FA 3.3 - Inventaire, suivi et modélisation de la biodiversité végétale des forêts tropicales humidesernisation et applications

Justificatif /Enjeux:

Les grands massifs forestiers tropicaux, parmi lesquels le massif d’Afrique centrale, peuvent fournir des éléments clés de compréhension des processus qui sont liés à l’origine et au maintien de la biodiversité dans les écosystèmes. Face au changement global qui va probablement altérer et fragmenter ces forêts, une stratégie efficace de conservation et de gestion durable nécessite un niveau de connaissance suffisant de ces processus et de la répartition actuelle de la diversité végétale. Or cette dernière est insuffisamment connue et les informations disponibles sont souvent mal réparties dans l’espace, ce qui limite l’accès à une vision régionale d’ensemble, aux échelles demandées par les décideurs. D’autre part, le rôle respectif des divers processus écologiques, adaptatifs (niche écologique), stochastiques (dérive) et historiques, dans la coexistence de nombreuses espèces est une question de recherche importante à l’échelle mondiale. Cette question se doit d’être abordée à différentes échelles, en tirant partie des comparaisons intercontinentales (Parmentier et al. 2007) et des progrès de la modélisation des assemblages d’espèces (Munoz et al. 2008).

Objectifs:

Le présent programme se propose d’identifier les grands déterminants de la diversité végétale, sur la base des données déjà disponibles et de nouvelles prospections botaniques visant à combler les hiatus actuels (gap analysis). Il s’appuiera sur des groupes de végétaux supérieurs présentant des types biologiques complémentaires (arbre, arbuste, épiphyte). Un objectif fort sera de quantifier, en fonction des échelles spatiales (communautés végétales, régions biogéographiques), l’importance relative du déterminisme environnemental (niche) et de la dérive stochastique. L’impact des barrières géographiques et de la rémanence de perturbations antérieures ou de fragmentations plus ou moins anciennes du bloc forestier, seront aussi évaluées. Le travail contribuera aux progrès de la modélisation des assemblages et des distributions d’espèces en contexte de forte diversité.

Démarches/méthodes:

Les nouveaux inventaires et les analyses seront principalement effectués sur des parcelles permanentes d’1 ha, avec mobilisation d’autres types de données (inventaire forestier après contrôle de la fiabilité botanique (Réjou-Méchain et al. 2008), occurrences des spécimens d’herbier). De nouvelles parcelles seront mises en place pour compléter des réseaux existants après formalisation de partenariats. On visera à couvrir une grande variété de contextes (forêt sempervirente, forêt semi-décidue, forêts ou végétations inondables) et à échantillonner des gradients écologiques et de perturbations. Une attention particulière sera accordée à des milieux particuliers : forêts monodominantes (Gilbertiodendron dewevrei ou à Sterculia subviolacea, etc.), inselbergs et cuirasses.

Les méthodes d’analyse des données et de modélisation pourront s’appuyer sur les développements, récents ou en cours, réalisés par l’UMR AMAP, en ce qui concerne des modèles (i) de communautés d’espèces combinant effets neutralistes et filtrage environnemental, (ii) d’aires de distribution d’espèces à partir de variables environnementales et de paramètres de diffusion. Ces approches de modélisation de la diversité seront combinées avec des approches visant la cartographie des grands types structuraux des forêts (voir fiches «Caractérisation de la structure et modélisation de la dynamique des forêts tropicales d'Afrique centrale »). Plus spécifiquement, notre projet de recherche vise à:

  1. Mettre en place une base de données unifiée rassemblant des informations botaniques de grande qualité (identification, géoréférencement), constituée à partir des données existantes et des inventaires complémentaires à venir.
  2. Etudier les variations de la composition spécifique des trois types végétaux (arbres, arbustes, épiphytes) retenus pour l’étude, à différentes échelles spatiales et en fonction de gradientsécologiques (climat, géologie, perturbations), afin (i) d’évaluer, au niveau local comme régional, l’influence sur la composition floristique des caractéristiques des espèces (mode de dispersion, traits d’histoire de vie ...) et des contraintes environnementales ; (ii) de mesurer la différentiation de composition imputable à la seule distance géographique (Hardy et Sonké 2004), indépendamment des variations de milieu (Pélissier et Couteron 2007).
  3. Ces analyses seront conduites à différents niveaux taxonomiques (espèces, genres, familles) de façon à évaluer le rôle éventuel de la spécialisation phylogénétique (« conservatisme de niche », Hardy et Senterre 2007) dans la distribution actuelle des taxons. Les résultats seront mis en perspective avec les analyses phylogénétiques et phylogéographiques détaillées (pouvant concerner le niveau infra-spécifique) conduites pour quelques familles modèles (cf. fiche « Systématique, écologie et évolution de familles végétales et taxons modèles »). Des études ciblées pourront approfondir des cas particulier de vicariance écologique ou géographique entre espèces congénériques.
  4. Intégrer les données de distribution des trois types biologiques dans des modèles de communautés (ou de guildes d’espèces) de complexité croissante renvoyant à la prédiction environnementale (niche écologique), à la dérive « neutraliste » (Munoz et al. 2008) et à l’interaction entre les deux. Ce type d’analyse permettra d’approfondir les principales hypothèses (filtrage environnemental, refuges forestiers, instabilité climatique) émises pour expliquer l’origine de la diversité et de ses variations géographiques dans les forêts d’Afrique centrale.

Résultats attendus:

  • Mise en place d’une base de données des arbres, des arbustes et des épiphytes en Afrique centrale ; caractérisation et cartographie de types de végétation et d’habitats au travers de ces trois groupes ; identification des sites de diversité maximale ou de forte singularité.
  • Développement et application de méthodes originales pour l’analyse et la modélisation des assemblages d’espèces en contexte de forte diversité spécifique.
  • Ce travail traitant des espèces végétales s’intégrera dans une approche multi-organismes vivants de la diversité régionale incluant rongeurs, entomofaune, grands mammifères, vecteurs de maladies, etc.
Références:

Hardy O. J. & Sonké B. (2004). Spatial pattern analysis of tree species distribution in a tropical rain forest of Cameroon: assessing the role of limited dispersal and niche differentiation. Forest Ecology and Management, 197, 191-202.

Hardy O. J. & Senterre B. (2007) Characterizing the phylogenetic structure of communities by an additive partitioning of phylogenetic diversity, Journal of Ecology, 95, 493–506.

Munoz F., Couteron P. & Ramesh B.R. (2008) Beta-diversity in spatially-implicit neutral models: a new way to assess species migration. American Naturalist, 172, 116-127.

Parmentier I. et al. (2007) The odd man out? Might climate explain the lower tree α-diversity of African rain forests relative to Amazonian rain forests? Journal of Ecology, 95, 1058–1071.

Pélissier R. & Couteron P. (2007) An operational, analytical framework for species diversity partitioning and beta-diversity analysis. Journal of Ecology, 95, 294-300.

Réjou-Méchain M., Pélissier R., Gourlet-Fleury S., Couteron P., Nasi R. & Thompson J. (2008) Regional variation in tropical forest tree species composition in the Central African Republic: an assessment based on inventories by forest companies. Journal of Tropical Ecology, 24, 663-674.