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Le lien qui existe entre la diversité et la productivité des écosystèmes constitue un sujet central en écologie. De nombreuses études ont montré une relation positive entre la diversité et la productivité des forêts, ainsi que leur résistance à différents stress comme à la sécheresse. En revanche, peu de travaux ont permis de comprendre les mécanismes à l'origine des avantages observés dans les forêts à plusieurs espèces comparés aux forêts monospécifiques. En particulier, en raison de la difficulté d'accès aux racines, le rôle du compartiment souterrain dans les interactions entre espèces est particulièrement méconnu. L'objectif de ma thèse a été d'étudier l’influence des interactions entre espèces d’arbres sur le système racinaire du hêtre (Fagus sylvatica) sous différents niveaux de contrainte hydrique. Ces travaux ont montré que, au stade jeune plant, la compétition souterraine entre hêtre, chêne et pin était forte et que mélanger les espèces à ce stade pouvait influencer la croissance du hêtre. La disponibilité en eau a un fort impact sur la croissance des plantules de hêtre mais la présence d’autres espèces à proximité des jeunes plants de hêtre n’a pas amélioré leur réponse à la sécheresse. Au stade adulte, dans une plantation forestière, nous avons montré que la présence de l’érable n’influençait que légèrement la profondeur d’extraction de l’eau du hêtre ou la distribution verticale de ses racines. Nous concluons (i) à une absence de séparation des niches souterraines entre ces deux espèces, tant au niveau spatial que fonctionnel (vis à vis de l'acquisition de l’eau), et (ii) que les mécanismes d’interaction souterraine ne semblent pas expliquer l’origine de la productivité plus forte dans la zone de mélange que dans les zones de monocultures. Enfin, j'ai montré que les peuplements mélangés hébergent une communauté fongique plus riche par rapport aux peuplements purs. Cette plus forte richesse de la communauté fongique dans le mélange pourrait contribuer à une meilleure acquisition des ressources hydriques et minérales dans le mélange. Mon travail suggère que les interactions souterraines entre le hêtre et d’autres espèces forestières ne sont probablement pas le mécanisme principal expliquant les effets positifs des mélanges sur la productivité / The link between species diversity and ecosystem productivity is a central issue in ecology. Numerous studies have shown a positive relationship between forest diversity and productivity, as well as a greater resistance to various stresses such as droughts. On the other hand, few studies demonstrated the mechanisms behind the benefits observed in multi-species forests compared to monospecific ones. In particular, the role of belowground interactions among species in explaining the origin of positive effects of species diversity on ecosystem functioning is unknown. The aim of my PhD work was to study the influence of tree species interactions on the root development of beech (Fagus sylvatica) under different levels of water conditions. We showed that at the seedling stage, underground competition between beech, oak and pine was strong and that mixing these species could influence the growth of the beech. Water availability had a strong impact on the growth of beech seedlings, but the presence of seedlings of other species competing with beech did not particularly improve its response to drought. At the adult stage, in a forest plantation, we showed that maple trees competing with beech did not strongly modify the mean depth of soil water extraction of beech trees or the vertical distribution of beech roots. We conclude that (i) there was no separation of the underground ecological niches of these two species, both spatially and functionally (with respect to water acquisition), and (ii) that the mechanisms of belowground interaction between these two species do not seem to explain the origin of the higher productivity in the mixture than in the monoculture zone. Finally, the richest fungal communities were found in the mixed species zone: we hypothesize that greater fungal community richness in the mixture may improve water and nutrient acquisition and then contribute to higher productivity in the mixed species zone. My work suggests that underground interactions between beech and other forest species are probably not the main mechanism explaining beneficial effects of mixtures on productivity

Cette thèse visait à étudier la variabilité génétique et plasticité phénotypique de la vulnérabilité à la cavitation chez le hêtre (Fagus sylvatica L.). A cette fin, nous avons tout d’abord testé les variations dues à la méthodologie de mesure de la vulnérabilité à la cavitation. Notre étude a montré que les variations de vulnérabilité à la cavitation au cours du temps sont faibles. Néanmoins, il est préférable d’éviter de récolter les échantillons durant le début de la période de formation du bois. Par ailleurs il est possible de conserver au frais les échantillons sans dégrader les mesures durant au moins un mois. Nos résultats montrent également que la vulnérabilité à la cavitation peut être variable aussi bien au sein d’un même arbre qu’entre populations in situ. Ensuite, nous avons voulu déterminer la part de plasticité phénotypique de la part de variabilité génétique dans la variabilité de la vulnérabilité à la cavitation. Pour cela nous avons étudié 17 populations de hêtre venant de toute l’Europe et poussant dans une plantation comparative. Parmi les 17 populations 6 d’entre elles ont été étudiées dans trois plantations comparatives différentes (France, Espagne et Slovaquie). Nos résultats indiquent que chez le hêtre la vulnérabilité à la cavitation varie considérablement au sein de chaque population. Ils indiquent également que l’on observe peu de différenciation génétique entre populations. Les résultats montrent également que la plasticité phénotypique de la vulnérabilité à la cavitation est importante entre les plantations, et que le degré de cette plasticité peut varier d’une population à l’autre. Pour finir, nous avons regardé s’il existait des relations entre la vulnérabilité à la cavitation et des paramètres d’efficience hydraulique ainsi qu’avec l’efficience d’utilisation de l’eau. Nos résultats ne permettent pas de mettre en évidence des preuves d’un trade-off entre l’efficience et la sureté du xylème. / This work aimed at studying the genetic variability and the phenotypic plasticity of vulnerability to cavitation in beech (Fagus sylvatica L.). We tested the variations due to the methodology of measuring vulnerability to cavitation. Our study showed that the variations in vulnerability to cavitation over time are low. However, it’s better to avoid collecting samples during the period of initial wood formation. Furthermore it’s possible to store samples without degrading measures for during one month. Our results also show that vulnerability to cavitation can be variable both within the same tree and between populations in situ. We determined the proportion of phenotypic plasticity and the proportion of genetic variability in the variability of vulnerability to cavitation. For this we studied 17 beech populations from all Europe and growing in a common garden. Among the 17 populations 6 of them have been studied in three different common gardens (France, Spain and Slovakia). Our results indicate that for beech, vulnerability to cavitation varies considerably within populations. They also indicate that there are few genetic differentiations between populations. The results show that the phenotypic plasticity of vulnerability to cavitation is important among common garden, and the degree of this plasticity can vary between populations. To complete our study, we looked at the relationships between vulnerability to cavitation and hydraulic efficiency parameters and with the water use efficiency. Our results do not reveal evidence of relationships vulnerability to cavitation and other physiological traits.

This Doctoral thesis is focused on research of usability hardwood that is not used in structural engineering nowadays. Analysis of known hardwood properties and its verification by experiment was made. Mathematic analysis using the PROMETHEE method was used for most suitable hardwood species selection in the Central Europe conditions. The most suitable hardwood – beech – was subjected for further tests: finger-joint load bearing capacity experiment and beech homogenous and hybrid glulam experiment. The test results are compared with the values from professional literature.

Colour and appearance of hardwood are of great importance for the interiorand furniture industry. The widespread use of transparent surface treatmentand a fashion that prescribe light colour on many species, means that deviationfrom the ideal have considerable impact on the industrial operations. Kilndrying is generally regarded as the process that has the greatest impact on thecolour of Nordic hardwood species. The lack of satisfactory explanation modelsfor many types of discoloration, however, complicates the control of the dryingprocess.This thesis is an attempt to increase the knowledge of which factors thatcontrol the appearance of some commonly found discolorations associated withdrying of beech, birch and oak. The main focus is on convection drying but alsothe influence of timber storage, pre-steaming and press drying has beeninvestigated for individual species. The studies have been conducted ascomparative studies based on design of experiments in which the colour wasdetermined using a colorimeter.Results show that reddish and dark discoloration of beech and birch duringconvective drying is mainly dependent on the temperature and time of exposurewhen the local moisture content exceeds the fibre saturation point. Theconversion of naturally occurring substances in birch into coloured compoundsis not due to active precursors created at high moisture content levels duringthe subsequent drying at low moisture content levels. Interior grey stain inbeech is caused by slow initial drying at low temperatures. Log storage in coldwinter and spring climate does not cause discoloration in beech. Birch becomeslighter when press-dried at high temperatures, resulting in a colour comparableto that of traditionally kiln dried wood. Steaming of oak before kiln dryingreduce the presence of brown discoloration, a general darkening of the woodoccurs at temperatures above 50°C.

In this study, I used restriction fragment length polymorphism (RFLP) analysis (DNA fingerprinting) to study the genetic population structure of wood frogs, Rana sylvatica, collected as egg masses from vernal pools within the Massachusetts Audubon Society Lincoln Woods Wildlife Sanctuary in Leominster, MA. The average genetic relatedness of sibling individuals, non-sibling individuals from within the same pool, and individuals from pools of close (5 m), far (200 m) and distant (40 km) spatial separations was calculated. The goal was to use genetic relatedness to estimate the breeding patterns of R. sylvatica and use that information to make general management recommendations that could be applied to other vernal pools breeders. I detected relative differences in genetic similarity between individuals from pools only 5 meters apart, however over a larger distance of 200 meters no significant genetic differences were present. This suggests that although wood frogs are known to be highly philopatric, they may use information other than simply proximity to their natal pool when choosing breeding sites. Factors such as species composition, water chemistry and heterogeneity of the landscape between pools may influence breeding site choice. Also, contrary to the findings of recent studies, the distance between vernal pools may not be the best indicator of the genetic similarity of the individuals they host. Pools in close proximity to one another may host genetically distinct populations, and therefore management decisions should be made on a pool-by-pool basis. Consequently, when managing populations of R. sylvatica, and possibly other vernal pool breeders, taking into account parameters other than simply the spatial separation of pools within an array may avoid decisions that could result in the loss of genetic diversity.

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La capitalisation sur pied et la substitution d'essences sont deux stratégies sylvicoles analysées dans cette thèse, chacune pressentie pour être favorable au stockage du carbone, enjeu majeur de ce XXIème siècle pour la lutte contre le réchauffement climatique. La première correspond à un ralentissement des récoltes, qui devrait générer un puits de carbone additionnel par l'augmentation des stocks moyens de biomasse sur pied. La substitution d'essences à croissance lente comme le Chêne sessile ou le Hêtre par des essences résineuses à croissance rapide comme le Pin laricio ou le Douglas pourrait entraîner une absorption plus rapide du CO2. L'impact sur le carbone de ces deux stratégies est d'autant plus intéressant à étudier que les gestionnaires forestiers les pratiquent déjà. La construction d'une chaîne de modèles prenant en compte l'ensemble des compartiments dans lesquels le carbone est impliqué, à savoir la biomasse forestière, le sol, mais aussi les produits forestiers issus de l'exploitation, permet d'effectuer des simulations donnant des résultats quantitatifs sur ces pratiques. Nous montrons qu'une capitalisation sur pied engendrerait un puits de carbone additionnel dépendant de l'état initial des peuplements, de la fertilité et de la nouvelle sylviculture pratiquée. Il pourrait s'élever jusqu'à 142 tC/ha après obtention du régime permanent dans le cas le plus favorable. La substitution de feuillus à croissance lente par des résineux à croissance rapide serait également un puits de carbone important (jusqu'à 2 tC/ha/an) pendant plusieurs décennies, mais s'avérerait d'un stock de carbone moyen inférieur sur le long terme.