Quantifying the long-term recovery of the protective effect of forests against rockfall after stand-replacing disturbances

Introduction: Increasing disturbances may significantly impact the long-term protective effect of forests against natural hazards. Quantifying the temporal development of the protective effect of forests is thus crucial for finding optimal management strategies. Methods: In this study, we analyzed the long-term recovery of the protective effect of the secondary stands of spruce (Picea abies), fir (Abies alba), and beech (Fagus sylvatica) forests against rockfall after stand-replacing disturbances based on data of the Swiss National Forest Inventory (NFI). We therefore derived the age of the inventoried forest stands of those tree species based on a growth parametrization and quantified their energy dissipation capacity in rockfall processes as a function of stand age. We then analyzed the development of their protective factor for varying rockfall dispositions. Results: Generally, it takes between 50 and 200 years to regain the maximum possible protective effect, depending from the site conditions and the rockfall disposition. This implies that the recovery of the protective effect after a severe disturbance may require more time than the decay of the protective effect from disturbance legacies, resulting in a long lasting gap of the provided protection. Discussion: The here presented approach can serve as a basis to estimate the general range of recovery of the protective effect of beech, fir and spruce forests against rockfall provided by forest stands. Future research should analyse the effects of environmental and forest conditions as well as varying disturbance intensities and legacies to enable the assessment of specific trajectories of the short- and long-term recovery of the protective effect

Réponses des perches de hêtre (Fagus sylvatica L.) à l’ouverture de la canopée : approche multidisciplinaire et multi-échelle.

Opening of the canopy exhibits advantages (resources availability) but also new constraints (wind, higher evaporative demand). Rather well documented in saplings, response dynamics to canopy opening is less known in large trees. The thesis aims to identify the dynamics of responses to canopy opening in beech trees suppressed during long periods. Adopted approach is multi-disciplinary and multi-scale, based on a retrospective analysis of axial and radial growth, anatomy and biomechanical traits. For suppressed trees, the competition for light results in preferential allocation of biomass to axial growth in comparison with radial growth resulting in trees with high slenderness. Moreover, one third of suppressed trees are sagging. After the release, high slenderness presents a biomechanical risk: 15 from 36 trees are broken by the wind two years after the release. To increase their safety against the wind-break, trees reduce their axial growth during four years after the release and boost their radial growth reaching a stabilisation plateau after two years likely due to the size and resources limitations. Trees with lean angle higher than 6° up-right after the release. The tree ring hydraulic conductivity increases and stabilises after two years also. The dynamics of responses to canopy opening are therefore clearly trait dependent. Moreover, integrative approach highlighted the importance of size in the responses to canopy opening: while saplings adjust both wood tissue properties and tree geometry, large trees rely only on geometry adjustments.L’ouverture de la canopée présente des avantages (disponibilité des ressources) mais aussi de nouvelles contraintes (vent, demande évaporative, etc.). Souvent étudié chez les semis, la dynamique de réponses est peu renseignée chez les grands arbres. Cette thèse vise à identifier les dynamiques de réponses à l’ouverture de la canopée chez des perches de hêtre dominées durant de longues périodes. L’approche adoptée est multidisciplinaire et multi-échelle, basée sur une analyse rétrospective de la croissance radiale et axiale, d’anatomie et de traits biomécaniques. Sous couvert, la compétition pour la lumière fait que les perches favorisent la croissance axiale devant la croissance radiale résultant en un élancement important. Par ailleurs, un tiers des perches s’affaisse. Après ouverture, l’élancement des perches présente un risque biomécanique : 15 sur 36 perches libérées ont été cassées par le vent deux ans après l’éclaircie. Pour se stabiliser face au vent, la croissance axiale des perches est diminuée pendant quatre ans après l’éclaircie tandis que la croissance radiale augmente et atteint un plateau après deux ans probablement à cause des limitations liées à la taille et à l’accès aux ressources. Les perches ayant une inclinaison initiale supérieure à 6° se redressent après l’éclaircie. La conductivité hydraulique potentielle du cerne augmente et se stabilise elle aussi après deux ans. Les dynamiques de réponses sont donc clairement spécifiques du trait étudié. Par ailleurs, l’approche intégrative a permis de mettre en évidence l’importance de la taille des individus dans les mécanismes de réponses : tandis que les semis modifient et la croissance et les propriétés des tissus, les perches se reposent sur l’ajustement de leur géométrie

Beech (Fagus sylvatica L.) poles responses to canopy opening : multi-disciplinary and multi-scale approaches.

L’ouverture de la canopée présente des avantages (disponibilité des ressources) mais aussi de nouvelles contraintes (vent, demande évaporative, etc.). Souvent étudié chez les semis, la dynamique de réponses est peu renseignée chez les grands arbres. Cette thèse vise à identifier les dynamiques de réponses à l’ouverture de la canopée chez des perches de hêtre dominées durant de longues périodes. L’approche adoptée est multidisciplinaire et multi-échelle, basée sur une analyse rétrospective de la croissance radiale et axiale, d’anatomie et de traits biomécaniques. Sous couvert, la compétition pour la lumière fait que les perches favorisent la croissance axiale devant la croissance radiale résultant en un élancement important. Par ailleurs, un tiers des perches s’affaisse. Après ouverture, l’élancement des perches présente un risque biomécanique : 15 sur 36 perches libérées ont été cassées par le vent deux ans après l’éclaircie. Pour se stabiliser face au vent, la croissance axiale des perches est diminuée pendant quatre ans après l’éclaircie tandis que la croissance radiale augmente et atteint un plateau après deux ans probablement à cause des limitations liées à la taille et à l’accès aux ressources. Les perches ayant une inclinaison initiale supérieure à 6° se redressent après l’éclaircie. La conductivité hydraulique potentielle du cerne augmente et se stabilise elle aussi après deux ans. Les dynamiques de réponses sont donc clairement spécifiques du trait étudié. Par ailleurs, l’approche intégrative a permis de mettre en évidence l’importance de la taille des individus dans les mécanismes de réponses : tandis que les semis modifient et la croissance et les propriétés des tissus, les perches se reposent sur l’ajustement de leur géométrie.Opening of the canopy exhibits advantages (resources availability) but also new constraints (wind, higher evaporative demand). Rather well documented in saplings, response dynamics to canopy opening is less known in large trees. The thesis aims to identify the dynamics of responses to canopy opening in beech trees suppressed during long periods. Adopted approach is multi-disciplinary and multi-scale, based on a retrospective analysis of axial and radial growth, anatomy and biomechanical traits. For suppressed trees, the competition for light results in preferential allocation of biomass to axial growth in comparison with radial growth resulting in trees with high slenderness. Moreover, one third of suppressed trees are sagging. After the release, high slenderness presents a biomechanical risk: 15 from 36 trees are broken by the wind two years after the release. To increase their safety against the wind-break, trees reduce their axial growth during four years after the release and boost their radial growth reaching a stabilisation plateau after two years likely due to the size and resources limitations. Trees with lean angle higher than 6° up-right after the release. The tree ring hydraulic conductivity increases and stabilises after two years also. The dynamics of responses to canopy opening are therefore clearly trait dependent. Moreover, integrative approach highlighted the importance of size in the responses to canopy opening: while saplings adjust both wood tissue properties and tree geometry, large trees rely only on geometry adjustments

Réponses morphologiques et physiologiques de Quercus robur et de Quercus petraea à la sécheresse précédée ou non d';une période d'ennoyage

il s'agit d'un type de produit dont les métadonnées ne correspondent pas aux métadonnées attendues dans les autres types de produit : DISSERTATIONLes forêts tempérées sont de plus en plus sujets aux évènements climatiques extrêmes.Les prévisions annoncent une augmentation de situations d’engorgement des sols par les précipitations printanières et une augmentation des épisodes de sécheresse pendant la saison estivale. Quercus robur est réputé pour sa tolérance à l’ennoyage du sol et Quercus petraea pour sa tolérance à la sécheresse. Nous avons reproduit des conditions de sécheresse précédée ou non par un épisode d’ennoyage sur de jeunes plants de Q. robur de et de Q. petraea cultivés en pots de 30 l. Nos résultats ont montré la sensibilité de Q. petraea à l’ennoyage post-débourrement par un arrêt de la croissance en diamètre du tronc, une plus faible biomasse racinaire et aérienne et une plus grande quantité de racines mortes. La sécheresse a fortement marqué les transpirations relatives, les croissances radiales des troncs et potentiels hydriques foliaires en particulier de Q. robur. En outre, la succession des deux stress ne semble pas affecter significativement leur croissance cambiale, biomasses, potentiels hydriques ou LMA en comparaison avec les arbres n’ayant subi que la sécheresse, contrairement à nos hypothèses de départ

Engorgement en eau puis sécheresse affectent différemment la croissance de jeunes chênes pédonculés et sessiles

National audienceDans la littérature, le chêne pédonculé (Quercus robur) est réputé plus tolérant à l’engorgement en eau du sol que le chêne sessile (Quercus petraea) qui, à l’opposé, serait plus tolérant à la sécheresse. En forêt, ces deux espèces sont souvent confrontées à la succession dans le temps de ces deux contraintes, engorgement puis sécheresse, dans la même année. Il nous a semblé important de mieux comprendre et caractériser l’effet de cette succession sur la dynamique de croissance des deux chênes. Pour cela, nous avons essayé de reproduire, en conditions semi-contrôlées, une contrainte édaphique de sécheresse estivale précédée ou non par un épisode d’engorgement printanier sur de jeunes plants en pot

Homéopathie et chirurgie buccale

AIX-MARSEILLE2-BU Méd/Odontol. (130552103) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF

Time shifts in height and diameter growth allocation in understory European beech (Fagus sylvatica L.) following canopy release

Understory trees experience a succession of canopy opening and closure events during their lifetime. Preferential allocation of their biomass to height or diameter growth is part of the acclimation process to their immediate environment.In this study, we investigated annual height and diameter increments in Fagus sylvatica understory trees submitted to canopy release. Annual height and diameter increments were obtained from retrospective stem analysis from the top of the tree to the stump on 39 understory trees.The relationship between height and diameter increments was investigated and temporal correlations among successive annual height and diameter increments were analyzed. An asymptotic relationship between annual height and diameter increment indicates that stem height growth was limited in understory trees.The intercept significantly differed from zero suggesting that height growth never stopped even when diameter growth was null. Following canopy release events, immediate diameter growth increase was observed while the height growth response was delayed, resulting in a time shift in the growth allocation strategy.Strong and asymmetric temporal correlations between annual height and diameter increments were observed: past annual diameter growth was positively correlated to present height growth. In understory trees, tree height is the main factor determining their potential growth since it determines their access to above-canopy light.However, the precedence of diameter growth over height growth suggests that tree growth is driven by diameter instead of height.This apparent discrepancy may be explained by the fact that, under closed canopy conditions, stem allometry reaches a functional threshold that forces tree to grow in diameter before growing in height

Xylem traits in European beech (Fagus sylvatica L.) display a large plasticity in response to canopy release

Key message The position of trees in the canopy impacts xylem structure and its inter-annual variation. After canopy release, the increase in the hydraulic conductivity of growth rings was driven by an increase in radial growth in large trees, and by both an increase in radial growth and changes in xylem structure in saplings. Context Forest canopies are frequently subjected to disturbances that allow understory trees to access the upper canopy. The effect of canopy release on xylem anatomy has been assessed in juvenile trees and saplings, while the potential acclimation of larger trees remains poorly documented. Aims We estimated the potential hydraulic conductivity of growth rings in large understory trees compared to overstory trees, and evaluated the responses to canopy release in large trees and in saplings. Methods We recorded radial growth, wood density, and vessel structure in beech trees according to their position within the canopy and their size. Xylem traits were followed during 6 years after canopy release for large trees, and during 2 years for saplings. Vessel diameter and frequency as well as ring area were used to compute the potential annual ring hydraulic conductivity. Results Large understory trees displayed lower radial growth increments and lower potential annual ring hydraulic conductivity than overstory trees. After canopy release, potential annual ring hydraulic conductivity increased in large trees, due exclusively to increased radial growth without any change in specific hydraulic conductivity. It increased in saplings due to both increased radial growth and increased specific conductivity. Conclusion Tree size impacted xylem structure and resulted in plasticity of the potential hydraulic conductivity of the annual tree ring following canopy release

Towards wood quality assessment of standing trees fromT-LiDAR: What's Going on in France?

International audienc

Wirkung des Waldes im Transit- und Ablagerungsgebiet von Hangmuren

In Switzerland, spontaneous shallow landslides and hillslope debris flows cause high infrastructure damage, closures of important infrastructure, evacuations and sometimes fatalities every year. At the latest since the introduction of the cycle of integral management of natural hazard risks, the protection forest is the most important biological measure against shallow landslides and hillslope debris flows. The focus is usually on the effect of the protection forest in the landslide fracture area. However, there is often evidence in the field that the forest also has a protective effect in the transit and deposition areas of hillslope debris flows, not only in the fracture area. Nevertheless, the protective effect of forests in the transit and deposition areas of hillslope debris flows has not yet been systematically investigated. Therefore, the aim of this study was to measure the relevant forest structure parameters that determine the protective effect. In addition, we quantified this effect by means of a risk assessment in two case studies. With the help of analyses of historical hillslope debris flow events in combination with terrain surveys in the forest, it could be shown that the braking effect of the forest is mainly influenced by the number of trunks. As the density of the forest increases, the length of the runout distance decreases. In addition, it could be shown that significantly more material can be deposited behind thicker trees. This suggests that a well-structured stand with a high number of trunks, but also occasional large diameters, offers ideal protection against hillslope debris flows in the transit and deposition area. The results of the laboratory tests indicate that the braking effect of different forest structures (dense, open, with gaps) is always given compared to a situation without forest, and this at lower (16%) and higher (20%) water contents. Runout sections of historical hillslope debris flow events with and without forest in the transit section could be reproduced with DEM-based simulations with rigid cylinders with BHD > 20 cm and allowed a calculation and monetisation of the protective effect of forest in the transit section of hillslope debris flows. This showed that the risk-reducing effect of forest in the transit area of a hillslope debris flow can amount to CHF 6,500/year for a motorway similar to the Gotthard section.In der Schweiz verursachen spontane flachgründige Rutschungen und Hangmuren regelmässig hohe Infrastrukturschäden und -sperrungen, Evakuationen und auch Todesfälle. Spätestens seit der Einführung des Kreislaufs des integralen Managements von Naturgefahrenrisiken ist der Schutzwald die wichtigste biologische Massnahme gegen flachgründige Rutschungen und Hangmuren. Er entfaltet seine Wirkung nicht nur im Anrissgebiet der Rutschung, sondern auch im Transit- und Ablagerungsgebiet. Der Einfluss des Waldes auf den Auslauf von Hangmuren wurde bis jetzt allerdings nicht systematisch untersucht. Das Ziel dieser Studie war es, die für die Schutzwirkung relevanten Waldstrukturparameter zu messen. Auch haben wir diese Wirkung mittels einer Risikoanalyse in zwei Fallbeispielen quantifiziert. Die Analysen historischer Hangmurenereignisse in Kombination mit Geländeaufnahmen ergaben, dass hauptsächlich die Stammzahl die Bremswirkung des Waldes beeinflusst. Mit zunehmender Dichte des Waldes verkürzt sich die Auslaufstrecke. Zudem zeigte sich, dass sich hinter dickeren Bäumen deutlich mehr Material ablagert. Ein gut strukturierter Bestand mit einer hohen Stammzahl und vereinzelt grossen Durchmessern bietet demnach idealen Schutz gegen Hangmuren im Transit- und Ablagerungsgebiet. Die Ergebnisse der Laborversuche deuten darauf hin, dass verschiedene Waldstrukturen (dicht, offen, mit Lücken) Rutschungen stets stärker bremsen als ein Gelände ohne Wald. Simulationen von Auslaufstrecken historischer Ereignisse mit und ohne Wald in der Transitstrecke erlaubten eine Monetarisierung der Schutzwirkung des Waldes in der Transitstrecke. Demnach könnte sich die risikoreduzierende Wirkung des Waldes im Transitgebiet einer Hangmure für eine Autobahn wie jene auf der Gotthardstrecke auf 6500 CHF pro Jahr belaufen