Diversité des traits physiologiques (chlorophylle des feuilles, caroténoïdes et teneur en eau) de la forêt comme richesse fonctionnelle à un voisinage radial de 90 m. Crédit :Université de Zurich
La productivité et la stabilité des écosystèmes forestiers dépendent fortement de la diversité fonctionnelle des communautés végétales. Des chercheurs de l'Université de Zurich ont développé une nouvelle méthode pour mesurer et cartographier la diversité fonctionnelle des forêts à différentes échelles, des arbres individuels aux communautés entières, en utilisant la télédétection par avion. Leurs travaux ouvrent la voie à de futures missions aéroportées et satellitaires pour surveiller la diversité fonctionnelle des plantes à l'échelle mondiale.
Des études écologiques ont démontré des relations positives entre la diversité végétale et le fonctionnement des écosystèmes. Les forêts avec une plus grande diversité fonctionnelle sont généralement plus productives et stables sur de longues périodes que les forêts moins diversifiées. Diverses communautés végétales montrent une efficacité et une utilisation accrues des ressources, amélioration de la productivité et de la stabilité des écosystèmes et peut mieux faire face aux conditions environnementales changeantes - un effet d'assurance de la biodiversité. Ils sont également moins vulnérables aux maladies, attaques d'insectes, feu et tempêtes.
Nouvelle méthode pour étudier des écosystèmes forestiers entiers d'en haut
La diversité fonctionnelle des plantes peut être mesurée directement en cartographiant certains traits morphologiques et physiologiques d'une forêt vus d'en haut. Autrefois, les caractéristiques fonctionnelles des plantes devaient être mesurées par des travaux de terrain très exigeants en main-d'œuvre. Ce travail de terrain était soit limité à très peu de caractères mesurables sur de plus grandes parcelles, soit à de nombreux caractères sur de très petites parcelles ou sur des arbres isolés. Des chercheurs de l'UZH et du California Institute of Technology / NASA Jet Propulsion Laboratory ont maintenant développé une nouvelle méthode de télédétection pour cartographier la diversité fonctionnelle des forêts de petite à grande échelle, indépendant de toute unité de végétation prédéfinie ou information sur les espèces et sans avoir besoin d'un étalonnage au sol.
L'équipe de recherche a appliqué ses méthodes sur la montagne Laegern, un écosystème forestier mixte tempéré situé près de Zurich, La Suisse. "Avec la télédétection, nous avons l'opportunité unique d'étudier des écosystèmes forestiers entiers en cartographiant en continu leurs traits fonctionnels en regardant d'en haut sur les feuilles de la canopée forestière sur de très grandes surfaces, " dit Michael Schaepman des laboratoires de télédétection du département de géographie.
Composition spatiale des traits physiologiques chlorophylle foliaire, caroténoïdes et teneur en eau. Le composite couleur montre l'abondance relative des trois traits à chaque pixel de 6x6 m. Crédit :Université de Zurich
Les traits fonctionnels indiquent l'activité et l'état de santé des arbres
Avec le balayage laser aéroporté, les scientifiques ont mesuré les caractéristiques morphologiques du couvert forestier telles que la hauteur du couvert, densités de feuillage et de branches. Ces mesures indiquent comment la lumière du soleil est absorbée par la canopée pour assimiler le dioxyde de carbone de l'air et utiliser le carbone pour croître. Dans une canopée à la structure plus diversifiée, la lumière peut mieux se diffuser entre les différentes couches verticales de la canopée et entre les cimes des arbres, permettant une capture plus efficace de la lumière. Les chercheurs ont également caractérisé la forêt en ce qui concerne ses propriétés biochimiques à l'aide de la spectroscopie d'imagerie aéroportée. En mesurant comment les feuilles réfléchissent la lumière dans de nombreuses bandes spectrales, ils ont pu en déduire des traits physiologiques tels que la teneur en pigments des feuilles (chlorophylles, caroténoïdes) et la teneur en eau des feuilles. "Ces traits physiologiques renseignent sur l'activité et l'état de santé des arbres. On peut voir, par exemple, si un arbre souffre de stress hydrique, et quelle stratégie d'allocation des ressources suit un arbre ou comment il s'adapte à l'environnement, " ajoute Schaepman.
Modèles de diversité observés cohérents avec la topographie et le sol
Les chercheurs ont validé leur méthode en comparant les résultats avec des mesures de terrain au niveau des feuilles, des données d'inventaire des parcelles au niveau de l'espèce et des bases de données fournissant des valeurs de traits fonctionnels. En utilisant la modélisation informatique, ils ont pu évaluer les modèles de diversité des traits morphologiques et physiologiques à toute une gamme d'échelles, de la diversité locale entre les arbres individuels aux modèles à grande échelle de communautés végétales suivant les gradients environnementaux. L'équipe a trouvé une forte relation entre les modèles de diversité fonctionnelle observés et les facteurs environnementaux tels que le sol et la topographie, avec une plus faible diversité sur la crête de la montagne dans des conditions environnementales plus difficiles, où les arbres se sont adaptés au sec, tremper, sols peu profonds et rocheux.
Potentiel d'évaluation de la diversité fonctionnelle depuis l'espace
"Avec la télédétection, nous sommes désormais en mesure de mesurer et de suivre la diversité des forêts, nous permettant d'observer les changements à grande échelle et de fournir des informations spatiales pour les stratégies de conservation de la nature et d'atténuation du changement climatique, " souligne Michael Schaepman. Comme la méthodologie n'est limitée que par la disponibilité de capteurs technologiques avancés, ces travaux ouvrent la voie à de futures missions aéroportées et satellitaires visant à surveiller la diversité fonctionnelle globale des plantes depuis l'espace.
