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Réunion Capsis, 22 juin 2010, Montpellier. Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : Utilisation du module oakpine1. Marie Ange Ngo Bieng 1 , Thomas Perot 2. 1 CIRAD, UMR SYSTEM, Montpellier - PowerPoint PPT Presentation
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Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 1
Marie Ange Ngo Bieng1, Thomas Perot2
Quantifier l'impact du type de structure spatiale
sur la productivité du mélange chêne-pin :
Utilisation du module oakpine1
1 CIRAD, UMR SYSTEM, Montpellier
2 Cemagref, Unité Ecosystèmes Forestiers, 45290 Nogent-sur-Vernisson
Réunion Capsis, 22 juin 2010, Montpellier
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 2
Structure spatiale et dynamique du peuplement
Introduction
• Impact sur la régénération (e.g. Courbaud et al., 2001 ; Martens et al., 2000)
en modifiant l'intensité de la lumière au sol.
- Peu de travaux sur les forêts mélangées - Peu de quantification à partir de structures spatiales réalistes => Application à un mélange à 2 espèces (Chêne sessile, Pin sylvestre)
• Impact sur la production (e. g. Pukkala, 1989)
en modifiant l'intensité de la compétition
entre arbres
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 3
Résultats sur les peuplements mélangés chêne-pin
=> Le mélange "pied à pied" doit être plus favorable pour la productivité Différence entre la productivité des différents types ?
• Des types de structure spatiale très variés (Ngo Bieng, 2007)
• Compétiton intraspécifique > compétition interspécifique (Perot, 2009)
P45, inventaire 2003
X (m)
Y (
m)
20
40
60
-40 -20 0 20 40
Essence
ChenePin
Diamètre (cm)
[0,20)[20,45)[45,100]
P216_2, inventaire 2005
X (m)
Y (
m)
0
20
40
60
-40 -20 0 20 40
Essence
ChenePin
Diamètre (cm)
[0,20)[20,45)[45,100]
"Mélange par bouquets" "Mélange pied à pied"
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
05
10
15
Proportion locale de chêne
Acc
rois
sem
en
t en
ra
yon
(m
m)
Chêne
Pin
moyenne
1er et 3ème quartile
Circonférence
Essence
Introduction
Quercus petraea et Pinus sylvestris
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 4
Objectifs
• Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité
des peuplements mélangés chêne-pin
Productivité = accroissement en surface terrière sur 6 et/ou 12 ans
Méthode
• Simuler plusieurs types de structure spatiale réalistes
(à partir d'une même liste d'arbre)
• Simuler la croissance pour chaque type de structure
• Comparer les productivités obtenues pour les différents types
Introduction
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 5
Plan de la présentation
1 Simuler des structures spatiales réalistes
2 Simuler la croissance des arbres
3 Plan pour les simulations et résultats attendus
4 Conclusion, Discussion
Introduction
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 6
1 Simuler des structures spatiales réalistes
• Les processus ponctuels : outil mathématique, fonction aléatoire simulant
des semis de points
ProcessusPonctuel
sous-jacent
STRUCTURE
peuplement réel=
semis de points
réalisations du processus
=peuplements
virtuels
caractérisation simulation
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 7
Paris
www.ifn.fr
• Rappels sur la typologie
(Ngo Bieng, 2007)
Chêne
Pin
34 dispositifs cartographiés
=> 1 typologie pour la canopée : 4 types
=> 1 typologie pour le sous-étage : 3 types
Analyse de la SS par sous-population
Définition de sous-populations
• Principe
1 Simuler des structures spatiales réalistes
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 8
1 Acquisition des données de croissance
Type 3c : - Structure aléatoire ou faiblement agrégée,
indépendance ou légère répulsion "Mélange pied à pied"
LC(r) LP(r) LCP(r)
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
D6
D13
D16
D19
D20
D23
moy
D49
0
25
50
75
100
-50 -25 0 25 50
Chênes C Pins C
Type 1c : - Agrégats spécifiques en répulsion "Mélange par bouquet"
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
D5
D15
D9
D1
D10
moy
D12
0
25
50
75
-100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100
Chênes C Pins C
(m)
LC(r) LP(r) LCP(r)
• Rappels sur la typologie : des types contrastés pour la canopée
1 Simuler des structures spatiales réalistes
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 9
• Les modèles de structure : principe général
=> Un modèle de structure = combinaison de processus ponctuels
=> Reconstruction des principales caractéristiques spatiales identifiées :
- structure spécifique : agrégation\ aléatoire\ régularité
- structure intertype : attraction\ indépendance\ répulsion
=> Un modèle ajusté pour chaque type de la canopée et du sous-étage
Poisson
Semis aléatoire
Hard core
Semis régulier
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100x
y
Neyman-Scott
Semis agrégé
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100x
y
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100x
y
1 Simuler des structures spatiales réalistes
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 10
0
25
50
75
100
0 25 50 75 100Chênes C Pins C
D49 simuléD 49
0
25
50
75
100
-50 -25 0 25 50
• Les modèles de structure : Exemple du modèle C4
5 Paramètres :
N1 Pins1) Nb d’agrégats2) rb : rayon3) dreg : distance de régularité
N2 Chênes4) drep: distance de répulsion5) p : (probabilité quand drep n’est pas respectée)
Le modèle C4, type 3 de la canopée ("mélange pied à pied") :
- Neyman-Scott avec contrainte de régularité (pins simulés en premier)- Intertype Hard core (chênes)- Interactions probabilistes à probabilité fixée
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
2 6
10
14
18
22
26
30 2 6
10
14
18
22
26
30 2 6
10
14
18
22
26
30
L ICréels
L ICsimulés
LC(r) LP(r) LCP(r)
=> l'ajustement prend en compte la variabilité observée dans les types
1 Simuler des structures spatiales réalistes
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 11
Canopée Type 1, modèle C7Ss étage Type 2, modèle SE6
• Exemples de simulations sous Capsis avec le module oakpine1
Surface = 1ha ; Même liste d'arbre (dispositif D49)
1 Simuler des structures spatiales réalistes
Canopée Type 3, modèle C4Ss étage Type 2, modèle SE6
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 12
Massif de Lorris (14 400 ha)
• 9 dispositifs cartographiés
2 Simuler la croissance des arbres
D1080.8 ha
Arbres échantillonnés
Chêne
Pin
• Mesure des largeurs de cerne
=> Les dispositifs sélectionnés couvrent les types de structure
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 13
• Le modèle arbre dépendant des distances
=> Utilisation d'indices de compétition locaux
0
5
10
15
20
0 20 40 60 80 100 120 140
ri 2
000-
2005
(m
m)
Circonférence 1999 (cm)
Dispositif D49Chênes R = 10m
, ,chêne ,chêne ,chêne , ,chêne chêne,chêne ,chêne,chêne chêne,pin ,chêne,pin
, ,pin pin ,pin , ,pin pin,chêne ,pin,chêne pin,pin ,pin,pin
130
130
i k k k i k i i
i k k i k i i
r C N N
r C G G
Voisins chênes Voisins pins
chene,chene chene,pin
pin,pin pin,chene
-0.354; -0.242
-3.61e-4 ; 0
=> Pour les deux espèces la compétition intra est > à la compétition inter
Compet. intra Compet. inter
2 Simuler la croissance des arbres
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 14
• L'effet taille varie suivant les dispositifs : effet dispositif
(Différences d'âge, différence de fertilité …)
=> Possibilité de faire varier les paramètres de croissance :
- Bonne croissance pour le chêne et le pin : D42, D108
- Croissance mauvaise pour le chêne et le pin : D49
- Bonne croissance pour le chêne, mauvaise pour le pin : D78, D563
- Bonne croissance pour le pin, mauvaise pour chêne : D02, D20
Chêne Pin
Plot k,chêne
(mm) k,chêne
(mm.cm-1) pin
(mm) k,pin
(mm.cm-1) D02 5.99 0.1026 4.60 0.0566 D108 12.08 0.0896 4.60 0.0620 D20 12.45 0.0427 4.60 0.0633 D27 12.73 0.0361 4.60 0.0512 D42 9.62 0.1633 4.60 0.0813 D49 13.01 0.0600 4.60 0.0511 D534 7.73 0.1357 4.60 0.0476 D563 6.00 0.1066 4.60 0.0491 D78 4.00 0.1766 4.60 0.0337
2 Simuler la croissance des arbres
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 15
- 2 types de structure X 1000 X 1 "niveau de croissance"
= 2000 simulations
3 Plan pour les simulations et résultats attendus
- 2 types de structure X 1000 X 3 "niveaux de croissance"
= 6000 simulations
Objectif : quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité
Productivité = accroissement en surface terrière sur 6 et/ou 12 ans
• Plusieurs plans possibles
A) On ne fait pas varier les paramètres de croissance (effet taille)
B) On fait varier les paramètres de croissance de manière discrète
C) On intègre une composante aléatoire dans le modèle de croissance
(variabilité résiduelle)
- 2 types de structure X 1000 X 3 "niveaux de croissance" X 1000
= 6 000 000 simulations
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 16
- Mode Script => lancer les modèles de structure et de croissance ;
=> Permettre un grand nombre de simulations ;
- Changement du pas de temps qui est pour l'instant de 1 an ;
- Mettre les paramètres de croissance comme paramètres variables.
• Modifications à faire sur le module oakpine1
3 Plan pour les simulations et résultats attendus
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 17
• Résultats pour 2 types de structure, 50 simulations, 1 niveau de croissance
Type A Type B
3 Plan pour les simulations et résultats attendus
+8.8% +10.8% +5.2%TypeA TypeB
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
Productivité Pin
Acc
rois
sem
en
t en
su
rfa
ce te
rriè
re s
ur
6 a
ns
(m²/
ha
)
TypeA TypeB
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
5.2
Productivité Chêne et pin
Acc
rois
sem
en
t en
su
rfa
ce te
rriè
re s
ur
6 a
ns
(m²/
ha
)
TypeA TypeB
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
Productivité ChêneA
ccro
isse
me
nt e
n s
urf
ace
terr
ière
su
r 6
an
s (m
²/h
a)
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 18
4 Conclusion, Discussion
• Introduire une partie aléatoire dans le modèle de croissance ? (variabilité résiduelle)=> Intérêt par rapport aux résultats ?=> Augmentation très importante du nombre de simulations
• Quel plan de simulation retenir ?=> Nombre de types de structure=> Nombre de "niveaux de croissance"
• Couplage entre modèles de structure réalistes et modèle de croissance=> Impact de la structure spatiale sur la productivité
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 19
- Merci de votre attention -
Quantifier l'impact du type de structure spatiale sur la productivité du mélange chêne-pin : utilisation du module oakpine1 20
Références citées
Courbaud, B., F. Goreaud, P. Dreyfus et F. R. Bonnet (2001). Evaluating thinning strategies using a tree distance dependent growth model: some examples based on the CAPSIS software "uneven- aged spruce forests" module. For. Ecol. Manag. 145(1-2): 15-28.
Martens, S. N., Breshears, D. D. &Meyer, C. W. (2000). Spatial distributions of understory light along the grassland/forest continuum: effects of cover, height, and spatial pattern of tree canopies. Ecological Modelling 126(1): 79-93.
Ngo Bieng, M. A. (2007). Construction de modèles de structure spatiale permettant de simuler des peuplements virtuels réalistes. Application aux peuplements mélangés Chêne sessile - Pin sylvestre de la région Centre. Thèse en sciences forestières. ENGREF-Cemagref, Nogent-sur- Vernisson. 183 p.
Pérot, T. (2009). Quel est le niveau de détail pertinent pour modéliser la croissance d'une forêt mélangée ? Comparaison d'une famille de modèles et application aux peuplements mélangés chêne sessile - pin sylvestre. Sciences forestières. AgroParisTech, Cemagref, Paris. 202 p.
Pukkala, T. (1989). Methods to describe the competition process in a tree stand. Scandinavian Journal of Forest Research 4: 187-202.