Soutenance de thèse de Susana DA SILVA

L'intensification de la sécheresse estivale dans la région méditerranéenne peut avoir un effet important sur la dynamique du carbone dans l'un des plus importants points chauds de la biodiversité dans le monde. La diminution de la disponibilité en eau peut affecter la décomposition de la litière, directement en affectant les décomposeurs mais aussi indirectement en modifiant la chimie des feuilles et / ou la diversité de la litière avec des espèces végétales plus adaptées aux nouvelles conditions environnementales. Afin de comprendre le lien entre les arbres et le sol forestier, nous testons la capacité de la litière à se décomposer plus rapidement dans son environnement d'origine plutôt que lorsqu'elle est placée sous d'autres types de végétation - selon la théorie du « Home Field Advantage (HFA) », nous avons comparé la décomposition de la litière dans son habitat d'origine et dans un autre habitat (dans lequel l’espèce végétale n’est pas présente), pendant 2 ans dans les trois principales forêts méditerranéennes : Quercus pubescens Willd., Quercus ilex L. et la forêt mixte de Pinus halepensis Mill. et de Quercus ilex L. De plus, afin d’évaluer l’impact direct et indirect de la sécheresse aggravée, nous avons comparé la décomposition des feuilles sénescentes issues d’arbres en condition de sécheresse naturelle et des feuilles sénescentes issues d’arbres en condition de sécheresse aggravée (effet indirect) sur des parcelles en conditions contrôles et en conditions de sécheresse aggravée (effet direct). Nous avons montré que la sécheresse aggravée modifiait la composition chimique et physique des feuilles, réduisait la perte de masse de la litière et altérait le HFA. Nous avons également observé un changement dans les structures des communautés microbiennes, en particulier avec une augmentation des champignons par rapport aux actinobactéries et aux bactéries totales, favorisée par les changements d'espèces dans la litière et la sécheresse aggravée. Deuxièmement, nous avons mené une autre expérience in situ dans la forêt de Q. pubescens afin de mieux comprendre l'impact de la mixité des litières de feuilles sur l'abondance relative des décomposeurs et sur la décomposition, ,et si l'effet potentiel du mélange est maintenu dans des conditions de sécheresse aggravée. Pour cela, des sachets de litière contenant uniquement des feuilles de Q. pubescens préalablement marquées photosynthétiquement au 13C ou un mélange de ces feuilles marquées avec des aiguilles non marquées de P. halepensis, espèce non présente naturellement sur le site mais pouvant être co-dominante avec le changement climatique, ont été laissés sur le terrain afin de suivre la décomposition des feuilles pendant 16 mois dans des conditions de sécheresse naturelle. Nous avons observé une réduction globale des abondances, des biomasses et de la consommation de litière de Q. pubescens par les décomposeurs dans le mélange et dans des conditions de sécheresse aggravée. Enfin, nous avons évalué les effets de la réduction des précipitations sur la dynamique du carbone : séquestration du carbone et émission de CO2, en mesurant les stocks de carbone du sol dans les trois forêts et les émissions de CO2 du sol dans la forêt de Q. pubescens. La réduction des précipitations n'a pas affecté de manière significative le stockage de carbone dans le sol des forêts de Q. pubescens, Q. ilex et P. halepensis exposées à des conditions de sécheresse aggravée pendant respectivement 4, 13 et 7 ans. Cependant, les conditions de sécheresse aggravée ont réduit les émissions de CO2 du sol dans la forêt de Q. pubescens pendant le période d'exclusion des pluies. Ces résultats suggèrent que les arbres (via le changement chimique des feuilles) et les organismes du sol associés des forêts de Q. pubescens, Q. ilex et P. halepensis de la partie nord de la région méditerranéenne sont susceptibles de modifier la dynamique du carbone pour faire face aux conditions climatiques futures.

Mediterranean region is one of the most important hotspot of biodiversity worldwide, but was also identified as one of the most vulnerable areas to climatic change. The intensification of summer drought, particularly with the precipitation reduction during summer months, may have an important effect on carbon dynamics. The decrease of water availability can impact litter decomposition, directly by affecting litter decomposers structure, abundance and activity, but also indirectly by changing plant chemistry (e.g. increase of plant defence compounds and decrease of nutrients) and/or litter diversity (e.g. shift of plant species more adapted to the new environmental conditions). Firstly, in order to understand the link between trees and forest soil, we test the litter ability to decompose faster in its native environment than when it is placed under other vegetation types – according to the home field advantage (HFA) theory - we left litter decomposing in their “home” habitat (from which was originated) and in “away” habitats (from which was not present yet), for 2 years in three main Mediterranean forests: downy oak (Quercus pubescens Willd.), holm oak (Quercus ilex L.) and the mixed pine-oak forest (Pinus halepensis Mill.; Quercus ilex L.), occurring in southern of France. Moreover, in order to assess the direct and indirect impact of amplified drought conditions, we compare the decomposition of senescent leaves originated from control and drought conditions on a one hand (indirect effect, through potential change in chemical property of senescent leaves coming from trees in amplified drought plots), and the decomposition of these two types of leaves on control and amplified drought on the other hand (direct effect, trough negative impact on decomposers). We showed that amplified drought conditions modified the chemical and physical composition of the leaves, but also reduced the litter mass loss and altered Home Field Advantage associated to the litter species. We also observed a shift in microbial communities structures, in particular with an increase of fungi in comparison with actinobacteria and total bacteria, favoured by litter species changes and amplified drought conditions. Secondly, we conducted another in situ experiment in the Q. pubescens forest to better understand the impact of leaf litter mixture on the relative abundance of decomposers and then litter decomposition, and if the potential effect of mixture is maintained under amplified drought conditions. For that, litterbags composed by monospecific Q. pubescens leaves naturally present in the site (which were submitted to a previous 13C labelling) and litterbags of the mixture with unlabelled Pinus halepensis needles, not naturally present but which could be co-dominant with the climate change, were left decomposing during 16 months under natural drought conditions. We observed an overall reduction of abundances, biomasses and consumption of Q. pubescens litter by decomposers in the mixture and under amplified drought conditions. Finally, we assessed the effects of precipitation reduction carbon dynamics (i.e. soil C sequestration and CO2 effluxes) by measuring soil C stocks in the three forests and soil CO2 effluxes in the Q. pubescens forest. Precipitation reduction did not affect significantly soil carbon storage by Q. pubescens, Quercus ilex and Pinus halepensis forests exposed to amplified drought conditions for 4, 13 and 7 years, respectively. However, amplified drought conditions decreased soil CO2 effluxes in the Q. pubescens forest during the rain exclusion period. These results suggest that aboveground (via shift of litter chemical composition) and belowground communities (via litter decomposers abundance, structure and activity) of these three forests are prone to change C dynamics to cope with future climatic conditions.