Variation phénotypique intra- et inter-population de la vigueur et la de la sensibilité au stress hydrique en termes de croissance chez cinq espèces d'arbres tempérées

Variation phénotypique

Variation phénotypique intra- et inter-population de la vigueur et la de la sensibilité au stress hydrique en termes de croissance chez cinq espèces d'arbres tempérées

La variation phénotypique intra-population de vigueur et de sensibilité au stress hydrique dépasse la variation phénotypique inter-population, et les arbres vigoureux sont plus sensibles au stress hydrique. Quelles implications pour l’adaptation et la gestion des populations face au changement climatique ?

En combinant des analyses dendrochronologiques avec un modèle écophysiologique simulant le niveau de stress hydrique à l'échelle du peuplement (CASTANEA), nous avons étudié la variation phénotypique de deux caractères liés à la croissance dans 22 peuplements purs de cinq espèces d'arbres contrastées du réseau RENECOFOR. Premièrement, nous avons calculé le niveau de stress annuel à partir de données pédologiques, climatique et dendrométrique des peuplements. Deuxièmement, nous avons calculé la sensibilité individuelle en tant que réponse quantitative de la croissance au niveau de stress hydrique et la vigueur individuelle en tant que capacité de croissance dans les années favorables par rapport à un modèle de croissance moyenne du peuplement. Nous avons analysé la variation et la covariation intra-population de vigueur et de sensibilité individuelles, leurs changements temporels au cours du développement du peuplement, ainsi que l'effet des conditions environnementales sur les moyennes, les variances et la corrélation au niveau population.

Nos résultats montrent que les variances intra-population de sensibilité et de vigueur dépassent les variances inter-populations pour toutes les espèces. Les populations situées dans des environnements plus stressants ont montré une moyenne et une variance de sensibilité plus faibles, suggérant une possible adaptation multi-échelle au niveau de la population et au sein des populations. Aucun des facteurs environnementaux considérés n'a eu d'effet sur la moyenne ou sur la variance de vigueur des populations. Nous avons trouvé une corrélation positive entre sensibilité et vigueur individuelles dans 17 des 22 populations, révélant potentiellement un compromis de performance de croissance. La corrélation était plus prononcée dans les environnements à faible réserve utile en eau du sol, ce qui peut être lié à un besoin de conditions stressantes pour révéler le compromis ou être la conséquence de processus adaptatifs (acclimatation et/ou sélection).

Si une grande variation phénotypique des traits de croissance devrait contribuer à la résilience et à la capacité d'adaptation des forêts au changement climatique, un compromis pourrait représenter une contrainte pour la sélection. Nous apportons des arguments génétiques et environnementaux soutenant l'hypothèse d'un compromis, puis nous soulignons l'importance de l'intégrer dans le processus de gestion, notamment lors des éclaircies sélectives, pour éviter d'augmenter indirectement la sensibilité des populations en sélectionnant les arbres les plus vigoureux.

(English)

Within-population variation in individual tree growth and response to climate has an impact on forest dynamics, resilience and adaptation to environmental change.

Combining dendrochronological analyses with a process-based ecophysiological model simulating drought stress at the stand scale (CASTANEA), we studied the phenotypic variation of two growth-related traits within 22 pure stands of five contrasted tree species from the RENECOFOR network. First, we computed the annual stress level from soil, climate and stand inventory data. Second, we computed individual sensitivity as the quantitative growth response to drought stress level and individual vigor as the capacity to grow in favorable years relative to an average stand-level growth model. We analyzed within-population variation and covariation of individual vigor and sensitivity, their temporal changes during stand development, as well as the effect of environmental conditions on population-level means, variances and correlation.

Our results show that within-population variances in sensitivity and vigor exceed the between-population variances for all species. The populations located in more stressful environments showed lower mean and variance of sensitivity, suggesting possible multiscale adaptation at the population level and within populations. None of the environmental factors considered had an effect on the average population vigor or on the within-population variance of vigor. We found a general positive correlation between individual growth sensitivity and vigor in 17 out of 22 populations, potentially revealing a growth performance trade-off. The correlation was more pronounced in low extractable soil water environments, which may be related to a need for stressful conditions to reveal the trade-off or be the consequence of adaptive processes, i.e., acclimation and selection.

If high within-population stand phenotypic variation in growth traits contributes to the resilience and adaptive capacity of forests to climate change, a trade-off could represent a constraint on selection. We provide genetic and environmental arguments supporting the hypothesis of a trade-off, then we highlight the importance of integrating it into the management process, especially during selective thinning, to avoid indirectly increasing population sensitivity by selecting the most vigorous trees.

Variance et corrélation

Variances (a, b) et corrélation (c) de sensibilité (Sensi) et de vigueur (Vig) en fonction de l'âge du peuplement chez trois populations de P. menziesii du réseau RENECOFOR. Sur le graphique c, les lignes en pointillés représentent les valeurs au-delà desquelles les coefficients de corrélation sont significatifs (p 0,05). La corrélation était significativement positive dans deux des trois populations.

Variances (a, b) and correlation (c) of sensitivity (Sensi) and vigor (Vig) of three P. menziesii populations of the RENECOFOR network as a function of stand age. On the graph c, the dashed lines represent the values beyond which correlation coefficients are significant (p <0.05). The correlation was significantly positive in two of the three populations.

Voir l'article dans Forest Ecology and Management (Volume 531, 1 March 2023): https://doi.org/10.1016/j.foreco.2022.120754

Date de modification : 22 juin 2023 | Date de création : 24 février 2023 | Rédaction : Victor Fririon