The role of environmental drivers in tree community structure of central african lowland forests

Abstract

Les communautés d'arbres varient à différentes échelles spatiales et sont influencées par des facteurs environnementaux. Pour comprendre le rôle des facteurs environnementaux dans la structuration des communautés d'arbres, une analyse par échelles spatiales est nécessaire. L'objectif global de cette étude est d'analyser l'influence des facteurs environnementaux (sol et climat) sur trois aspects de la structure des communautés d'arbres, à savoir les patrons floristiques, les hauteurs des arbres et les traits fonctionnels foliaires, à échelle spatiale régionale (>100 km2) et locale (< 0,5 km2). Le présent travail a été mené dans les forêts de basses altitudes (< 800 m) de trois pays d'Afrique centrale : le Cameroun, le Gabon et la République Démocratique du Congo. Pour les analyses à l'échelle régionale, les données de 183 parcelles d'un hectare (100 m × 100 m) ont été utilisées:133 parcelles permanentes d'un hectare, non contiguës et séparées d’au moins 500 m, ont été établies en forêt mature et le bloc forestier de 50 ha à Korup (Sud-ouest Cameroun), divisé en 50 parcelles d'un hectare. Pour les analyses à l’échelle locale, les données ont été obtenues dans un bloc forestier de 50 ha localisé dans le parc national de Korup (Sud-ouest Cameroun). Pour tous les inventaires, les parcelles ont été subdivisées en 25 quadrats de 20 m × 20 m et tous les arbres de diamètre à hauteur de poitrine au moins égal à 10 cm ont été identifiés, mesurés et cartographiés. Dix variables du sol et dix variables climatiques ont été recueillies et analysées pour 78 parcelles ; cinq traits fonctionnels foliaires (surface foliaire, surface foliaire spécifique, teneur en phosphore et en azote des feuilles, rapport azote/phosphore) ont été mesurés seulement pour le site de Korup. Les analyses en composantes principales ont été utilisées pour déterminer les gradients de sol et de climat, et l'analyse de correspondance avec des variables instrumentales a permis de décomposer leur influence sur les patrons floristiques. Le modèle polynomial de second degré a permis de modéliser la relation hauteur-diamètre de l'arbre, tandis que les analyses de régression linéaire et de corrélation ont été utilisées pour l'analyse de gradient-trait à l'aide du logiciel statistique R. A l'échelle régionale, le cas des forêts humides de l'est du Cameroun, les patrons floristiques se caractérisent par quelques « espèces abondantes » (c’est à dire avec une moyenne par site > un individu ha-1) et par de nombreuses « espèces rares » (c’est à dire avec une moyenne par site ≤ 1 individus ha-1). Les gradients de fertilité (phosphore et matière organique) et de texture du sol expliquent la répartition de 15,42 % (76 / 493) des espèces, pour la plupart rares, alors que les gradients climatiques (température et la saisonnalité) expliquent la répartition de 26,37 % (130 / 493) des espèces, majoritairement qualifiées comme abondantes. Toujours à l'échelle régionale, c'est-à-dire, y compris les trois pays, l’intégration dans le modèle de la surface terrière des arbres et du gradient climatique améliore la prédiction de la hauteur des arbres avec une erreur associée de 18,9 %, contre 20,2 % et 21,7 % d'erreur associée pour les deux modèles pantropicaux préexistants. Le nouveau modèle hauteur-diamètre proposé améliore également la prédiction de la biomasse aérienne alors que les deux anciens modèles pantropicaux ont tendance à surestimer la biomasse de 25 et 55 Mg ha-1. A l'échelle locale (Korup), la fertilité du sol est le gradient principal qui explique la distribution des espèces ; il est significativement corrélée aux traits fonctionnels foliaires mesurés (surface foliaire, surface foliaire spécifique, teneur en phosphore et en azote des feuilles). Jusqu'à 33 % de la distribution des traits était soit sur-dispersée soit sous-dispersée (une distribution non aléatoire), confirmant l'influence de la filtration abiotique par le gradient de fertilité du sol. Dans la perspective d'un éventuel changement climatique, ces résultats démontrent qu’à l’échelle régionale il pourrait y avoir un changement dans la dominance des espèces d’arbres tandis que l’influence marquée du sol sur la distribution d'espèces rares pourrait limiter le risque d'extinction de ces dernières. En outre, cette étude présente un modèle de hauteur-diamètre amélioré pour prédire les hauteurs et la biomasse des arbres d'Afrique centrale en intégrant certains prédicteurs écologiques faciles à obtenir. Enfin, il a été montré qu’à l’échelle locale l’étude des traits fonctionnels foliaires peuvent révéler des processus de filtration abiotique par le gradient de fertilité du sol.