The role of biodiversity in tropical forest response to climate | Le rôle de la biodiversité dans la réponse des forêts tropicales au climat

إنجليزي. Tropical forests are remarkable ecosystems that host most of the earth’s terrestrial biodiversity and are crucial for water and carbon cycles from the regional to the global scale. However these forests are threatened by anthropogenic disturbances and increasing intensities and frequencies of extreme climate events such as droughts. At the global scale, tree diversity increases forest productivity as well as forest resistance and resilience to droughts. However, at the local scale, diversity effects can range from positive to negative, suggesting a key role for the local environment, in particular via local differences in community composition and interactions between neighbouring trees. As forest response to climate is the compounded outcome of individual tree responses. The main objective of my PhD was thus to investigate the role of intrinsic and extrinsic biotic factors in shaping tropical tree growth and its response to drought related climate anomalies. My PhD research was based on 30 years of tree census data from the permanent forest plots of Paracou in French Guiana. Additionally we integrated leaf water-related traits that can be clearly connected to physiological processes involved in the maintenance of leaf water status and are directly tied to physiological responses within leaves when water stress occurs. In a first study we showed that these traits defined different functional dimensions and were largely decoupled from leaf and stem functional dimensions pertaining to light, carbon and nutrient use, illustrating the potential diversity of species strategies towards different resources and environmental stressors. In the second study we then showed that these traits can capture species growth response to different drought related climate anomalies and neighbourhood densities. Highlighting the importance of the local neighbourhood context, we showed that denser neighbourhoods can buffer negative effects of drought related climate anomalies on tree growth. We additionally highlight the importance of considering forest disturbance history when assessing tropical forest response to climate change, by showing that selectively logged forests are more sensitive to climate stress. Finally, the third study sheds light on the mechanisms through which neighbours can buffer or exacerbate climate stress. We showed that beyond focal tree functional identity, and neighbourhood densities, functional trait differences between neighbouring trees are crucial to understand individual tree responses to climate. Overall, my thesis highlights the important role of biotic factors in shaping drought response from the individual scale, over species to entire forest communities. We suggest that a better representation of species strategies, neighbourhood interactions and forest disturbance history would considerably improve our predictions of the future of tropical forests in the face of climate change.

فرنسي. Les forêts tropicales sont des écosystèmes remarquables qui abritent la majeure partie de la biodiversité terrestre et qui jouent un rôle crucial dans les cycles de l'eau et du carbone, de l'échelle régionale à l'échelle mondiale. Cependant, ces forêts sont menacées par les perturbations anthropiques et par l'augmentation de l'intensité et de la fréquence des phénomènes climatiques extrêmes tels que les sécheresses. À l'échelle mondiale, la diversité des arbres augmente la productivité des forêts ainsi que leur résistance et leur résilience aux sécheresses. Toutefois, à l'échelle locale, les effets de la diversité peuvent varier de positifs à négatifs, ce qui suggère que l'environnement local joue un rôle clé, notamment par le biais de différences locales dans la composition des communautés et les interactions entre les arbres voisins. La réponse de la forêt au climat est donc le résultat de la combinaison des réponses individuelles des arbres. L'objectif principal de mon doctorat était donc d'étudier le rôle des facteurs biotiques intrinsèques et extrinsèques dans la croissance des arbres tropicaux et leur réponse aux anomalies climatiques liées à la sécheresse. Ma recherche doctorale s'est appuyée sur 30 ans de données de recensement des arbres dans les parcelles forestières permanentes de Paracou en Guyane française. En outre, nous avons intégré des caractéristiques liées à l'eau dans les feuilles qui peuvent être clairement reliées aux processus physiologiques impliqués dans le maintien de l'état hydrique des feuilles et qui sont directement liées aux réponses physiologiques dans les feuilles en cas de stress hydrique. Dans une première étude, nous avons montré que ces traits définissaient différentes dimensions fonctionnelles et étaient largement découplés des dimensions fonctionnelles des feuilles et des tiges relatives à l'utilisation de la lumière, du carbone et des nutriments, illustrant la diversité potentielle des stratégies des espèces vis-à-vis des différentes ressources et des facteurs de stress environnementaux. Dans la deuxième étude, nous avons ensuite montré que ces traits pouvaient rendre compte de la réponse de la croissance des espèces à différentes anomalies climatiques liées à la sécheresse et aux densités de voisinage. Soulignant l'importance du contexte local, nous avons montré que des quartiers plus denses peuvent atténuer les effets négatifs des anomalies climatiques liées à la sécheresse sur la croissance des arbres. Nous soulignons également l'importance de prendre en compte l'historique des perturbations forestières lors de l'évaluation de la réponse des forêts tropicales au changement climatique, en montrant que les forêts exploitées de manière sélective sont plus sensibles au stress climatique. Enfin, la troisième étude met en lumière les mécanismes par lesquels les voisins peuvent atténuer ou exacerber le stress climatique. Nous avons montré qu'au-delà de l'identité fonctionnelle de l'arbre focal et des densités de voisinage, les différences de traits fonctionnels entre les arbres voisins sont cruciales pour comprendre les réponses individuelles des arbres au climat. Dans l'ensemble, ma thèse met en évidence le rôle important des facteurs biotiques dans l'élaboration de la réponse à la sécheresse, de l'échelle individuelle à l'échelle des espèces et des communautés forestières entières. Nous suggérons qu'une meilleure représentation des stratégies des espèces, des interactions entre voisins et de l'historique des perturbations forestières améliorerait considérablement nos prévisions sur l'avenir des forêts tropicales face au changement climatique.