Biodiversity does not always improve resistance of forest ecosystems to drought

Due to climate change, parts of the world will face droughts that will affect forest health. Scientists from INRA, in collaboration with WSL (Switzerland) and European colleagues, studied the resistance of forests to drought according to the diversity of tree species. Contrary to what was commonly accepted by scientists, species diversity does not systematically improve tree resistance to drought in forest ecosystems.

The extreme events induced by climate change will have drastic consequences on forest functions and services and may bring about important drought-induced die-off events. It is, however, known that biodiversity can promote forest ecosystem performance and resistance to insect pests and diseases, but whether or not diverse forests are also better adapted to deal with drought stress remains unknown.

To shed more light on the effects of biodiversity on the resistance of European forests to drought, scientists from INRA, in collaboration with WSL and European colleagues, studied 160 forest stands with a variety of tree diversity levels from monocultures to five species mixtures across Europe (Spain, Italy, Romania, Poland, Germany). “For every region, we compared monocultures to mixed forests (up to 5 tree species) and looked at their respective capacity to resist to drought”, explains Damien Bonal who led the research at INRA.

This study shows that mixed species forests are more resistant to drought stress than monocultures in some regions only: tree diversity may afford resistance to drought stress only in drought-prone areas, i.e. in regions where the frequency and severity of drought during the growing season is high. Therefore, managing forest ecosystems for high tree species diversity alone does not necessarily ensure forest adaptability to possible future severe drought events.

Bonal concludes: “It might be of great importance to consider species identities and local climatic conditions, and not solely the degree of diversity in the mixtures, to obtain complementary use of resources and thus maintain ecosystem functions under drought stress”.

German:

Die Artenvielfalt trägt nicht unbedingt zur besseren Widerstands­fähigkeit der Wälder gegen Dürren bei

Angesichts des Klimawandels werden einige Regionen der Welt Dürreperioden ausgesetzt sein, welche die Gesundheit der Wälder beeinträchtigen werden. Forscher des Inra* haben in Zusammenarbeit mit der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL und anderen europäischen Wissenschaftlern den Einfluss der Artenvielfalt von Bäumen auf die Widerstandsfähigkeit der Wälder gegenüber Dürren untersucht. Doch anders, als die Wissenschafts­gemeinde bisher angenommen hatte, verbessert die Artenvielfalt nicht zwingend die Widerstandsfähigkeit der Wälder gegenüber Trockenperioden.

Ausserordentliche, vom Klimawandel hervorgerufene Naturereignisse werden dramatische Konsequenzen für die Funktionen und Leistungen haben, die Waldökosysteme bereitstellen. Dies kann dazu führen, dass Bäume und Waldbestände wegen Wassermangels absterben. In jüngster Zeit wurde gezeigt, dass die Artenvielfalt die Leistungen der Waldökosysteme und ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Insektenbefall und Krankheiten beeinflusst. Es gab bis heute jedoch keinen Beleg dafür, dass die Artenvielfalt die Widerstandsfähigkeit dieser Ökosysteme gegen Dürreperioden beeinflusst.

Um diese Frage zu klären, wurde von Wissenschaftlern des Inra Nancy-Lothringen in Zusammenarbeit mit der WSL und anderen europäischen Wissen­schaftlern auf 160 Waldparzellen in fünf Regionen Europas (Spanien, Italien, Rumänien, Polen, Deutschland) eine Studie in Wäldern mit unterschiedlicher Baumartenvielfalt durchgeführt. „In diesen Regionen haben wir die Widerstandsfähigkeit von Reinbeständen sowie von Mischbeständen mit bis zu fünf Baumarten gegenüber Trockenheit miteinander verglichen“, erläutert Damien Bonal, der die Forschungsarbeiten beim Inra leitete. Sein Ko-Autor Arthur Gessler (WSL) unterstreicht: „Die Ergebnisse dieses Projektes sind von prinzipieller Bedeutung für unsere Wälder, auch in der Schweiz. Denn wegen des Klimawandels müssen wir in Mitteleuropa häufiger mit Sommertrockenheit rechnen.“

Die Studie zeigt, dass Mischwälder europaweit nicht überall widerstandsfähiger gegenüber Trockenstress sind als Bestände mit nur einer Baumart. Eine grössere Artenvielfalt von Bäumen scheint nur in jenen Regionen die Widerstandsfähigkeit von Wäldern gegen Dürren zu fördern, in denen im Sommer häufiger extreme Trockenheit herrscht. Die ausschliesslich auf die Baumartenvielfalt ausgerichtete Bewirtschaftung von Waldökosystemen ist daher nicht unbedingt eine Gewähr, dass sich die Wälder an zukünftige Trockenperioden anpassen können. Arthur Gessler von der WSL erläutert: „Gerade Waldökosysteme mit Baumarten, die nicht an regelmässige Dürren angepasst sind, profitieren nur relativ wenig vom Schutz, den ihnen eine grössere Artenvielfalt bietet. Dies ist in grossen Teilen der Schweiz der Fall“, sagt Arthur Gessler von der WSL.

Hr. Bonal fasst zusammen: „Im Zuge des Klimawandels kommt es darauf an, die Waldbewirtschaftung im Hinblick auf zukünftige Trockenperioden so anzupassen, dass die Ökosystemleistungen, die unsere Wälder erbringen, lang­fristig erhalten bleiben. Wichtig ist vor allem, dass man die Eigenschaften der einzelnen Arten, die in diesen Ökosystemen miteinander im Wettbewerb stehen, sowie die lokalen klimatischen Bedingungen berücksichtigt.“ Und Arthur Gessler erklärt: „Unsere Arbeit zeigt auch auf, welche Baumarten einen Mischwald widerstandsfähiger gegenüber Naturereignissen wie Trockenheit oder Stürmen machen können. Wälder ertragen Trockenperioden besser, wenn verschiedene Arten in unterschiedlichen Bodentiefen wurzeln und so die Ressource Wasser im Boden optimal nutzen, ohne sich gegenseitig zu konkurrenzieren.

French

FRENCH - La biodiversité n'améliore pas nécessairement la résistance des forêts à la sécheresse

Face au changement climatique, certaines régions du monde seront soumises à des épisodes de sécheresse qui affecteront notamment la santé des forêts. Des chercheurs de l’Inra, en collaboration avec le WSL en Suisse et des scientifiques européens, ont étudié l’influence de la diversité des espèces d’arbres sur la résistance des forêts à la sécheresse. Contrairement à ce qui était supposé par la communauté scientifique, la diversité n’est pas nécessairement un facteur d’amélioration de la résistance des forêts à la sécheresse.

Les conditions extrêmes engendrées par le changement climatique auront des conséquences drastiques sur les fonctions et les services fournis par les écosystèmes forestiers et risquent de provoquer d'importants épisodes de mortalité des arbres. Il a récemment été montré que la biodiversité peut contribuer à augmenter la productivité des écosystèmes forestiers et leur résistance face aux attaques d’insectes ou de maladies. Cependant, le fait que la biodiversité puisse également contribuer à améliorer la résistance de ces écosystèmes face aux épisodes de sécheresse n’a jusqu’ici pas été démontré.

Afin d'éclaircir cette question, une étude a été mise en place par des scientifiques de l’Inra de Nancy-Lorraine, en collaboration avec une équipe de recherche du WSL de Zürich (Suisse) et des scientifiques européens, sur 160 parcelles forestières réparties dans 5 régions à travers l'Europe (Espagne, Italie, Roumanie, Pologne, Allemagne). Pour chaque région, les scientifiques ont comparé le fonctionnement de forêts pures (monospécifiques) ou diversifiées (jusqu’à 5 espèces d’arbres en mélange) au cours d’un épisode de sécheresse.

Cette étude démontre qu’à l’échelle de l’Europe, les forêts diversifiées ne sont pas systématiquement plus résistantes à la sécheresse que les forêts pures. Une plus forte diversité d'espèces d'arbres semble contribuer à une meilleure résistance des forêts à la sécheresse seulement dans les régions qui subissent régulièrement des conditions de sécheresse extrême. Ainsi, favoriser une plus forte diversité en espèces d’arbres dans les écosystèmes forestiers en Europe n'assure pas nécessairement une meilleure résistance face à des conditions climatiques plus chaudes et sèches, attendues dans le futur.
Dans le cadre des changements climatiques, il importe d’adapter les méthodes de gestion des forêts afin de maintenir de façon durable les services écosystémiques rendus. Cette étude suggère que cette adaptation nécessite de considérer non seulement le degré de diversité en espèces dans les écosystèmes forestiers, mais aussi l'identité des espèces qui sont en compétition dans ces écosystèmes et les conditions climatiques locales spécifiques à chaque massif forestier considéré.

 

The controversy surrounding the issues arises because it involves the convergence of three 'storms' 1) the global problem 2) its intergeneration dimension and 3) the inadequacies of the theoretical models ( Gardier SM 2011).
Biological diversity, or the shorter "biodiversity," means the diversity, or variety, of plants and animals and other living things in a particular area or region. It describes the variability among living organisms from all sources, including terrestrial, marine, and other aquatic ecosystems and the ecological complexes of which they are part. Biodiversity includes diversity within species, between species, and between ecosystems. (MA, 2003)
The capacity of an ecosystem to withstand the impacts of drivers without displacement from its present state. ( MA 2003)
A condition describes a requirement or requisite. wiki
A source or supply from which benefit is produced, typically of limited availability. In biology it means, substances or objects required by a biological organism for normal maintenance, growth, and reproduction. wiki
Grossiord - Drought Resistance and Tree Species diversity

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