Douglas Sheil, Groupe de chair de l’écologie forestière et de la gestion forestièreL’Université de Wageningen et la recherche, les Pays-Bas, discutent de son article: Un modèle de compétition easy peut prédire la diversité des arbres des forêts tropicales, l’abondance des espèces et les fonctions écosystémiques
De nombreuses forêts tropicales sont remarquablement diverses, soutenant souvent des centaines d’espèces d’arbres dans quelques hectares. Mais remark tant d’espèces peuvent-elles coexister sans que quelques-unes des espèces les plus compétitives prennent le relais et ne remplacent pas le reste? J’avais supposé que la réponse était trop complexe pour que tout modèle easy pour capturer utilement. Je pensais sûrement qu’il y avait trop de facteurs et de mécanismes en jeu – des brokers pathogènes et des distances de dispersion, des prédateurs de semences, des perturbations et bien d’autres. J’ai donc été surpris lorsque notre étude m’a prouvé tort.
Je n’étais probablement pas seul dans mon scepticisme précédent. Les écologistes doutent depuis longtemps que les simples modèles mathématiques, comme le modèle de compétition Lotka-Volterra, pourraient être appliqués aux systèmes riches en espèces. Ces modèles sont élégants dans leur simplicité mais étaient traditionnellement utilisés pour révéler la dynamique des communautés très simples avec une ou deux espèces. Essayer de les évoluer à des écosystèmes avec des centaines d’espèces semblait, du moins pour être, être invraisemblable. Et pourtant, c’est exactement ce que nous – une équipe internationale d’écologistes et de biologistes théoriques du Japon, de la Malaisie, des États-Unis et des Pays-Bas – a fait.
En utilisant des données d’un parcelle de forêt tropicale de 50 hectares en Malaisie, nous avons exploré si nous pouvions développer un modèle de compétition easy et si cela pourrait expliquer la coexistence de centaines d’espèces d’arbres tout en mettant en lumière leur biomasse, leur productivité et leur diversité. À mon véritable étonnement, notre approche utilisant un modèle de compétition Lotka-Volterra a non seulement fonctionné, mais a offert de nouvelles informations sur le fonctionnement de ces écosystèmes remarquables.
Notre approche suppose que les arbres rivalisent plus fortement avec leur propre espèce (ce que nous, les écologistes, appelons des «conspécifiques») qu’avec d’autres espèces (ou «hétérospécifiques»). Nous avons utilisé la biomasse des feuilles estimée comme indicateur oblique de la compétition – après que toutes les feuilles sont le moteur principal de la seize de lumière qui détermine la productivité et la croissance de chaque espèce, et il y a un espace fini dans la canopée forestière pour en ajouter plus. Autrement dit, notre hypothèse était que la croissance de chaque arbre est plus supprimée par la canopée feuillée de sa propre espèce que par les feuilles des autres. Nous avons pu le formuler et la mettre en œuvre dans une query relativement pragmatique. Cela stabilise la diversité automotive il empêche une espèce de dominer.
Mais pourquoi cette stabilisation se produit-elle? Voici où nous proposons quelque selected que nous appelons «l’hypothèse de l’ontogenèse»: les espèces avec moins de grands arbres matures (et donc la biomasse foliaire globale plus faible) sont souvent représentés par des tiges plus petites et plus rapides. Ces petits arbres peuvent généralement se développer plus rapidement que les grands individus d’espèces à croissance lente avec beaucoup de feuillage dans la canopée. En bref, la taille de l’arbre compte. Et cette dynamique liée à la taille permet aux espèces de tailles différentes et de stratégies connexes de coexister dans le temps.
Ce que nous avons trouvé
Nos principales analyses ont prédit que 361 des 487 espèces d’arbres dans le tracé forestier avec des données suffisantes pour caractériser seraient de manière secure. Un niveau stupéfiant de diversité, en particulier pour un modèle aussi easy. Mais ce n’était pas tout. Le modèle a également révélé que la richesse en espèces est liée à la productivité forestière. La productivité (essentiellement, combien la forêt pousse) et la biomasse aérienne (la masse totale de tous ces arbres) augmente toutes deux avec le nombre d’espèces coexistantes lorsque le nombre d’espèces est faible, culminant à environ 150 espèces.
En théorie, le modèle devrait également être succesful de capturer, de simuler et de prédire la dynamique au-delà de la easy coexistence. Par exemple, il suggest un cadre pour explorer remark les forêts peuvent changer avec le temps par la succession (lorsqu’un groupe d’espèces en remplace progressivement un autre) ou même la monodominance (lorsqu’une seule espèce prend le relais). Nous prédisons que la monodominance secure pourrait se produire si une espèce pousse suffisamment de biomasse foliaire pour supprimer tous les autres – une hypothèse que nous espérons tester dans les forêts où ce phénomène a été signalé. Dans notre article, en s’appuyant sur des travaux antérieurs par des théoriciens, nous avons pu déterminer les relations et les seuils qui régissent ces processus et les lient à nos mesures basées sur l’intrigue, en déduisant ainsi (et en prédisant) les résultats.
Le garder réel
Les défis de l’utility et de l’étalonnage de ce modèle restent. Il y a toujours des incertitudes lorsque certaines espèces sont rares et que leurs propriétés sont difficiles à déterminer. Cependant, nous trouvons rassurant que les modèles et les prédictions généraux soient systématiquement reproduits lorsque nous utilisons différentes données et faisons des choix analytiques alternatifs, par exemple, en utilisant des données de recensement forestier des autres années.
Bien qu’ils ne soient pas abordés explicitement par le modèle, qui n’est pas spatial, nos résultats semblent souligner l’significance de l’hétérogénéité spatiale – l’idée que les forêts sont inégales, avec des circumstances locales (comme la lumière, l’eau et le sol) variant. Cette variation semble cruciale pour maintenir la diversité. De même, la variation démographique – les différences de la taille des arbres et des taux de croissance au sein des espèces comme nous le décrivons comme notre hypothèse d’ontogenèse – joue également un grand rôle. Nous pensons que ces facteurs peuvent expliquer pourquoi ces écosystèmes restent si diversifiés.
Ce que cela signifie
Peut-être que le level à retenir le plus surprenant de notre étude est la quantité d’expliquer sans référence à des idées plus complexes telles que la différenciation de area of interest, la limitation de dispersion ou la dynamique neutre. En se concentrant sur la compétition au sein des espèces et en utilisant des mesures simples comme la biomasse foliaire, nous montrons que de nombreux mécanismes souvent invoqués pour expliquer la diversité de la forêt tropicale peuvent être inutiles. Cela dit, notre modèle ne concerne pas exclure d’autres mécanismes. Il offre plutôt une base de référence: un cadre easy pour comprendre remark les espèces interagissent et coexistent, même en l’absence de facteurs plus complexes. Il soulève également de nouvelles questions. Par exemple, il semble en mesure de prédire remark les forêts peuvent répondre aux pertes ou à des good points d’espèces.
Bien qu’il y ait encore beaucoup à apprendre en testant d’autres forêts et websites pour prouver l’applicabilité plus giant de notre approche, nos résultats préliminaires indiquent qu’au moins une partie de la complexité de la nature peut être distillée en modèles simples. Pour moi, cette étude a contesté mes croyances sur ce que les modèles simples peuvent réaliser. Cela pourrait faire de même pour les autres. Cette étude était une histoire surprenante de la façon dont la théorie classique, associée à des données impressionnantes, peut offrir une tracabilité analytique remarquable et de nouvelles informations concernant ces écosystèmes complexes.
