Above- and belowground responses of Populus nigra L. to mechanical stress observed on the Allier River, France.

Borbála Hortobágyi (1, 2) , Dov Jean-François Corenblit (1, 2) , Zhu Qing Ding (1) , Luc Lambs (3) , Johannes Steiger (1)

1 GEOLAB - Laboratoire de Géographie Physique et Environnementale
2 LTER France, LTSER Zone Atelier Loire
3 LEFE - Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement

Pioneer riparian trees such as Populus nigra L. which establish on alluvial bars within dynamic riparian corridors strongly influence fluvial geomorphology by trapping sediments and constructing landforms during floods. The engineering effects (changes in the physical state of the habitat by organisms) of P. nigra on alluvial bars depend on its biomass and its exposure to mechanical stress. P. nigra has a strong phenotypic plasticity that enables individuals to adapt their morphological and biomechanical traits, according to the local hydrogeomorphic conditions. The comprehension and quantification of the variation of morphological and biomechanical response trait attributes of P. nigra populations according to their exposure to mechanical stress is fundamental to better understand why riparian plants are capable to impact fluvial geomorphology. In an empirical in situ study, we quantified the relation between response trait attributes of P. nigra and its exposure to three different levels of mechanical stress. At a highly exposed bar-head, plants clearly developed response traits such as small flexible stems and a strong root system which favour higher mechanical resistance, while at the less exposed bar-tail plants developed taller, less flexible stems and finer root systems. Plants that established in the lower reach of the chute channel developed some common trait attributes in comparison to the bar-tail population and some other trait attributes which were common to the bar-head population. Poplar plants which established on bar-tails favoured bioconstruction, and thus are potentially faster disconnected from hydrogeomorphic disturbances. These results further suggest that fine scale biogeomorphic feedbacks have an influence on larger scale processes within the fluvial corridor requiring hierarchical biogeomorphic bottom-up and top-down cross scale studies for a better understanding of complex biogeomorphic fluvial ecosystems.

Des arbres riverains pionniers, tels que Populus nigra L., établis sur des bancs alluviaux au sein de corridors fluviaux dynamiques, influencent fortement la géomorphologie fluviale en piégeant des sédiments et en construisant des formes fluviales pendant les crues. L'effet ingénieur (changements dans l’état physique de l’habitat par les organismes) de P. nigra sur les bancs alluviaux dépend de sa biomasse et de son degré d’exposition à la contrainte mécanique. P. nigra a une plasticité phénotypique élevée, qui lui permet d'adapter ses traits morphologiques et biomécaniques en fonction des conditions hydrogéomorphologiques locales. La compréhension et la quantification de la variation des traits de réponses morphologiques et biomécaniques au sein des populations de P. nigra en fonction de leur degré d’exposition à la contrainte mécanique est fondamentale pour mieux comprendre pourquoi et comment les plantes influent sur la géomorphologie. Dans une étude empirique in situ, nous avons quantifié la relation entre les traits morphologiques et biomécaniques de réponses de P. nigra et son exposition à différents niveaux de contrainte mécanique. En contexte très exposé, en tête de banc, les plantes ont développé des traits de réponse favorisant une plus grande résistance, notamment une tige flexible et basse et un système racinaire plus robuste. En contexte moins exposé, tel le cas de la queue de banc, les plantes ont développé des tiges plus longues et moins flexibles et un système racinaire plus fin. Les plantes établies dans le tronçon aval du chenal de chute alluviale ont développé certains traits communs avec la population de queue de banc et d’autres traits communs avec la population de tête de banc. Les peupliers établis en queue de banc ont favorisé la bioconstruction et donc potentiellement une déconnexion plus rapide des perturbations hydrogéomorphologiques. Nos résultats suggèrent que les processus biogéomorphologiques se produisant à l'échelle fine influent sur les processus à plus large échelle. Ce résultat pointe la nécessité de développer des études biogéomorphologiques hiérarchiques selon des approches ascendante (bottom-up) et descendante (top-down) pour une meilleure compréhension des écosystèmes fluviaux biogéomorphologiques complexes.

Mots clés: Populus nigra L.; biogéomorphologie; trait; rivière Allier; biogeomorphology; mechanical stress; Allier River

Domaines: Sciences de l'environnement

Borbála Hortobágyi, Dov Jean-François Corenblit, Zhu Qing Ding, Luc Lambs, Johannes Steiger. Above- and belowground responses of Populus nigra L. to mechanical stress observed on the Allier River, France.. Géomorphologie : relief, processus, environnement, 2017, 23 (3), pp.219-231. ⟨10.4000/geomorphologie.11748⟩. ⟨hal-01680831⟩