est la surface terrière de la liane qui permettait le mieux de prédire ce phénomène, et la densité du bois de la liane y contribuait négativement, avec un rapport surface foliaire/diamètre plus élevé pour les lianes à bois clair (voir doi:10.3389/ffgc.2022.803194 ; figure 1). Le long des gradients environnementaux, la structure de la communauté de lianes était principalement déterminée par la structure forestière locale, avec une abondance accrue de lianes de petite taille et de surface terrière dans les zones de canopée ouverte où elles sont en concurrence avec les herbes géantes. La composition floristique et fonctionnelle des lianes a légèrement varié le long de ces gradients. Des stratégies d'acquisition plus rapides ont eu tendance à se produire dans les zones à canopée ouverte (faible densité de bois de liane, surface foliaire spécifique élevée et %PO4). Les lianes ont montré des associations significatives spécifiques aux espèces avec les lianes les plus communes et les t ! rees. Du point de vue de l'écologie fonctionnelle, les espèces de lianes présentaient une grande diversité de structures macro-anatomiques et de variantes cambiales. Celles-ci étaient associées à des stratégies allant de l'efficacité hydraulique à la sécurité hydraulique, et à des tiges plus denses dans la phase d'autoportance à la résilience pendant l'escalade (figure 2). Les stratégies relatives aux feuilles et au bois ont été couplées de manière significative (figure 3) et réparties sur l'ensemble de la phylogénie. Cependant, seul le compromis entre les stratégies foliaires acquisitives et conservatrices a été significativement affecté par les gradients environnementaux, alors que les stratégies du bois semblent rester neutres. J'espère que ce travail contribuera à une meilleure compréhension de la distribution temporelle et spatiale des espèces de lianes et permettra de mieux prédire les changements dans des conditions environnementales et à grande échelle.