Response of Swiss subalpine-alpine vegetation to recent climate changes and consequences on soil organic matter dynamics

L'impact des changements climatiques sur la flore des sommets alpins est bien connu, mais il l’est beaucoup moins sur la végétation subalpine-alpine. De plus, à ces altitudes, les études décrivant les sols et les formes d’humus, ainsi que les facteurs contrôlant leur distribution, restent très peu nombreuses. L’impact des changements climatiques sur la matière organique (MO) du sol est actuellement débattu dans la littérature scientifique. Dans ce contexte, il est nécessaire d’identifier les facteurs écosystémiques régulant la dynamique de la MO du sol. Le but de cette recherche est d’étudier (i) la réaction des principaux types de végétation subalpins-alpins aux changements climatiques récents, (ii) les sols et les formes d’humus auxquels ces types sont associés, et (iii) les facteurs écosystémiques qui contrôlent la distribution des formes d’humus et la stabilité de la MO dans l’environnement alpin. Trois sites d’étude ont été sélectionnés en Suisse dans les Alpes du Nord et les Alpes internes occidentales. Huit types de végétation, représentatifs de l’étage subalpin-alpin et couvrant un gradient d’acidité et d’humidité du sol, ont été sélectionnés. Des relevés floristiques récents ont été comparés avec des relevés historiques (25-50 ans), les sols et les formes d’humus correspondantes ont été décrits, et la stabilité de la MO a été étudiée thermiquement (pyrolyse Rock-Eval). La composition et le recouvrement spécifique des pelouses calcaires et acides sont restés très stables. En revanche, les communautés dépendantes d'un long enneigement (combes à neige) ont changé. Plusieurs espèces, arrivant des pelouses avoisinantes, ont augmenté en fréquence et recouvrement, probablement en raison des fontes des neiges progressivement plus précoces et des saisons végétatives plus longues. Une grande diversité de sols et de formes d’humus caractérise les huit types de végétation. Cependant, la distribution des formes d’humus reste surtout contrôlée par le matériel parental du sol, le climat, et la topographie. La végétation ne jouerait donc qu’un rôle mineur. Les formes d’humus de type Mull ont été observées sur tout le gradient altitudinal (1698-2697 m), mais plus spécifiquement aux altitudes inférieures, sur calcaire. Les Moders et Mors, par contre, sont associés aux altitudes élevées et aux matériaux parentaux siliceux. Une topographie en cuvette est déterminante pour la présence des formes Anmoor. Les racines sont abondantes dans les sols étudiés, surtout sur les pentes raides. Les clés de détermination des formes d’humus actuellement disponibles se sont montrées en partie inappropriées pour le milieu alpin et des adaptations sont suggérées. Les facteurs écosystémiques qui contrôlent la dynamique de la MO sont apparus comme dépendants de l’horizon considéré. Le type de végétation influencerait la stabilité thermique de la MO dans la litière mais pas dans les autres horizons du sol. Dans les horizons organo-minéraux et minéraux, le taux d’approvisionnement en matériel organique frais et les caractéristiques physico-chimiques du milieu pédologique contrôleraient la stabilité thermique de la MO. Cette étude confirme que les facteurs affectant le destin de la MO du sol sont nombreux, spécifiques au type d’horizon et de sol considérés, et hautement interconnectés. L'évolution de la végétation induite par les changements climatiques récents va probablement avoir un impact limité sur la dynamique de la MO des sols aux étages subalpins-alpins

Contrasting impacts of climate change on the vegetation of windy ridges and snowbeds in the Swiss Alps

The impacts of climate change on alpine summit floras have been widely investigated. However, only few studies included alpine grasslands and generally concluded that snowbeds, with a long snow cover duration and a short growing season, and windy ridges, with a short snow cover duration and strong winter frosts, are the most sensitive alpine grasslands. However, these habitats were mostly investigated in different regions, where local factors (e.g., nitrogen deposition, grazing) can co-vary with climate changes, potentially obscuring differences between habitats. Here, we focused on the Zermatt region (Swiss Alps) to investigate the impacts of climate change in snowbeds and on windy ridges. Forty-three exhaustive historical plant inventories on windy ridges (acidophilic or basophilic) and 31 inventories in snowbeds (typical or wet) were repeated in quasi-permanent plots after approximately 23 years. Historical and recent records were compared with the Simpson index, Bray-Curtis dissimilarity, a PCA, ecological indicator values and the frequency and cover changes of species. There was a general increase in α-diversity and a decrease in β-diversity (homogenisation). Most of the new species in the plots were generalists from surrounding grasslands. The plant composition tended to be more thermophilous on acidophilic windy ridges and in typical snowbeds. The flora of acidophilic windy ridges became more similar to that of basophilic windy ridges and more eutrophic. We interpreted this as possibly arising from fertilisation by the aeolian dust deposition coming from the expanding glacial moraine in the valley. In snowbeds, the species indicated increasingly drier conditions, especially in wet snowbeds. Warming climate induces lower snow fall and earlier snowmelt, leading to a shorter snow cover duration. Hence, wet snowbeds are certainly among the plant communities most threatened by climate change in the Alps

Evolution floristique du tapis végétal en Haute Chaîne

Si la cartographie comparée des associations végétales de la haute chaîne du Jura a montré une évolution surfacique de certaines unités de végétation, comme les pâturages gras (qui progressent) ou les pâturages maigres mésophiles (qui régressent), qu’en est-il de leur composition floristique ? Au-delà des espèces caractéristiques et dominantes toujours présentes, certaines espèces disparaissent-elles ? Ou de nouvelles espèces sont-elles observées ? Pour répondre à ces questions, une centaine de relevés de végétation ont été réalisés au sein de neuf associations végétales différentes entre 2011-2015, puis comparés aux relevés effectués dans les mêmes unités décrites par Claude Béguin entre 1965 et 1970. Les résultats obtenus confirment les tendances observées dans le cas des évolutions surfaciques. Les unités de pâturages aux sols profonds et eutrophes (Veratro-Cirsietum, Scillo-Poetum, Alchemillo-Deschampsietum) ou oligotrophes (Plantagini-Caricetum) s’enrichissent en espèces nitrophiles, comme Chenopodium bonus-henricus, Poa supina ou Taraxacum officinale et s’appauvrissent en espèces oligotrophiles, comme Agrostis capillaris, Anthoxanthum odoratum, Galium anisophyllon, Potentilla aurea ou Veronica officinalis. Les espèces de lisières montrent une évolution contrastée, avec un recul dans les pâturages gras (augmentation de la pression de pâture) et une progression dans les pelouses calcicoles sèches (diminution de la pression de pâture). Jusqu'alors, les changements climatiques et la fertilisation azotée liée à la pollution atmosphérique n'influencent pas de manière visible la composition des pâturages de la Haute-Chaîne. Elle est par contre fortement influencée par les changements de gestion intervenus (passage d'un pâturage ovin à un pâturage bovin) intervenu dans les années 1970

Elevation gradient of successful plant traits for colonizing alpine summits under climate change

Upward migration of plant species due to climate change has become evident in several European mountain ranges. It is still, however, unclear whether certain plant traits increase the probability that a species will colonize mountain summits or vanish, and whether these traits differ with elevation. Here, we used data from a repeat survey of the occurrence of plant species on 120 summits, ranging from 2449 to 3418 m asl, in south-eastern Switzerland to identify plant traits that increase the probability of colonization or extinction in the 20th century. Species numbers increased across all plant traits considered. With some traits, however, numbers increased proportionally more. The most successful colonizers seemed to prefer warmer temperatures and well-developed soils. They produced achene fruits and/or seeds with pappus appendages. Conversely, cushion plants and species with capsule fruits were less efficient as colonizers. Observed changes in traits along the elevation gradient mainly corresponded to the natural distribution of traits. Extinctions did not seem to be clearly related to any trait. Our study showed that plant traits varied along both temporal and elevational gradients. While seeds with pappus seemed to be advantageous for colonization, most of the trait changes also mirrored previous gradients of traits along elevation and hence illustrated the general upward migration of plant species. An understanding of the trait characteristics of colonizing species is crucial for predicting future changes in mountain vegetation under climate change