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Theses Year : 2009

Impacts of a rapid climate warming event on forest plant species distribution along the elevation gradient

Impacts d'un réchauffement rapide du climat sur la distribution des espèces végétales forestières le long du gradient d'altitude

Jonathan Roger Michel Henri Lenoir

Abstract

Do plant species shift their ranges in pace with the rapidly changing climate? Here we aimed to assess the magnitude of current changes in plant species distribution to answer this question for a currently understudied ecosystem, namely temperate forest. We worked in mountain environments below the tree-line limit since it provides an ideal environment for detecting shifts in temperate plant species distribution in response to climate warming because of steep and unidirectional climatic gradients across elevation. We addressed our study question at two spatial scales (whole of France and individual mountain ranges within France) and for three different range measures (overall species distributions, life-stage specific distributions, and community composition). At the scale of France, we estimated an upward shift in plant species optimum elevation averaging 65 m for 171 forest species between 1971 and 1993, with a larger shift for herbs, probably reflecting their faster generation turnover. For 13 out of 17 tree species, we found that the mean altitude of presence records for the seedling life stage was higher than for the adult life stage during the studied warm period (1986-2006). At scale of individual mountain chains, we documented changes in plant community composition towards warmer and dryer conditions between 1989 and 2007. A synthetic analysis linking the three range measures to species' biological, ecological and biogeographical characteristics confirmed generation turnover as the most important life trait determinant of the magnitude of the realized range shift. Overall these results give new insights supporting a significant upward shift in plant species distribution coherent with climate warming. It also highlights that warming-driven range shifts are already now occurring in temperate ecosystems.
L'objectif de ce travail a consisté en l'évaluation des changements récents de distribution de la flore des milieux tempérés, jusqu'ici peu étudiée, afin de déterminer dans quelle mesure les espèces végétales sont capables de réagir face à un épisode rapide de réchauffement. Pour cela nous avons travaillé en zone de montagne et sous la limite altitudinale forestière, où l'étude de l'impact du réchauffement sur la distribution des espèces de la flore tempérée est facilitée par des conditions thermiques qui varient rapidement et de manière unidirectionnelle avec l'altitude. A partir de deux échelles spatiales (globale et régionale) et en utilisant trois référentiels d'études (espèce, population et communauté), nous avons analysé les changements de distribution vis-à-vis du réchauffement sous trois points de vue différents dans le but d'écarter les différents facteurs de confusion. A l'échelle globale, l'optimum altitudinal de 171 espèces est remonté en moyenne de 65 m entre 1971 et 1993 avec un déplacement plus important chez les herbacées à durée de vie courte. Chez les arbres à durée de vie longue, nous avons montré que l'altitude moyenne des présences, pour 13 essences sur les 17 étudiées, est plus élevée dans les populations au stade juvénile que dans les populations au stade adulte sur la période récente de réchauffement (1986-2006). A l'échelle régionale, la composition des communautés végétales est devenue plus thermophile et xérophile entre 1989 et 2007. Une analyse croisée de ces trois points de vue vis-à-vis des caractéristiques biologiques, écologiques et biogéographiques des espèces a confirmé l'importance du trait biologique lié au cycle de vie des espèces pour expliquer nos résultats. Dans l'ensemble ces résultats apportent de nouveaux éléments qui confirment une remontée significative des plantes en altitude, cohérente avec l'épisode de réchauffement récent et qui complètent, pour les milieux tempérés, les observations jusqu'ici emblématiques faites dans les écosystèmes alpins, subalpins, arctiques et boréaux.
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Dates and versions

pastel-00005231 , version 1 (22-07-2009)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00005231 , version 1

Cite

Jonathan Roger Michel Henri Lenoir. Impacts of a rapid climate warming event on forest plant species distribution along the elevation gradient. Sciences of the Universe [physics]. AgroParisTech, 2009. English. ⟨NNT : 2009AGPT0009⟩. ⟨pastel-00005231⟩

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