Projet sur la dynamique biologique des fragments forestiers - Biological Dynamics of Forest Fragments Project

Le projet est situé près de Manaus

Le projet de dynamique biologique des fragments forestiers ( BDFFP; ou Projeto Dinâmica Biológica de Fragmentos Florestais, PDBFF, en portugais ) est une expérience écologique à grande échelle qui examine les effets de la fragmentation de l' habitat sur la forêt tropicale humide . L'expérience qui a été établie en 1979 est située près de Manaus dans la forêt amazonienne brésilienne . Le projet est géré conjointement par l' Amazon Biodiversity Center et l' Institut brésilien de recherche en Amazonie (INPA).

Le projet a été lancé en 1979 par Thomas Lovejoy pour enquêter sur le débat SLOSS . Initialement appelé Projet de taille critique minimale des écosystèmes, le projet a créé des fragments de forêt de 1 hectare (2 acres), 10 hectares (25 acres) et 100 hectares (247 acres). Les données ont été collectées avant la création des fragments et les études sur les effets de la fragmentation dépassent désormais 25 ans.

En avril 2020, 785 articles de revues savantes et plus de 150 mémoires et thèses d'études supérieures avaient émergé du projet.

Histoire

Le projet de dynamique biologique des fragments de forêt (BDFFP) est né du débat sur le SLOSS (grandes ou plusieurs petites réserves de superficie égale) au milieu des années 1970 sur l'application de la théorie de la biogéographie insulaire à la planification de la conservation. Le débat a déterminé que la richesse en espèces et le taux de croissance augmentent à mesure que la superficie d'une réserve augmente. Il a également déterminé que la forme d'une réserve est très importante pour la diversité des espèces. Les réserves dont le rapport superficie / volume est élevé ont tendance à être davantage affectées par les effets de bord que les réserves dont le rapport superficie / volume est faible. La distance entre les réserves et l'habitat entourant les réserves (la matrice) peut également affecter la richesse et la diversité des espèces.

Malgré la logique apparente de ces idées, les écologistes ont remis en question les résultats du débat sur le SLOSS en raison de l'absence d'un ensemble critique de preuves sur le sujet. De nombreux écologistes ont commencé à mener des études et des expériences sur des écosystèmes fragmentés pour combler cette lacune, y compris Tom Lovejoy, qui a conçu une expérience à grande échelle qui a étudié les effets de différentes tailles de fragmentation sur les animaux, les plantes et les processus écologiques. L'objectif de Lovejoy tout au long de l'expérience était de mieux comprendre les effets de la fragmentation de l'habitat sur les espèces des forêts tropicales humides. Il l'a appelé le Projet de taille critique minimale des écosystèmes (le nom a ensuite été changé en Projet de dynamique biologique des fragments de forêt).

En 1979, l'Institut national de recherche amazonienne (INPA) a approuvé l'expérience de Lovejoy. Plus tard, Lovejoy a fait équipe avec Robert Bierregaard pour l'aider dans le projet en lui confiant la responsabilité de mener tout le travail de terrain. Les deux écologistes ont lancé le projet dans les forêts tropicales à la périphérie de Manaus, au Brésil. Le BDFFP est un projet collaboratif entre l'Institut national brésilien pour la recherche amazonienne et la Smithsonian Institution. Le BDFFP deviendrait l'une des études les plus importantes sur la fragmentation des forêts tropicales car il s'agit de la seule étude de longue durée avec des données avant la création de fragments, les données originales provenant de la forêt continue.

Développement de projet et hypothèse

L'étude de la fragmentation de l'habitat a trouvé ses racines très tôt, les idées d'Aldo Leopold sur l' effet de bord et les études et modèles de biogéographie insulaire d'Alfred Russel Wallace et EO Wilson jetant les bases du terrain (Laurance et Bierregaard 1997). Ces concepts offrent une valeur potentiellement applicable et hypothético-déductive pour l'étude de la fragmentation des forêts et ont inspiré des débats sur la conception des réserves d'habitat.

D'une manière générale, la théorie de la biogéographie insulaire représente un ensemble d'idées entrelacées (Harris 1984), décrivant les modèles de communautés florales et fauniques sur les îles marines. Il modélise des processus fondamentaux tels que la dispersion, la diversité et la dynamique des populations des îles en ce qui concerne leur superficie et leur distance par rapport aux autres îles ou au continent. Théoriquement, les fragments de forêt prennent les caractéristiques des îles d'habitat proportionnellement à leur degré et à la durée de leur isolement (Harris 1984). La théorie de la biogéographie insulaire et les leçons tirées de la biogéographie des îles vraies fournissent une base pour développer une stratégie de gestion et aborder des variables de décision spécifiques, telles que la taille des parcelles de réserve, la distribution, l'emplacement et les mesures de protection (Harris 1984). Néanmoins, une différence notable entre les îles océaniques et les îles terrestres, ou fragments, est l'existence de terres entourant ou entre les fragments, désignées sous le nom de matrice. Les impacts de l'utilisation et de la gestion de cet espace sont un sujet d'étude continu.

Les observations des effets de bordure sur les habitats sont également importantes, sinon intégrales, pour l'étude des effets de fragmentation. On a observé qu'une série de changements dans l'habitat et les interactions trophiques s'intensifient à mesure que la distance par rapport au bord de l'habitat diminue, comme la prédation des nids, la diminution de l'humidité et de l'humidité du sol, la lumière du soleil, la diminution de la richesse des espèces et les changements dans la constitution des espèces. Le degré de ces impacts sur les fragments continue d'être étudié. En raison du rapport généralement élevé entre la lisière et la zone d'habitat dans les fragments, les lisières sont présumées avoir des conséquences néfastes pour les organismes qui habitent les fragments de forêt.

Ces concepts ont largement inspiré le débat sur la taille des réserves SLOSS (grande ou plusieurs petites), que le Projet sur la taille critique minimale de l'écosystème (maintenant connu sous le nom de BDFFP) tente d'aborder. Le débat sur le SLOSS est une discussion interdisciplinaire en cours dans laquelle la communauté scientifique tente de comprendre et de peser les avantages et les inconvénients de la taille et de la distribution des différentes réserves, pour une conservation réussie des écosystèmes: une seule grande réserve ou plusieurs petites? La perte et la fragmentation croissantes et généralisées de l'habitat, ainsi que le débat sur le SLOSS, ont conduit aux questions auxquelles le BDFFP cherchait à répondre à l'origine. Dans l'ensemble, l'objectif de Lovejoy en établissant le projet était de déterminer la taille de la réserve et l'emplacement nécessaires pour une conservation réussie de l'habitat et des espèces, d'où le nom original du projet. Selon le livre de Bierregaard, Lessons from Amazonia , Lovejoy a travaillé sur la théorie de la biogéographie des îles et a posé trois questions clés:

  1. Quel effet la taille des fragments a-t-elle sur le taux d'extinction des espèces?
  2. Le taux d'extinction locale finirait-il par ralentir et s'arrêter, égalisant le nombre d'espèces?
  3. Comment les interactions entre les espèces et la démographie changent-elles en raison de la réduction de l'habitat?

Depuis lors, les études menées sur le site du BDFFP ont énormément varié quant à leurs principaux objectifs et hypothèses (Laurance et Bierregaard 1997). Outre la taille, l'emplacement et la répartition des réserves, il est également important de comprendre et de gérer correctement les liens entre la fragmentation de l'habitat et la persistance de l'écosystème (Bierregaard 2001). Les études sur les effets de bordure, les taux d'extinction, les interactions biotiques et abiotiques, les facteurs de mortalité, la qualité du sol et plus encore réalisées sur ce site traitent des effets de fragmentation sur la biodiversité et d'autres changements écologiques. D'autres dimensions influençant les écosystèmes sont également étudiées, comme les facteurs économiques et humains. De nombreuses études du BDFFP tentent également de trouver des moyens d'appliquer la recherche aux pratiques de restauration, de conservation et de gestion des forêts tropicales. La question fondamentale initiale de la taille minimale des réserves écosystémiques a lancé une incroyable variété de recherches qui continuent de croître et de se diversifier.

Zone d'étude

Le BDFFP couvre environ 1 000 km² de la région amazonienne brésilienne située à 70 km au nord de Manaus, au Brésil en Amérique du Sud. Cette région particulière de l'Amérique du Sud est célèbre pour ses forêts tropicales et son climat, ainsi que pour ses niveaux élevés de diversité faunique.

La zone d'intérêt écologique pertinent du BDFFP , qui contient les zones d'étude, est répartie entre les municipalités de Manaus (3,61%) et de Rio Preto da Eva (96,39%). Il a une superficie totale de 3 288 hectares (8 120 acres). La zone de recherche est à environ 80 kilomètres (50 mi) au nord de la ville de Manaus .

En moyenne, le bassin amazonien varie de 1 900 à 2 500 millimètres de précipitations par an, tandis que la température annuelle moyenne est de 26 ° C avec une saison sèche importante de juin à octobre. Une autre caractéristique distincte des forêts du BDFFP est la canopée, qui peut atteindre de 30 à 37 mètres, certains émergents atteignant jusqu'à 55 mètres. Ces forêts, dominées principalement par les palmiers du sous-étage, abritent plus de 1 200 espèces d'arbres dans au moins 64 familles.

Les réserves du BDFFP se trouvent dans les forêts tropicales pluviales des basses terres non inondées où les sols sont pauvres en nutriments et la topographie varie de 50 à 150 m d'altitude. Bien que la zone soit relativement plate, elle comprend trois grands pâturages de bétail et contient 11 fragments de forêt, allant de 1 à 100 hectares, entourés d'une forêt continue qui agit comme un témoin expérimental (Laurance 2011).

Pour des images détaillées de la zone d'étude, visitez les cartes INPA

Au début des années 1980, le défrichage et le brûlage ont conduit à un isolement fragmentaire d'environ 80 à 650 mètres de la forêt intacte environnante , une procédure qui s'est poursuivie plusieurs fois tout au long de l'expérience en raison de la repousse réussie des forêts secondaires (Laurance 2011). L'isolement final de la réserve a eu lieu en 1990 avec l'abattage et le brûlage réussis d'une bande de 200 mètres de large autour de la réserve de Dimona.

Une caractéristique importante de la diversité du bassin amazonien est que de nombreuses espèces sont rares ou réparties de manière erratique dans toute la forêt amazonienne. Ceci introduit un phénomène connu sous le nom d '«effet d'échantillon», qui suggère que l'absence d'espèces dans les fragments expérimentaux peut être due au fait qu'elles n'étaient pas présentes lors de la création des fragments plutôt que de la disparition (Laurance 2011). Cet effet est essentiel pour comprendre les effets de la fragmentation des forêts, car de petits fragments ne peuvent pas soutenir de grandes populations en raison de la concurrence pour les ressources et de la perte d'habitat. Par conséquent, dans l'expérience, il est peu probable que des espèces non présentes au début de l'expérience apparaissent dans ces fragments plus petits. Certains organismes restent cependant stables et favorisent même les zones perturbées. Les bryophytes foliaires, les araignées errantes et les grenouilles font partie des espèces qui restent stables, tandis que les espèces favorisant les lacunes comprennent les colibris, les papillons et les lianes. Étant donné que la matrice entourant les fragments isolés n'est pas complètement inhospitalière pour certaines espèces, il est important de comprendre comment la faune indigène peut utiliser ces habitats modifiés par l'homme comme corridors de dispersion ou de reproduction.

Exemples d'études

Il y a eu un large éventail d'études réalisées sur le site du BDFFP, axées sur de nombreux éléments des effets de la fragmentation sur les organismes et les conditions de l'habitat. Des sujets provenant d'une gamme de biotes sont étudiés, y compris les arbres et autres flores, les micro-organismes et une variété de vertébrés et d'invertébrés. La chimie et le développement du sol, ainsi que les facteurs humains et environnementaux dans les fragments ont également été étudiés. Certaines études notables réalisées sur le site du BDFFP sont résumées ci-dessous.

Effets de bord

Les effets de bordure sont un terme général désignant les impacts de différents habitats au niveau ou à proximité de la barrière où ils se rencontrent, le «bord». Ils sont un facteur important dans de nombreux habitats, en particulier lorsqu'il s'agit d'habitats fragmentés, et sont largement étudiés sur le terrain. Une étude majeure réalisée sur ce sujet était "Changements liés aux lisières dans l'environnement et les réponses des plantes en raison de la fragmentation de la forêt dans le centre de l'Amazonie" par Valerie Kapos, Elisa Wandelli, Jose Luis Camargo et Gislene Ganade. Ce qui suit a été résumé des pages 33 à 44 de Tropical Forest Remnants: Ecology, Management and Conservation of Fragmented Communities par WF Laurance et RO Bierregaard.

Un changement majeur provoqué par la fragmentation de l'habitat est une augmentation de la proportion de lisière exposée à d'autres habitats, et l'importance de ce changement dépend dans une certaine mesure du contraste entre l'habitat fragmenté et la matrice dans laquelle il se produit. Les effets de bordure jouent également un rôle important dans l'environnement régional, les forêts amazoniennes aidant à maintenir les cycles hydrologiques grâce à leurs rôles dans l'évapotranspiration et la protection des sols. En fonction de la mesure dans laquelle l'influence des conditions d'effet de lisière desséchante des clairières (matrice) pénètre dans la forêt et de la manière dont les plantes y réagissent, on peut s'attendre à ce que les fragments de forêt évapotranspirent plus que des zones équivalentes de forêt continue. Par conséquent, cette recherche s'est concentrée sur l'évaluation des gradients liés aux lisières des facteurs qui affectent l'évapotranspiration dans les fragments de forêt, et les réponses des plantes à ces derniers. Les modifications des effets de bord avec le temps ont également été étudiées.

La température, le déficit de pression de vapeur (VPD) et l'humidité du sol ont été les facteurs étudiés. L'étude a comparé des mesures effectuées à différentes distances le long de transects de la lisière isolée ouest vers le centre de la réserve avec des mesures effectuées dans des zones témoins à plus de 500 m de la lisière de la forêt. Les relations plantes / eau du sous-étage ont été surveillées pendant les saisons sèches, les mesures de l'humidité du sol ont été effectuées sur dix mois, la distribution des plantes du sous-étage a été mesurée, des études microclimatiques et de l'expansion des feuilles ont été réalisées, ainsi que des études de la structure de la végétation, le tout entre 1988 et 1990.

En saison humide et en saison sèche, l'humidité du sol dans les transects de bordure était similaire à celle des zones témoins, sauf à la bordure elle-même et dans la région entre 40 et 80 m de la bordure. Des potentiels hydriques du sol inférieurs au point de flétrissement se sont produits dans la forêt pendant la saison sèche, mais les points les plus secs n'étaient pas nécessairement près de la lisière et aucune preuve de sécheresse prolongée n'a été trouvée. Ainsi, tout effet de la sécheresse de bordure sur les plantes doit être dû aux effets combinés d'une humidité réduite du sol et d'une demande atmosphérique plus élevée dépassant la puissance d'approvisionnement des systèmes vasculaires, plutôt que d'une pénurie d'eau au niveau des écosystèmes.

Réponses des plantes: Pour l'expansion foliaire de Duguetia , il n'y avait pas de différence dans le taux d'expansion foliaire entre les plantes des zones marginales et celles des zones témoins. Lorsqu'ils ont cherché à savoir si les arbres de la canopée ferment leurs stomates pour réduire la perte d'eau en réponse à l'environnement modifié, ils n'ont trouvé aucune différence entre ces deux emplacements. Ils ont examiné la même réponse chez les plantes de sous-étage et ont trouvé que les résultats pourraient suggérer que les espèces de sous-étage avaient une plus grande efficacité d'utilisation de l'eau près de la lisière de la forêt. Ce modèle pourrait s'expliquer soit par un plus grand mélange d'air de l'extérieur de la forêt avec l'air du sous-étage, soit par des taux de décomposition plus faibles, ou les deux, près de la lisière. La structure de la végétation a également été analysée. Ils ont constaté que les gradients clairs liés aux bords dans les facteurs environnementaux cédaient la place à des motifs plus complexes, ce qui suggérait une certaine influence du bord. Bien qu'il y ait peu de preuves de l'effet de la lisière sur l'état hydrique des plantes, la répartition d'au moins une espèce de sous-étage suggère que la proximité de la lisière est désavantageuse.

Certaines implications générales suggérées par cette étude sont que les effets de bordure sur les variables environnementales deviennent plus complexes à mesure que la limite vieillit. Ces modèles complexes et les réponses des plantes à ces derniers sont probablement fortement influencés par les fréquentes lacunes près des lisières, la modification de la structure de la végétation et la poursuite de la modification de la nature et de l'étendue des effets de lisière. Les décisions de gestion fondées sur les effets de bord devraient intégrer la compréhension des mécanismes sous-jacents à ces effets, et des études à long terme sont nécessaires pour déterminer ces mécanismes et leurs changements au fil du temps.

Effets sur la faune

De nombreuses études ont été menées sur les effets de la fragmentation sur les vertébrés et les invertébrés, y compris les amphibiens, les insectes, les mammifères et les oiseaux. Cette étude, «Oiseaux de sous-bois et mosaïques d'habitats dynamiques dans les forêts tropicales amazoniennes» de Richard Bierregaard et Philip C. Stouffer est une expérience à long terme qui étudie les oiseaux dans un système dynamique de vestiges de petites forêts entourés de pâturages ou de pâturages abandonnés en cours de succession secondaire. Ce qui suit a été résumé des pages 138 à 155 de Tropical Forest Remnants: Ecology, Management and Conservation of Fragmented Communities par WF Laurance et RO Bierregaard.

Dans une série de fragments de 1 et 10 hectares et d'un fragment de 100 hectares, un programme de marquage-recapture a été mené en se concentrant sur les oiseaux de sous-étage pour révéler les changements dans la composition des espèces et le niveau d'activité. Une analyse des guildes écologiques au sens large a été réalisée, y compris les mangeoires de nectar, les insectivores et les frugivores. Ils ont établi un lien entre les changements dans le fragment avifaune et la taille des restes, le temps écoulé depuis l'isolement et la nature de la végétation environnante.

Pour les insectivores, l'abondance et la richesse spécifique des oiseaux les plus fréquemment capturés ont diminué de manière significative dans les réserves post-isolement. Les espèces de fourmis de l'armée obligatoire ont complètement disparu des isolats de 1 et 10 ha en 2 ans d'isolement. Comme pour les insectivores, les frugivores ont montré des baisses significatives des taux de capture après l'isolement et quatre espèces ont montré des effets du temps depuis l'isolement. Les nectarivores, comme les colibris du sous-étage, se sont révélés moins vulnérables à la fragmentation que les insectivores et les frugivores.

Les oiseaux jouent un rôle essentiel dans les écosystèmes des forêts tropicales humides et sont probablement le groupe d'organismes le mieux étudié dans ces forêts, ils offrent donc une excellente occasion de comprendre les réponses de la faune à la fragmentation de l'habitat. Cette étude a identifié des groupes d'espèces à la fois particulièrement sensibles et insensibles. Ce sont les premières étapes du développement des connaissances nécessaires pour minimiser les effets des humains sur les écosystèmes des forêts tropicales humides.

Futur

Ce qui a commencé comme une initiative de cinq personnes a lentement pris de l'ampleur à mesure que le financement du BDFFP augmentait et est devenu un projet de recherche de taille moyenne réussi géré par un personnel plus important. Cette croissance a permis des inventaires continus à grande échelle de la réponse des espèces à la fragmentation, qui est un axe principal de recherche concernant la conservation future.

L'un des principaux avantages de cette étude est qu'elle a été menée de manière très cohérente sur une longue période. L'expérimentation sur plusieurs décennies permet la survenue d'événements naturels, tels que les sécheresses El Niño, qui sont d'importants facteurs de perturbations naturelles susceptibles d'affecter la fragmentation.

Cependant, il reste encore beaucoup à comprendre sur les fragments de forêt. Comme le suggèrent les données du BDFFP, même de petits fragments peuvent prendre des siècles pour stabiliser leur composition floristique et leur stockage de carbone après avoir subi des changements écologiques dramatiques (Laurance 2011).

Les objectifs fondamentaux tirés de l'expérience du BDFFP sont de préserver de plus grandes superficies de terres pour assurer le maintien de populations viables et de maintenir les processus écologiques naturels des forêts. En raison des impacts continus de la déforestation sur la composition et les processus des forêts tropicales, on peut dire que l'avenir écologique de la région amazonienne est fortement lié à son avenir économique. Des efforts doivent être poursuivis afin de prévenir les effets de bord désastreux résultant des incendies, du changement climatique et de l'impact humain de la chasse et de l'exploitation forestière commerciales.

Plus de 30 ans de recherche et de collecte de données avec l'expérience BDFFP ont conduit à de nombreuses découvertes et à d'importantes leçons pour les scientifiques, mais ont également fait face à de nombreux défis, tels que le financement. Depuis la fin des années 1990, la colonisation et la chasse sont devenues des menaces directes pour le BDFFP. Le pavage de l'autoroute Manaus-Venezuela, longue de 1100 km, a accru la colonisation et l'exploitation forestière (Laurance 2011). Alors que l'afflux d'humains se poursuit sur ces terres, les efforts de conservation du BDFFP deviennent de plus en plus importants afin de prévenir les effets dévastateurs sur les écosystèmes forestiers environnants.

Voir également

Les références

Bibliographie

Liens externes