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Dans un contexte de changement climatique et de production de bois énergie, une amélioration de la compréhension du fonctionnement des hêtraies de plaine dans leur aire de répartition actuelle semble nécessaire. Ces travaux de recherche apparaissent primordiaux notamment sur les hêtraies à faible fertilité minérale, celles-ci étant par définition plus sensibles aux perturbations extérieures. La hêtraie de Fougères (35-France), caractérisée par une faible fertilité minérale, a été étudiée au cours de ce travail. L'objectif général de ce travail est de réaliser un état des lieux du fonctionnement minéral de la hêtraie de Fougères, sur l'ensemble d'une révolution forestière. Une approche par chronoséquence à été utilisée, les âges des peuplements étudiés couvrant l'ensemble de la révolution forestière (8 ans , 25 ans, 80 ans et 145 ans). Une approche par bilan de fertilité a par ailleurs été retenue, ces bilans constituants un des outils pertinents pour le diagnostic global de l'évolution d'un système. Le calcul des bilans de fertilité minérale et l'étude des cycles d'éléments nutritifs au sein de l'écosystème ont été réalisés sur chaque peuplement pour des segments temporels de 7 ans (1998-2004). Les substrats de Fougères sur lesquels les sols se sont développés sont pauvres et s'ensuit donc une fourniture limitée d'éléments nutritifs par altération. Les flux de K et le Mg libérés par altération sont néanmoins élevés sur l'ensemble du profil et particulièrement les flux de Mg dans la zone de mélange arène-limons. La quantité estimée de Ca et P libérée par altération des minéraux sur la tranche 0-120 cm des sols est quand à elle très faible. Les apports atmosphériques sont un des piliers majeurs de la durabilité de cet écosystème à faible fertilité minérale, notamment pour un élément limitant comme le Ca. La majorité des apports atmosphériques d'éléments nutritifs sont en baisse sur la période 1998-2004 et cette baisse est également visible sur la quantité d'éléments en circulation dans les sols de Fougères. Si cette tendance se prolonge dans le temps, la fertilité de l'écosystème pourrait en pâtir. Les pertes de nutriments par drainage, à la profondeur de 120 cm, sont relativement similaires quelque soit l'âge du peuplement. Nous avons montré par ailleurs que l'effet de l'âge des peuplements de hêtre sur les stocks disponibles présents dans les humus et les sols de Fougères n'est pas significatif. Le faible niveau de fertilité minérale de l'écosystème de Fougères pourrait expliquer ces constats. Les bilans de fertilité minérale sont positifs pour les éléments Mg, K et P, quelque soit l'âge des peuplements de la chronoséquence. Pour le Ca, les bilans de fertilité minérale sont positifs dans les jeunes peuplements (8 ans et 25 ans) et négatifs dans les peuplements les plus vieux (81 ans et 145 ans). Les pertes liées à la récolte de biomasse, qui augmentent fortement avec l'âge des peuplements, sont responsables du bilan négatif de Ca dans les peuplements âgés de plus de 50 ans. Les bilans de fertilité minérale calculés montrent que les pertes liées à la récolte de biomasse expliquent majoritairement l'évolution des bilans de fertilité avec l'âge des peuplements.

Des relations quantitatives ont été étudiées, chez le Hêtre, entre les singularités externes de l'arbre, des caractéristiques dendrométriques et l'occurrence et la forme géométrique du cœur rouge (CR) : I. Des singularités (branches mortes, cicatrices de branche, blessures, fentes, fourche) et la forme du CR ont été décrites de façon tridimensionnelle détaillée pour 4 arbres. Ainsi, des hypothèses ont été développées d'une part sur l'initiation du CR basées sur des dimensions des cicatrices de branche/noeuds et d'autre part sur des stades de développement de la forme du CR. II. Un modèle de type logistique a été développé qui permettait de quantifier l'effet individuel des cicatrices de branche sur la probabilité d'occurrence du CR; il incluait également un effet dendrométrique. 27 parmi 31 hêtres ont été classés correctement. III. La forme globale du CR (rayon moyen du CR le long de l'axe du tronc) a été modélisée en utilisant des paramètres pour les largeur, longueur et hauteur du CR dans l'arbre. Ces derniers ont pu être estimés à partir des cicatrices de branche et des variables dendrométriques. Le modèle a été paramétré sur 16 hêtres et a été appliqué à l'échantillon indépendant constitué des 4 arbres de l'analyse I. IV. Des déviations locales de la forme globale du CR ont été analysées en dessous et au dessus des nœuds sur 58 planches provenant des 16 arbres de l'analyse III. Les déviations étaient limitées à la zone du nœud et à l'extrémité du CR côté apical. En perspectives, l'importance de la validation des modèles de CR est soulignée. Un couplage de ces modèles à des modèles de croissance ou de transformation des bois ronds pourrait aussi être envisagé.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., 2000. / Härtill 4 uppsatser.

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A new individual-based forest model for the species beech (Fagus sylvatica L.) was developed and implemented. The model called BEEch Plasticity (BEEP) describes tree crown plasticity phenomenologically and is able to model aboveground competition for PAR on a process basis. The current debate about the tree interactions in near-natural beech forests and their role in emergent forest structures and dynamics led to the research questions if (1) observed patterns can be modeled and reproduced by only describing the aboveground tree interactions, (2) what effects tree crown plasticity has on the structure and dynamics of near-natural beech forests, and (3) what effects selective thinning has on the structure and dynamics of near-natural beech forests. The BEEP model was developed, parameterized, calibrated, and validated according to data from the unmanaged forest `Schattiner Zuschlag' near Lübeck, North-Germany, while additional data from the sites Langula (Thuringia) and Fabrikschleichach (Bavaria) was used for model parameterization and calibration. Three simulation experiments were conducted. In the first experiment, the BEEP model was run 10 times for 2000 time steps with plastic tree crowns and the emergent forest structure was analyzed using structural indices. In the second experiment, the BEEP model was run again 10 times for 2000 time steps but with a modified crown model that only uses rotation-symmetric tree crowns. In the third experiment, the BEEP model was enhanced with a selective thinning procedure that uses target trees with specific diameter and heights as thinning objects. Forest structure was analyzed through the application of structural indices that capture different aspects of forest structure and by means of characterization of forest development phases. Analysis was accomplished only for the time steps 1000-2000 in order to allow transient oscillation in forest dynamics to develop. The results showed that the focus on aboveground competition and tree interactions sufficed to model beech forests and reproduced a wide range of patterns observed in near-natural and old-growth beech forest. In particular, the BEEP model was able to simulate a multi-layered forest structure with a mosaic structure of several developmental stages on a relatively small area of 0.5 ha. The simulated forest had wide diameter and age distributions. The diameter distribution was reversed-J-shaped. The age range of canopy trees exceeded 200 years. The comparison between simulations with plastic and rotation-symmetric tree crowns revealed that crown plasticity reduced tree competition for crown space and PAR and enhanced the forest structure and heterogeneity in the long term by allowing more tree cohorts of dfferent developmental stages to coexist. This supports the notion that crown plasticity drives beech forest dynamics in near-natural forests. The comparison between simulations with plastic tree crowns and with additional selective thinning showed that thinning does not affect the forest structural heterogeneity and reduces tree crown competition, while spatial patterns of tree positions remained unaltered. However, crown centroids were more regularly distributed. Model assumptions in the submodel routines, especially in the radiation and mortality submodel, question the reliability of the model results, because of the high sensitivity that these routines evoke on model outcomes. Therefore, revised versions of the submodels and a thoroughly validated crown growth model, may produce different results. Thus, the results presented in this study should be treated with care and cannot be used for generalizations about tree interactions in near-natural beech forests.