Forest stand structure, tree species architecture and carbon storage in the Maymbe forest

Abstract

Tropical forests play a key role in terms of carbon storage and biodiversity hosting. Here we compare Luki’s forest located in the margins of the tropical African forest in terms of forest structural, compositional and architectural attributes to core Congo basin forests from inventory data collected on eight one-ha plots. We then, report the carbon storage status of such margin forests and we correlate local-scale variations in AGB stocks and AGB stock changes to different forest attributes to determine whether forest attributes impact local scale variations in AGB stocks and stock changes or not. Then, we explore the complex canopy’s constituting species in terms of architecture by comparing 30 representative species of the Mayumbe forest. We first, test the hypothesis of convergence in allometry among coexisting tree species. And then, we try to distinguish different ecological strategies from allometry derived architectural traits linked to other functional traits. Finally, we test the hypothesis of architectural and functional traits involvement in hyperdominance computed on stem number or AGB. We detected similarities between margin and core African forests and, in agreement with Lewis (2009), we found that the Mayumbe forest constitutes a sink in carbon storage. We detected strong correlation between forest attributes variations and AGB stock variations at local scale (Especially for Lorey’s height, basal area and density of large trees). Regarding allometry, we detected strong interspecific variations among the studied species which were related to the adult stature of the species. We found that small statured species tend to maximize light capture from their earlier stages in ontogeny by developing a large and wide crown. While large statured species maximize their vertical growth by producing a small and shallow crown until they reach the canopy and outcompete the competitors. At that point they start producing a very large and wide crown. At a reference diameter, large statured trees are taller than small statured trees. Only few correlations were found between tree architectural traits and the light requirements at sapling stage. Architectural traits were found to impact hyperdominance in terms of AGB but not in term of stem density. In summary, our study suggests that margin forests are able to support similar ecosystem productivity as core forest in central Africa, that a few forest attributes can explain local-scale variation in AGB stocks and that the ontogenetic variation in tree height and crown dimensions among coexisting tropical tree species is related to key functional traits and depict the overall ecological strategy. The productivity rate of a forest is thus a function of its constituting species, their state of development and their architectural characteristics.

Les forêts tropicales jouent un rôle clé en termes de stockage de carbone et d’accueil de la biodiversité. Ici, nous comparons la forêt de Luki située en marge de la forêt tropicale Africaine aux forêts du cœur du bassin du Congo en fonction des différents attributs forestiers de structure, composition et d’architecture à partir de données d’inventaire récoltées sur huit hectares. Nous rapportons ensuite le statut de la forêt de Luki en terme de stockage de carbone et nous corrélons les variations à échelle locale de stock de biomasse et d’évolution de ceux-ci aux variations des différents attributs de la forêts, afin de déterminer si les attributs forestiers impactent ou non les variations de stocks de biomasse. Ensuite, nous explorons les espèces constitutives de la canopée complexe des forêts tropicales en fonction de leur architecture en comparant 30 espèces représentatives de la forêt du Mayombe. Premièrement, nous allons tester l’hypothèse de convergence des allométries parmi les espèces qui cohabitent dans la canopée de Luki. Ensuite, nous tenterons de distinguer différentes stratégies écologiques à partir de traits architecturaux dérivés d’équations allométriques spécifiques. Finalement nous testerons les hypothèses selon lesquelles des traits architecturaux et fonctionnels pourraient influencer l’hyperdominance de certaines espèces par rapport au nombre de pieds ou par rapport à leur biomasse. Nous avons détecté des dissimilarités entre les forêts en marges et au cœur des forêts africaines, et, en accord avec Lewis (2009) nous avons découvert que les forêts du Mayombe représentent un puis de carbone. Nous avons identifié de fortes corrélations en les attributs forestiers et les variations locales en stock de biomasse (spécialement pour la hauteur de Lorey, la surface terrière et la densité de gros arbres). En ce qui concerne l’allométrie, de fortes variations entre les espèces étudiées ont été découvertes et elles étaient surtout liées à la taille adulte des espèces. Nous avons découvert que les espèces de petites statures maximisent la capture de lumière en développant un houppier large et profond durant leurs premiers stades ontogéniques. Alors que les espèces de grandes statures maximisent, dans un premier temps leur croissance verticale en produisant un houppier petit et peu profond jusqu’à ce qu’ils atteignent la canopée où elles vont alors développer un très large et très profond houppier pour maximiser les chances de se reproduire. A un même diamètre, les espèces de grandes statures sont significativement plus grandes que celles de petite stature. Peu de corrélations ont été trouvées entre les traits architecturaux et les besoins en lumière des juvéniles. Et nous avons montré que les traits architecturaux avaient bien un lien avec l’hyperdominance de biomasse, mais pas par rapport au nombre de pied. En résumé, notre étude suggère que les forêts marginales sont capables de supporter une productivité similaire aux forêts du cœur d’Afrique centrale, que la variation à échelle locale des attributs forestiers explique bien la variation des stocks de biomasse, et que les variations ontogéniques de la hauteur de l’arbre et de la taille du houppier parmi les espèces coexistente permettait bien de distinguer différentes stratégies écologiques. Le taux de productivité d’une forêt est donc fonction de ses espèces constitutives, de leur état de développement et de leurs caractéristiques architecturales.