Search

Aim Processes driving current tree species distribution are still largely debated, and uncertainties about processes at play remain. Attempts to relate environmental factors and population related metrics have shown mixed results, and the link between tree species range and their population dynamics are unclear. In this context, we would like to test the hypotheses that meta-population processes of colonization and extinction drive species distributions. Location Europe: Spain, France, Germany, Finland, and Sweden. Taxon Angiosperms and Gymnosperms. Methods For the 17 tree species analyzed we fitted species distribution model (SDM) relating environmental variables to presence absence data across Europe. Then using harmonized national forest inventories across Europe we tested whether colonization and extinction probabilities are related to occurrence probability estimated by the SDMs. Finally, we tested whether the equilibrium probability of presence derived from these models of colonization and extinction match the observed species distribution. Results We found that for most species that colonization probabilities in-creased with increasing occurrence probability, and conversely extinction probabilities decreased. We found that the equilibrium probability of presence derived from simple meta-population models was positively correlated but generally overestimated the SDM occurrence probability. Main conclusions Our study supports the view that meta-population dynamics are partly related to SDM occurrence probability. The over estimation of our simple meta-populations models probability of occurrence at equilibrium could be related to simplification of dispersal processes.

For decades, ecologists have investigated the effects of tree species diversity on tree productivity at different scales and with different approaches ranging from observational to experimental study designs. Using data from five European national forest inventories (16,773 plots), six tree species diversity experiments (584 plots), and six networks of comparative plots (169 plots), we tested whether tree species growth responses to species mixing are consistent and therefore transferrable between those different research approaches. Our results confirm the general positive effect of tree species mixing on species growth (16% on average) but we found no consistency in species‐specific responses to mixing between any of the three approaches, even after restricting comparisons to only those plots that shared similar mixtures compositions and forest types. These findings highlight the necessity to consider results from different research approaches when selecting species mixtures that should maximize positive forest biodiversity and functioning relationships., Using data from five European national forest inventories, six tree species diversity experiments, and six networks of comparative plots, we confirmed a general positive of species mixing on tree growth. Species‐specific responses to mixing were inconsistent between any of the tree approaches, even after restricting comparisons to only those plots that shared similar mixtures compositions and forest types. We thereby highlight the necessity to consider results from different research approaches to select species mixtures for maximizing biodiversity effects on tree growth.

National audience; Size inequality has been considered a key feature of plant population structure with impacts on ecosystem functions. In forest ecosystems, studies examining the relationship between tree size inequality and stand productivity have produced mixed outcomes. Most studies have discussed positive or negative relationships with regard to competition for light between trees (e.g. light interception efficiency), but far less attention has been paid to the role played by tree ontogenetic growth. In this article, we present a simple mathematical model that provides the ontogenetic basal area growth of trees in a stand having two strata and that includes size-asymmetric competition between trees. Comparing the growth of this stand to the growth of a reference stand with only one stratum, we show that higher growth of the two-strata stand is achieved for low intensities of absolute size-asymmetric competition and for concave shape, increasing functions of ontogenetic growth. We also demonstrate that the difference in growth between the two stands depends on tree density, stand quadratic mean diameter and tree size inequality in the two-strata stand. We highlight that different relationships between size inequality and productivity can be achieved (positive, negative and nonmonotonous). Overall, our results highlight that ontogenetic growth has a major impact on these relationships. We then discuss the consequences for future studies analysing the effect of size inequality on forest productivity. Our approach calls for new theoretical developments to deal with size inequality and ecosystem functions in plant populations.

OBJECTIFS - Le projet AdaMont, soutenu par le programme Gestion des Impacts du Changement Clima-tique (GICC) et l’Observatoire National des Effets du Réchauffement Climatique (ONERC), a été réalisé de 2015 à 2017. Conformément aux attendus du programme GICC, le projet s’est intéressé à caractériser et à projeter les impacts du changement climatique pour un territoire, et à proposer une méthodologie d’approche intégrée de l’adaptation au changement climatique à l’échelle de ce territoire, dans une dé-marche participative et pluridisciplinaire.MONTAGNE – Le choix du terrain s’est porté sur les massifs et Parcs Naturels Régionaux (PNR) des Préalpes, des territoires de moyenne montagne très sensibles et déjà impactés par le réchauffement cli-matique. Ces massifs offrent une large palette de milieux et de climats le long de gradients d’altitude, d’exposition, de latitude et de pression urbaine. Ils sont également des terrains privilégiés d’observation et de recherche, en lien avec les PNR et les autres parties-prenantes de ces territoires. L’analyse porte sur les principales ressources de ces massifs et activités de gestion rattachées aux secteurs agricole, forestier, touristique, de la gestion de l’eau et des risques naturels.PARTENARIAT - Le projet est mené en partenariat entre Irstea, le Centre National de la Recherche Météo-rologique et les Parcs Naturels Régionaux du Vercors et des Préalpes. Il s’appuie également sur un large partenariat de terrain. Côté recherche, le projet mobilise une part importante du collectif du centre Irstea de Grenoble, au carrefour des trois domaines disciplinaires et d’application qui y sont développés : sciences sociales et territoires, écologie et écosystèmes de montagne, géosciences et risques naturels. Le projet s’interface aussi avec les nombreux projets de recherche existants ou en développement sur le changement climatique à l’échelle de la Communauté Université Grenoble Alpes, ainsi qu’avec différents projets de recherche nationaux, interrégionaux et européens menés dans le centre.PARTICIPATION - Le travail participatif et de co-construction autour de regards croisés constitue un fon-dement essentiel du projet AdaMont. Les ateliers participatifs ont rassemblé plus de 150 personnes, en-trepreneurs et gestionnaires, experts et chercheurs, chargés de mission et responsables territoriaux. Ils ont permis de recueillir et de capitaliser les connaissances tout en portant attention à la pratique des ges-tionnaires de terrain.CONNAISSANCE – Malgré le choix de terrains d’étude bien connus des chercheurs, les connaissances scientifiques et quantifiés sur les impacts et les vulnérabilités au CC restent encore insuffisantes pour permettre une approche quantifiée. La mise en place d’une approche participative et qualitative a consti-tué la base du rassemblement et de la structuration d’un ensemble cohérent sur la base de connaissances de différentes natures, scientifiques, expertes et pratiques, permettant de travailler dans des terrains peu documentés.COMMUNICATION – Plusieurs actions et supports de sensibilisation et de communication ont pu être élaborés en soutien et en valorisation de la démarche, touchant plusieurs centaines de personnes et tout type de public. Différentes initiatives sont en cours pour poursuivre cette diffusion des informations sur l’adaptation au CC, avec par exemple la mise en place d’un parcours de géocaching.APPROCHE SYSTÉMIQUE - Un cadre d’analyse systémique mis en place sur la base d’un travail pluridisci-plinaire structure l’ensemble de la démarche méthodologique, coeur du projet. Au regard de l’ampleur de la problématique à aborder, l’approche se base pour l’essentiel sur des « focus » permettant de tester la faisabilité et la pertinence de différentes méthodes et outils pertinents pour cette approche systémique. Ils renvoient alors vers d’autres questions ou projets de recherche.CLIMAT - La mise au point d’une méthode de régionalisation des projections climatiques a généré des données adaptées aux massifs montagneux pour trois scénarios contrastés du GIEC. Ces projections cli-matiques ont été mobilisées comme données d’entrée des ateliers participatifs pour étayer la caractérisa-tion des aléas et des perturbations climatiques. Elles ont aussi servi à initier et développer des projets de recherche sur la modélisation des impacts du changement climatique sur les ressources naturelles et les activités économiques en montagne, et tout particulièrement sur la neige et le tourisme de neige.AdaMont : Rapport final (mai 2018) Page 11IMPACTS - Le projet AdaMont s’est donné comme objectif de mener une caractérisation approfondie et la plus exhaustive possible des conséquences du changement climatique pour les territoires étudiés depuis l’aléa climatique, les perturbations et impacts associés, jusqu’aux pratiques d’adaptation, en associant synthèse de l’état de l’art, informations recueillies lors des ateliers et modélisation.VULNÉRABILITÉS - La question de la sensibilité et des vulnérabilités des territoires au changement clima-tique est abordée avec l’objectif de développer une approche « enrichie » de diagnostic de la vulnérabilité des territoires, spatialisée et fonctionnelle. Le travail a été initié autour de trois focus : enseignements du travail participatif pour la caractérisation des vulnérabilités, vulnérabilités associées aux réseaux de trans-port ; vulnérabilités au prisme des socio-écosystèmes.SYSTÈME DE MANAGEMENT DE L’ADAPTATION – La diversité et la complexité des modalités d’adaptation possibles à mettre en oeuvre dans un territoire de moyenne montagne est décrite par une approche « processus », dans le cadre d’un « système de management de l’adaptation » ou « SMA », dé-rivé des approches classiques des systèmes de management de la qualité « SMQ ». L’objectif principal de ce « SMA » est de faire communiquer les différents métiers au travers de leur activité d’adaptation au changement climatique, afin de pouvoir raisonner cette adaptation de façon intégrée à l’échelle du terri-toire.MODÉLISATION INTÉGRÉE - Un important travail de modélisation formelle par langage UML a été effec-tué dans le but de capitaliser, de structurer et de mettre en relation les informations recueillies dans le projet, afin de proposer une modélisation intégrée du système d’adaptation à l’échelle d’un territoire de moyenne montagne. Cette modélisation intégrée repose sur une représentation du système territorial d’adaptation en trois couches d’information se référant à la chaîne impacts / vulnérabilités / adaptations. Le modèle obtenu est appelé « MAIA » pour « Modélisation Améliorative et Intégrée de l’Adaptation ». Il peut être interfacé avec d’autres approches de modélisation spécialisées.CAS D’ADAPTATION – Le travail d’intégration s’est fait par alignement entre les différents référentiels utilisés dans l’approche intégrée du système de management de l’adaptation « SMA ». Cet alignement a été effectué par la mise en place d’un cadre d’analyse stratégique et de mise en oeuvre de l’adaptation appelé « ZOE » pour « Zone de mise en OEuvre ». Il a débouché sur la définition d’un concept et objet pi-vot appelé « cas d’adaptation ». Sur la base des travaux menés dans le Vercors, 28 cas d’adaptation ratta-chés à 5 enjeux principaux et déclinés dans 265 activités d’adaptation de référence ont ainsi pu être iden-tifiés, mobilisant 52 fonctions en support de ces activités.BASE DE DONNÉES – Une base de données physique liée au modèle intégré, appelée « MAIA-DATA » a été mise en place afin de pouvoir capitaliser et mettre à disposition l’ensemble des informations ainsi recueillies et formalisées. Cette base de données sur l’adaptation est définie de façon assez générique pour être applicable sur d’autres types de territoires, et peut être enrichie de façon continue et dyna-mique. Elle constitue en ce sens un observatoire de l’adaptation, ainsi qu’un outil d’aide à la décision en aidant à identifier les différentes voies et bonnes pratiques d’adaptation. Elle permet également de révé-ler les interactions et les effets leviers entre les différentes stratégies et activités d’adaptation.TRANSFERT - La mise à l’épreuve du système de management de l’adaptation reste à faire sur le terrain. Les premières implémentations opérationnelles montrent néanmoins la capacité de la démarche d’ensemble à donner un cadre formel et intégré qui permette à la fois de capitaliser la connaissance de façon participative et progressive, mais aussi de révéler la réponse adaptative d’un système territorial aux perturbations climatiques à même de contribuer aux processus de décisions des différentes parties inté-ressées.SERVICES CLIMATIQUES - L’approche développée est aussi porteuse de propositions pour les autres types de territoires et pour la conception de « services climatiques » afin d’accompagner les territoires dans leurs pratiques et politiques d’adaptation au changement climatique.

International audience; In the face of climate change, there are increasing concerns about the future redistribution of species ranges. Species ranges are thought to reflect demographic trends, which are governed by vital rates (e.g. survival, growth, reproduction). However, we have a poor understanding of how demography drives species distributions. This issue is particularly complex for large and long-lived organisms such as trees, for which populations' dynamics are strongly dependent on their size structure. Integral projection models (IPMs) have been proposed as a powerful tool to predict the fate of such size-structured populations due to their flexibility, robustness to low sample size, and ability to explicitly include a/biotic factors such as density dependence and climate. Here, we used forest inventory data from over 90,000 plots and 27 tree species, containing over one million adult trees across Spain, France, Germany, Sweden, and Finland to parameterise IPMs. These models include the effect of both climate and local competition. To describe each species' niche, we estimated species probability of presence with ensemble species distribution models (SDMs) fitted on 250,000 plots across Europe. Next, we compared key demographic metrics of the population dynamics derived with these IPMs such as life expectancy or passage time against the species probability of presence to test whether climatic-dependent IPMs capture the demographic signature of the species ranges. Specifically, we evaluated whether the level of local competition modifies the links between demography and species ranges. Finally, we explored whether species' functional traits such as wood density or specific leaf area help to explain why for some species there is a strong match between demographic performance and range, whereas for other species demography seems disconnected from their distribution.

Humans require multiple services from ecosystems, but it is largely unknown whether trade‐offs between ecosystem functions prevent the realisation of high ecosystem multifunctionality across spatial scales. Here, we combined a comprehensive dataset (28 ecosystem functions measured on 209 forest plots) with a forest inventory dataset (105,316 plots) to extrapolate and map relationships between various ecosystem multifunctionality measures across Europe. These multifunctionality measures reflected different management objectives, related to timber production, climate regulation and biodiversity conservation/recreation. We found that trade‐offs among them were rare across Europe, at both local and continental scales. This suggests a high potential for 'win‐win' forest management strategies, where overall multifunctionality is maximised. However, across sites, multifunctionality was on average 45.8‐49.8% below maximum levels and not necessarily highest in protected areas. Therefore, using one of the most comprehensive assessments so far, our study suggests a high but largely unrealised potential for management to promote multifunctional forests.

International audience; Understanding changes in vegetation composition across large biogeographic gradients is fundamental, to predict biodiversity and ecosystems functioning at large scale. A long-standing theory is that these changes in forest composition emerge from the interplay of direct climate constraints and biotic interactions, and that biotic processes have a stronger role than abiotic processes in productive climatic conditions. Numerous models have been developed to explore this question, yet few connect with the real climatic gradients and the real traits shaping plants strategies. Here we explore this question with a new model – plant – in which interaction between trees is driven by competition for light in size-structured meta-populations. Trees performance connects directly with their leaf and stem traits. More specifically we explore the dynamics emerging for one or multiple traits that underpin trade off between species competitive ability for light and tolerance to climate stresses such as drought or frost. This knowledge is crucial to progress our understanding of how geographic boundaries of forest tree species are determined along climate gradients, and how they may move in the future.