Erica Rievrs Borges, Institut de recherche pour le développement in France, discusses her article: Evolutionary diversity impacts tropical forest biomass and productivity through disturbance-mediated ecological pathways in both English and French.
Understanding Biodiversity and Biomass
We know that tropical forests are incredibly important, partly because they account for around half of global forest aboveground carbon stock. However, what is less clear is how the diversity of species within these forests impacts their biomass stock (around half of which is composed of carbon) and productivity. Understanding this relationship is crucial for conservation efforts. Our research aims to unravel these complex relationships and investigate how past disturbances caused by logging activities influence this process.
The Start of Our Research
In 1982, an experimental site was established in M’Baïki, in the Central African Republic (one of the oldest tropical forest experiments!) to explore the long-term effects of selective logging (Figure 1). We took advantage of this great dataset to investigate how diversity and past disturbances affect forest biomass and productivity. Our team set out to answer two main questions:
- How does diversity impact different components of forest biomass?
- Does the history of disturbances (selective logging) influence this relationship?
We hypothesized that the impact of diversity on biomass productivity would vary between undisturbed and disturbed forests. Trees in undisturbed forests might display a more balanced competition among diverse species, while in disturbed forests, a few highly productive species might dominate (hence, a weaker effect of diversity on biomass productivity is expected).
Analyzing Forest Biomass
To explore these questions, we developed a new framework to decompose forest biomass into three components:
- Number of trees
- Mean volume of trees
- Mean wood density
This approach allowed us to understand the effect of diversity on each component and how different ecological mechanisms (tree-packing and sampling effects) influence forest biomass and productivity.
Tree-packing and Sampling effects
Our research considered two critical ecological mechanisms: the “tree-packing effect” and the “sampling effect.”
- The tree-packing effect refers to how diversity can increase the number and volume of trees in a forest. Diverse forests can utilize space more efficiently (because of species morphological and physiological differences), packing more vegetation into the same area.
- The sampling effect relates to the composition of the tree community. Diverse forests have a higher likelihood of including species with traits that promote high productivity, such as hardwood or the potential to be larger.
We used evolutionary diversity because it accounts for the differences between species based on their evolutionary relationships rather than just their number.
Key Findings
In undisturbed plots, biomass increased over time because of an increase in its three components (number of trees, mean volume of trees, and mean wood density), whereas in disturbed plots, biomass was built up by the mean volume of trees and a decrease in wood density.
Even though the overall biomass or productivity wasn’t directly impacted by diversity in undisturbed forests, diversity still influenced some components of biomass. This indicates that while diversity didn’t change the total biomass, it affected how the biomass was structured.
We found that disturbance shapes the biodiversity-ecosystem function (BEF) relationships. In recently disturbed forests, there was a significant negative relationship between evolutionary diversity and biomass productivity driven by the tree-packing effect, indicating that less diverse plots showed more biomass productivity. This was because a few dominant pioneer species with low wood density, such as Mulungu (Musanga cecropioides), thrived immediately after disturbances. Increased light availability after selective logging filters the species able to efficiently use the available resources, favouring the dominance of pioneer species.
However, this effect diminished over time, as forest structure and composition regenerated. About 30 years after the disturbance, and in undisturbed forests, there was no significant overall effect of evolutionary diversity on productivity.
Conclusion
Our research demonstrates that evolutionary diversity impacts forest productivity through different ecological pathways, primarily right after a disturbance. In the absence of disturbances, diversity doesn’t directly impact changes in forest biomass or productivity but still affects some underlying components. Disturbances play a crucial role in determining the strength and direction of these relationships.
Understanding these dynamics is essential for forest management and conservation strategies (e.g., REDD+). By recognizing how diversity influences forest ecosystems, we can better protect and sustain these vital resources and support nature-based solutions for climate change mitigation.
Comprendre comment la diversité et les perturbations affectent les stocks de biomasse et la productivité
Erica Rievrs Borges, de l’Institut de recherche pour le développement en France, discute de son article: Evolutionary diversity impacts tropical forest biomass and productivity through disturbance-mediated ecological pathways
Comprendre la biodiversité et la biomasse
Nous savons que les forêts tropicales sont incroyablement importantes, en partie parce qu’elles représentent environ la moitié du stock mondial de carbone forestier terrestre. Cependant, ce qui est moins clair, c’est comment la diversité des espèces au sein de ces forêts impacte leurs stocks de biomasse (dont environ la moitié est composée de carbone) et leur productivité. Comprendre cette relation est crucial pour les efforts de conservation. Notre recherche vise à démêler ces relations complexes et à examiner comment les perturbations passées causées par les activités d’exploitation sélective du bois influencent ce processus.
Le début de notre recherche
En 1982, un site expérimental a été établi à M’Baïki, en République Centrafricaine (l’une des plus anciennes expériences de forêt tropicale !) pour explorer les effets à long terme de l’exploitation sélective du bois (Figure 1). Nous avons profité de ce vaste ensemble de données pour enquêter sur la manière dont la diversité et les perturbations passées affectent la biomasse et la productivité des forêts. Notre équipe s’est fixée deux principales questions :
- Comment la diversité impacte-t-elle les différents composants de la biomasse forestière ?
- L’historique des perturbations (exploitation sélective du bois) influence-t-il cette relation ?
Nous avons émis l’hypothèse que l’impact de la diversité sur la productivité de la biomasse varierait entre les forêts non perturbées et perturbées. Les arbres des forêts non perturbées pourraient afficher une compétition plus équilibrée parmi les espèces diverses, tandis que dans les forêts perturbées, quelques espèces très productives pourraient dominer (d’où un effet plus faible de la diversité sur la productivité de la biomasse est attendu).
Analyser la biomasse forestière
Pour explorer ces questions, nous avons développé un nouveau cadre pour décomposer la biomasse forestière en trois composants :
- Nombre d’arbres
- Volume moyen des arbres
- Densité moyenne du bois
Cette approche nous a permis de comprendre l’effet de la diversité sur chaque composant et comment différents mécanismes écologiques (effet de l’occupation de l’espace de la canopée et effet d’échantillonnage) influencent la biomasse et la productivité des forêts.
Effets de compaction de la canopée et effets d’échantillonnage
Notre recherche a pris en compte deux mécanismes écologiques essentiels : l’effet de l’occupation de l’espace de la canopée et l’effet d’échantillonnage.
- L’effet de l’occupation de l’espace de la canopée se réfère à la manière dont la diversité peut augmenter le nombre et le volume des arbres dans une forêt. Les forêts plus diversifiées peuvent utiliser l’espace plus efficacement (en raison des différences morphologiques et physiologiques entre les espèces), en regroupant plus de végétation dans la même zone.
- L’effet d’échantillonnage se rapporte à la composition de la communauté d’arbres. Les forêts plus diversifiées ont une probabilité plus élevée d’inclure des espèces aux traits favorisant une haute productivité, comme le bois dur (densité élevée) ou le potentiel d’être plus large.
Nous avons utilisé la diversité évolutive car elle prend en compte les différences entre les espèces basées sur leurs relations évolutives, plutôt que simplement sur leur nombre.
Résultats clés
Dans les parcelles non perturbées, la biomasse a augmenté au fil du temps en raison d’une augmentation de ses trois composants (nombre d’arbres, volume moyen des arbres et densité moyenne du bois), tandis que dans les parcelles perturbées, la biomasse a été augmentée par le volume moyen des arbres et une diminution de la densité du bois.
Bien que la biomasse ou la productivité globale n’ait pas été directement impactée par la diversité dans les forêts non perturbées, la diversité a tout de même influencé certains composants de la biomasse. Cela indique que, bien que la diversité n’ait pas modifié la biomasse totale, elle a affecté la manière dont la biomasse était structurée.
Nous avons constaté que les perturbations impactent les relations entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. Dans les forêts récemment perturbées, il y avait une relation négative significative entre la diversité évolutive et la productivité de la biomasse, induite par l’effet de l’occupation de l’espace de la canopée, indiquant que les parcelles moins diversifiées montraient une plus grande productivité de la biomasse. Cela s’explique par la dominance de quelques espèces pionnières avec une faible densité de bois, telles que le Mulungu (Musanga cecropioides), qui prospéraient immédiatement après les perturbations. L’augmentation de la disponibilité de la lumière après l’exploitation sélective filtre les espèces capables d’utiliser efficacement les ressources disponibles, favorisant la domination des espèces pionnières.
Cependant, cet effet a diminué avec le temps, à mesure que la structure et la composition des forêts se régénéraient. Environ 30 ans après la perturbation, et dans les forêts non perturbées, il n’y avait pas d’effet global significatif de la diversité évolutive sur la productivité.
Conclusions
Notre recherche démontre que la diversité évolutive impacte la productivité des forêts à travers différentes mécanismes écologiques, principalement juste après une perturbation. En l’absence de perturbations, la diversité n’affecte pas directement les changements de biomasse ou de productivité des forêts, mais influence tout de même certains composants sous-jacents. Les perturbations jouent un rôle crucial dans la détermination de la force et de la direction de ces relations.
Comprendre ces dynamiques est essentiel pour les stratégies de gestion et de conservation des forêts (par exemple, REDD+). En reconnaissant comment la diversité influence les écosystèmes forestiers, nous pouvons mieux protéger et soutenir ces ressources vitales et appuyer les solutions basées sur la nature pour l’atténuation du changement climatique.
