Variations saisonnières des flux de CO2 et H2O au niveau des feuilles et des troncs des arbres de la canopée en forêt tropicale humide guyanaise

The aim of this work was to characterize the seasonal variations in leaf and trunk gas exchange of tropical rainforest canopy trees exposed to dry seasons. This study focused on (i) describing the functional variability of leaf and wood characteristics of canopy trees, (ii) defining soil water deficit in dry season, (iii) measuring gas exchange (CO2 and H2O) at the leaf and trunk level during dry seasons in a Terra firme forest and in a seasonally flooded forest in order to specify their sensitivity and response to drought. We showed large differences in morphological and functional traits among canopy trees and strong correlations among traits, and pointed that trade-offs at the leaf or the trunk levels are independent. Our results showed that part of the studied trees do not encounter a large reduction in soil water content during dry seasons, suggesting that they display deep rooting systems. During long dry periods, we recorded a decrease in leaf photosynthesis, trunk CO2 efflux or sap flow density, and foliar respiration to a lesser extent, for a majority of the trees. Nevertheless, large differences among trees in their response to these conditions were observed, suggesting distinct sensitivities and response to soil drought among trees. Furthermore, these variations were greatest when soil drought was highest (2008 as compared to 2007). In seasonally flooded forest, the decrease in gas exchange was less, suggesting that these trees do have access to wet layers during the dry season, close to the groundwater. However, during wet seasons, we observed a negative effect of anoxia for some trees, whereas others did not display any response, suggesting large differences in tolerance to anoxia among trees abundant in these seasonally flooded forests. We conclude that would seasonal soil droughts increase over the next decades, large vegetation changes might occur because of the large differences among trees in their functional response to soil drought conditions.

L’objectif principal de ce travail était de caractériser la variabilité saisonnière des échanges gazeux des arbres de la canopée en forêt tropicale humide guyanaise confrontés à des saisons sèches. L’étude s’est orientée sur (i) la description des amplitudes de fonctionnement des arbres de la canopée en conditions hydriques non-limitantes, au niveau foliaire et ligneux, (ii) la caractérisation du déficit hydrique saisonnier du sol et son impact sur le statut hydrique des arbres, (iii) la mesure des flux gazeux carbonés et hydriques au cours des saisons sèches dans deux habitats contrastés du point de vue hydrique, afin de préciser leur sensibilité et réponse à la sècheresse. Nous avons mis en évidence une très forte variabilité des échanges gazeux foliaires des arbres de la canopée, en conditions environnementales similaires. Ces résultats confirment la forte variabilité inter-arbre observée précédemment pour les compositions isotopiques ou chimiques des feuilles, et les compromis entre acquisition et conservation des ressources au niveau des feuilles et des troncs, mais nous avons montré par ailleurs qu’à l’échelle de l’arbre, ces compromis sont totalement indépendants entre le compartiment feuille et tronc. Nos résultats montrent qu’une proportion non négligeable d’arbres ne subit pas de sécheresse marquée en saison sèche, malgré la forte diminution de la teneur en eau du sol en surface. Nous faisons l’hypothèse que ces arbres possèdent alors des racines en profondeur qui leur permettent d’accéder aux horizons qui restent humides malgré la faible pluviométrie. Durant les longues saisons sèches, nous observons une diminution de l’assimilation nette de CO2 foliaire, de l’efflux de CO2 des troncs ou de la densité de flux de sève, et dans une moindre mesure de la respiration foliaire, pour une majorité d’arbres. Néanmoins, de grandes différences de réponse à la sècheresse du sol ont été observées, suggérant des sensibilités et des mécanismes de réponse différents entre ces arbres. De plus, ces variations sont plus importantes, et concernent un nombre plus important d’arbres, quand l’intensité de la sécheresse est plus forte (2008 par rapport à 2007). Ces résultats sont cohérents avec les variations saisonnières des échanges gazeux entre l’écosystème et l’atmosphère. Ils montrent que les variations à l’échelle de l’écosystème résultent de la réponse à la sécheresse d’une partie seulement des arbres, et non de l’ensemble de la communauté. En habitat de bas-fond (SFF, Seasonal Flooded Forest), nous montrons une plus faible diminution des flux carbonés et hydriques en saison sèche, suggérant un accès pour ces arbres aux horizons humides, proches de la nappe phréatique (-1.0 m de profondeur environ). Par ailleurs, nos résultats suggèrent pour certains arbres un effet négatif des conditions d’anoxie sur ces flux en saison des pluies. D’autres arbres néanmoins ne montrent pas de réponse à ces conditions d’anoxie, suggérant une forte tolérance. Si l’accentuation de l’intensité des saisons sèches en forêt tropicale humide Amazonienne, comme suggérée par les modèles climatiques, se confirme au cours des prochaines décennies, ce travail suggère des réponses différenciées entre espèces à ces contraintes, qui pourraient se traduire par une modification rapide de la composition spécifique des forêts, au profit des espèces plus résistantes aux contraintes hydriques.