Drought and stand susceptibility to attacks by the European spruce bark beetle: A remote sensing approach

Several time-series analyses have demonstrated that after extreme summer droughtbark beetle damage increased. However, studies predicting stand susceptibility overlarge spatial extents are limited by technical constraints in obtaining detailed,spatially-explicit data on infestation spot occurrence.2. Using a unique dataset of georeferenced bark beetle infestation data, we testedwhether the spatial variation of local growing conditions of forest stands, topogra-phy, and landscape variables modified the local occurrence ofIps typographusinfes-tations after a severe hot drought in Central Europe.3. Bark beetle infestation occurrence depended on soil-related aridity intensity, eleva-tion, slope, and soil conditions. We showed that elevation interacted with growingconditions and topography. At low elevations, spruce forests growing on flat areasand wetter soils were more sensitive to the infestations. On the contrary, forestson steep slopes and soils with low water availability were rarely attacked. At thelandscape scale, bark beetle damage increased with host tree cover but decreasedwith compositional diversity.4. Our findings are generally consistent with the growth-differentiation balancehypothesis that predicts that trees growing under chronic dry conditions tend to bemore resistant against biotic disturbances.5. Spruce stands at low elevations located in homogeneous landscapes dominated byspruce were those more exposed to bark beetles in the initial phase of a drought-induced outbrea

Stratégies d’échantillonnage des dommages forestiers à l’échelle du paysage - Application aux forêts cultivées de pin maritime (Pinus pinaster, Aït.)

Diplôme : Dr. d'Universit

Stratégies d'échantillonnage des dommages forestiers à l'échelle du paysage : application aux forêts cultivées de pin maritime (Pinus pinaster, Aït.)

L’évaluation de la santé des écosystèmes forestiers nécessite la mise en place de stratégies de surveillance au sol applicables sur le long terme et selon un continuum d’échelles spatiales. Entre les réseaux de placettes permanentes élaborés de façon empirique à l'échelle européenne et les protocoles d’observation à portée très locale, peu de stratégies d’échantillonnage des dommages forestiers ont été validés à l'échelle du paysage (de quelques centaines à plusieurs milliers d’hectares), qui est pourtant celle de l'aménagement forestier. Pour optimiser les performances de l’échantillonnage des dommages forestiers trois critères ont été envisagés : les caractéristiques du paysage, la variabilité des estimations à différentes échelles spatiales et le coût des observations et des déplacements. Pour cela, deux paysages de forêt cultivée de pin maritime ont été suivi de façon intensive. L’usage de statistiques non-paramétriques (bootstrap, simulations géostatistiques) et des statistiques spatiales a été privilégié pour optimiser la répartition de l’effort d’observation au sein de plans d’échantillonnage emboîtés. Dans un premier temps, l’optimisation des réseaux systématiques d’observations actuels (Réseau Européen – ICP Forest level I, Inventaire Forestier National) à été envisagé dans le cadre d’une stratégie de suivi simultané de l’ensemble des dommages forestiers (biotiques ou abiotiques). Puis, des stratégies d’échantillonnage spécifiques ont été envisagées pour deux insectes ravageurs (la chenille processionnaire du pin Thaumetopoea pityocampa et le scolyte Ips sexdentatus) afin de prendre en compte de façon explicite la distribution spatiale de leurs dommages dans l’échantillonnage. Les résultats montrent qu’il est envisageable d’assoir un protocole d’inventaire des dommages forestiers sur les réseaux d’observations existant à l’échelle nationale à condition de porter la densité d’échantillonnage à environ 1 placette pour 700 ha. La configuration optimale des placettes réside alors dans l’observation de 25 arbres, sélectionnés sans discrimination de statut social et intégrant pour partie les arbres en lisières de peuplement (20%). Seules les populations de T. pityocampa ont montré une structure spatiale sur plusieurs dizaines de kilomètres. Un plan d’échantillonnage systématique, d’une maille carrée comprise entre 2 km et 3km, semble un bon compromis pour l’estimation et la cartographie des densités de population de cette chenille défoliatrice. En revanche, les réseaux systématiques d’observations s'avèrent inadaptés pour l’évaluation de dégâts de très faible intensité et/ou agrégés dans l’espace comme ceux des scolytes. Ainsi l’étude rétrospective de dégâts post-tempête 1999 de I. sexdentatus a montré l'intérêt d’une stratégie d’échantillonnage par cheminement adaptatif le long des pistes forestières. L’utilisation des lisières forestières en tant qu’«arbres sentinelles» apparaît prometteuse et ses applications pratiques sont proposées pour la surveillance sanitaire à l’échelle du paysage.Forest ecosystem health assessment relies on long-term and multiple scales sampling strategies. Neither European networks of permanent plots developed empirically, nor local observation protocols can produce reliable estimates of forest damages over areas ranging from a few hundred to several thousands of hectares. Little attention has been paid to the development of robust sampling designs at the landscape scale, which is however the operational one for forest management. Three criteria were considered to optimize the performance of forest damage sampling: landscape features, variability estimates at different spatial scales and logistics costs of observations. Intensive monitoring was performed on two landscapes of maritime pine plantation forests. Nonparametric statistics (bootstrap, geostatistical simulations) and spatial statistics were used to optimize allocation of sampling effort within nested sampling designs. Firstly, the monitoring of all types of forest damage (biotic or abiotic) was investigated through the optimization of sampling schemes currently applied at the national scale (European Network - ICP forest level I and National Forest Inventory). Then, specific sampling strategies were developed for two insect pests (the defoliator Thaumetopoea pityocampa and the bark beetle Ips sexdentatus), taking into account the spatial distribution of their damage. Increasing the sampling density of national plot networks up to 1/700 ha would be necessary for forest damage survey at the landscape scale. The optimal configuration of inventory plots lies in the observation of about 25 trees, selected without discrimination of social status and partly integrating trees at stand edges (20%). At a large scale, only populations of T. pityocampa showed a spatial structure over several kilometers. A systematic sampling plan, with a square grid between 2 km and 3 km, seems to be a good compromise for estimation and mapping of its nest density. However, systematic plot networks are inadequate for assessing rare and spatially clustered phenomenon such as damage caused by bark beetles damages. A retrospective post-storm 1999 survey of I.sexdentatus damages emphasizes the effectiveness of an adaptive roadside sampling method to monitor this type of damage. The use of forest edges as "sentinel trees" seems promising and its practical applications are proposed for forest health monitoring at the landscape scale

Stratégies d'échantillonnage des dommages forestiers à l'échelle du paysage : application aux forêts cultivées de pin maritime (Pinus pinaster, Aït.)

L’évaluation de la santé des écosystèmes forestiers nécessite la mise en place de stratégies de surveillance au sol applicables sur le long terme et selon un continuum d’échelles spatiales. Entre les réseaux de placettes permanentes élaborés de façon empirique à l'échelle européenne et les protocoles d’observation à portée très locale, peu de stratégies d’échantillonnage des dommages forestiers ont été validés à l'échelle du paysage (de quelques centaines à plusieurs milliers d’hectares), qui est pourtant celle de l'aménagement forestier. Pour optimiser les performances de l’échantillonnage des dommages forestiers trois critères ont été envisagés : les caractéristiques du paysage, la variabilité des estimations à différentes échelles spatiales et le coût des observations et des déplacements. Pour cela, deux paysages de forêt cultivée de pin maritime ont été suivi de façon intensive. L’usage de statistiques non-paramétriques (bootstrap, simulations géostatistiques) et des statistiques spatiales a été privilégié pour optimiser la répartition de l’effort d’observation au sein de plans d’échantillonnage emboîtés. Dans un premier temps, l’optimisation des réseaux systématiques d’observations actuels (Réseau Européen – ICP Forest level I, Inventaire Forestier National) à été envisagé dans le cadre d’une stratégie de suivi simultané de l’ensemble des dommages forestiers (biotiques ou abiotiques). Puis, des stratégies d’échantillonnage spécifiques ont été envisagées pour deux insectes ravageurs (la chenille processionnaire du pin Thaumetopoea pityocampa et le scolyte Ips sexdentatus) afin de prendre en compte de façon explicite la distribution spatiale de leurs dommages dans l’échantillonnage. Les résultats montrent qu’il est envisageable d’assoir un protocole d’inventaire des dommages forestiers sur les réseaux d’observations existant à l’échelle nationale à condition de porter la densité d’échantillonnage à environ 1 placette pour 700 ha. La configuration optimale des placettes réside alors dans l’observation de 25 arbres, sélectionnés sans discrimination de statut social et intégrant pour partie les arbres en lisières de peuplement (20%). Seules les populations de T. pityocampa ont montré une structure spatiale sur plusieurs dizaines de kilomètres. Un plan d’échantillonnage systématique, d’une maille carrée comprise entre 2 km et 3km, semble un bon compromis pour l’estimation et la cartographie des densités de population de cette chenille défoliatrice. En revanche, les réseaux systématiques d’observations s'avèrent inadaptés pour l’évaluation de dégâts de très faible intensité et/ou agrégés dans l’espace comme ceux des scolytes. Ainsi l’étude rétrospective de dégâts post-tempête 1999 de I. sexdentatus a montré l'intérêt d’une stratégie d’échantillonnage par cheminement adaptatif le long des pistes forestières. L’utilisation des lisières forestières en tant qu’«arbres sentinelles» apparaît prometteuse et ses applications pratiques sont proposées pour la surveillance sanitaire à l’échelle du paysage.Forest ecosystem health assessment relies on long-term and multiple scales sampling strategies. Neither European networks of permanent plots developed empirically, nor local observation protocols can produce reliable estimates of forest damages over areas ranging from a few hundred to several thousands of hectares. Little attention has been paid to the development of robust sampling designs at the landscape scale, which is however the operational one for forest management. Three criteria were considered to optimize the performance of forest damage sampling: landscape features, variability estimates at different spatial scales and logistics costs of observations. Intensive monitoring was performed on two landscapes of maritime pine plantation forests. Nonparametric statistics (bootstrap, geostatistical simulations) and spatial statistics were used to optimize allocation of sampling effort within nested sampling designs. Firstly, the monitoring of all types of forest damage (biotic or abiotic) was investigated through the optimization of sampling schemes currently applied at the national scale (European Network - ICP forest level I and National Forest Inventory). Then, specific sampling strategies were developed for two insect pests (the defoliator Thaumetopoea pityocampa and the bark beetle Ips sexdentatus), taking into account the spatial distribution of their damage. Increasing the sampling density of national plot networks up to 1/700 ha would be necessary for forest damage survey at the landscape scale. The optimal configuration of inventory plots lies in the observation of about 25 trees, selected without discrimination of social status and partly integrating trees at stand edges (20%). At a large scale, only populations of T. pityocampa showed a spatial structure over several kilometers. A systematic sampling plan, with a square grid between 2 km and 3 km, seems to be a good compromise for estimation and mapping of its nest density. However, systematic plot networks are inadequate for assessing rare and spatially clustered phenomenon such as damage caused by bark beetles damages. A retrospective post-storm 1999 survey of I.sexdentatus damages emphasizes the effectiveness of an adaptive roadside sampling method to monitor this type of damage. The use of forest edges as "sentinel trees" seems promising and its practical applications are proposed for forest health monitoring at the landscape scale

Does landscape composition alter the spatiotemporal distribution of the pine processionary moth in a pine plantation forest?

International audienc

Forest foliar phenology disturbances monitoring using satellite based data time series at medium spatial resolution and long-term in-situ observations

International audienceOngoing climate change directly affects tree physiology and forest productivity but is also likely to affect the global vulnerability of forest ecosystems through an amplification of diseases and parasitism. Tree phenology reflects their adaptive responses to climate change and can therefore be used to infer forest condition. Although phenological trends studies based on remotely-sensed data have been widely investigated at the global scale, still little is known on pheno-phases anomalies at regional scales. Sufficient long-term satellite data time series at medium spatial resolution (≤ 1km) are now available to fill this gap but the derived indicators still need to be validated and/or related to disturbance processes. Over the whole French forests and for the last decade, we compared several biophysical parameters from the latest reprocessed products (e.g. MODIS combined and SPOT VEGETATION CYCLOPES data). Chrono-sequences of vegetation indices were computed to investigate the best vegetation health indexes or relative indicators of perturbations: (i) non-parametric modelisation of the forest foliar dynamic was performed using the TIMESAT software to explore inter-annual anomalies (ii) long-term trends and seasonal changes were distinguished by means of the BFAST algorithm. Results were validated and interpreted thanks to 10 years of phenological and sanitary observations provided by the French Permanent Plot Networks for Forest Monitoring (Level I and RENECOFOR). Spatial patterns of tree species phenophases and their anomalies can be depicted. Both latitudinal and altitudinal temperature gradients can be retrieved as well as discrepancies between tree species. Moreover, spatially explicit analysis reveal consistency between satellite-based perturbation index and large scale abiotic (i.e. drought) and biotic (i.e. bark beetles, defoliators) damages inventories. Based on those results, we review the abilities of long-term data series for near real time forest health monitoring and the perspectives of applications in the frame of future satellite missions combining high temporal and spatial resolution

Vine Vigour Characterization using a Multi-temporal X-band SAR Very High Resolution dataset

In the vine-growing industry, the regular acquisition of image data throughout the vine-growing season is of great interest for accurate plot monitoring and grape yield prediction. In this context SAR backscattering data, which can be acquired at any time without being affected by clouds or night-time, seems particularly suitable, especially as their spatial resolution has significantly increased over the past few years. In this paper, we investigate the ability of X-band very high resolution (1 meter) SAR backscattering signal to characterize vine-plots. For that purpose, we used a multi-temporal dataset in order to study three vine-related factors : vine variety, ranks orientation and vine vigour. In our case, we want to monitor a known area for which vine variety and ranks orientation are well defined. As a consequence, we decided to focus on the most useful factor for vine-growers, i.e. vine vigour. The methodology used is a whole sensitivity analysis over a vine vigour classification and regularization process by using only the amplitude of the SAR backscattering

Wavelet based texture modeling for VHR image classification: application to the differentiation of maritime pine forest age classes

National audienc

Epidémiologie du paysage : le cas de la chenille processionnaire du pin (Thaumetopoea pityocampa)

Les perturbations d'origines biotiques qui affectent les forêts sont des phénomènes qui à la fois influencent et sont influencées par l'hétérogénéité du paysage. Pourtant, si les relations hôte- ravageur sont couramment appréhendées à l'échelle de l'individu ou de la parcelle, relativement peu d'études envisagent la dynamique de la relation entre ce pathosystème et le paysage lui-même. C'est dans ce contexte que s'inscrit notre synthèse sur la dynamique des populations d'une chenille défoliatrice des pins en se focalisant sur deux questions particulières: (i) quels sont les processus qui gouvernent la répartition de l'insecte dans le paysage ? (ii) peut-on se baser sur la relation paysage/ravageur pour optimiser la surveillance des écosystèmes forestiers ? L'abondance de l'insecte a été inventoriée plusieurs années au sein de deux paysages où l'arbre hôte n'est pas un facteur limitant : l'un en condition de plaine au cœur du massif des Landes de Gascogne et l'autre le long d'un gradient altitudinal au Mont Ventoux. Ces paysages sont décrits par classification et segmentation morphologique d'images satellites et à l'aide de plusieurs métriques calculées au sein de zones tampons concentriques de 100 à 1000 m autour des points d'inventaires. Les processus à l'origine de la répartition spatiale observée ont été analysés par la méthode des vecteurs propres spatiaux. Cette méthode permet en outre de pouvoir discriminer l'effet de variables paysagères de la composante purement spatiale des relevés. Les résultats tendent à confirmer une relation négative entre diversité des espèces forestières et l'herbivorie puisque la proximité d'arbres non-hôte réduit significativement l'abondance de l'insecte ravageur. En revanche sa concentration est environ 2,5 fois plus abondante le long des lisières forestières. L'analyse à différente échelles spatiales de cette réponse à la fragmentation permet de bâtir une stratégie optimale d'observation des dommages basée sur l'observation des lisières forestières. L'intensité de l'effet du paysage sur la répartition spatiale du ravageur sera finalement discutée en fonction des fluctuations cycliques des niveaux de populations

Satellite-based forest health monitoring using coarse resolution data: Focus on the 2003 and 2011 droughts in France

International audienceNumerous studies showed the impact of droughts events on the seasonal dynamic of satellite-based vegetation index but validation and relation to ground observations is still lacking. Focusing on the impacts of 2003 and 2011 droughts events, we defined and validated forest health indicators using extensive in-situ damage inventories carried out on all French forests. Analysis of vegetation indices dynamics (EVI, LAI) at the national scale was performed using MODIS and SPOT VEGETATION products (MOD13A2 V5 and CYCLOPES V3.1). Satellite-based indicators of (i) crown condition - which is itself a commonly used forest health indicator - and (ii) leaf phenology anomalies were calibrated and validated. In our study, average of CYCLOPES LAI during the growing season is a good proxi of crown condition (r2=0.79, p<0.001). Inter-annual MODIS EVI anomalies can effectively capture drought effects on the vegetation dynamics and its recovery both in time and space