There is mounting evidence that species diversity increases the temporal stability of forest growth. This stabilising effect of diversity has mainly been attributed to species differences in their response to fluctuating environmental conditions. Interactions among individuals could also contribute to the stabilising effect of diversity by increasing the mean and reducing the variance of tree growth, however, this has never been directly demonstrated. We used tree?ring width chronologies from temperate and boreal mixed stands of Eastern Canada to identify the role of interactions among individuals in the stabilising effect of diversity on forest growth. Using neighbourhood competition index and a mixed model, we compared the effect of interspecific and intraspecific interactions on the mean and the variance of tree growth. We found that interspecific interactions are less detrimental to tree growth than intraspecific interactions. We also found that interspecific interactions buffer tree response to drought and thereby reduce the variance of tree growth. Our results indicate diversity may increase the mean and reduce the variance of tree growth through interactions among individuals. Thus, we demonstrate interactions among individuals play a role in the stabilising effect of diversity on forest growth, and in doing so, we bring to light other mechanisms of the insurance hypothesis. A plain language summary is available for this article.

Summary

1. Differences between species in their response to environmental fluctuations cause asynchronized growth series, suggesting that species diversity may help communities buffer the effects of environmental fluctuations. However, within-species variability of responses may impact the stabilizing effect of growth asynchrony.
2. We used tree ring data to investigate the diversity–stability relationship and its underlying mechanisms within the temperate and boreal mixed woods of Eastern Canada. We worked at the individual tree level to take into account the intraspecific variability of responses to environmental fluctuations.
3. We found that species diversity stabilized growth in forest ecosystems. The asynchrony of species’ response to climatic fluctuations and to insect outbreaks explained this effect. We also found that the intraspecific variability of responses to environmental fluctuations was high, making the stabilizing effect of diversity highly variable.
4. Synthesis. Our results are consistent with previous studies suggesting that the asynchrony of species’ response to environmental fluctuations drives the stabilizing effect of diversity. The intraspecific variability of these responses modulates the stabilizing effect of species diversity. Interactions between individuals, variation in tree size and spatial heterogeneity of environmental conditions could play a critical role in the stabilizing effect of diversity.

Un nombre croissant d’études suggère que la diversité stabilise la productivité des écosystèmes. L’effet stabilisant de la diversité reposerait principalement sur l’asynchronicité de réponse des espèces aux fluctuations environnementales et sur les interactions entre espèces. Ces deux mécanismes découlent de la complémentarité des espèces ; deux espèces étant d’autant plus complémentaires que leurs niches écologiques sont différentes. Les interactions entre espèces pourraient également jouer un rôle central dans la relation diversité-stabilité en contrôlant les dynamiques de populations. Toutefois, les mécanismes qui gouvernent l’effet stabilisant de la diversité sont encore mal compris.

Les forêts offrent un certain nombre d’avantages pour étudier les mécanismes qui soustendent la relation diversité-stabilité. En effet, dans les écosystèmes forestiers, l’effet stabilisant de la complémentarité des espèces peut être étudié sans effets confondants dus aux dynamiques de populations. Cela tient à la durée de vie élevée des arbres qui implique des dynamiques de populations lentes. Sur des périodes courtes, relativement à l’espérance de vie des arbres, la relation diversité-stabilité peut donc être étudiée dans des communautés où les populations restent constantes. Dans ce cas, l'effet stabilisant de la diversité reposerait principalement sur la complémentarité des espèces et non sur des mécanismes liés aux dynamiques de populations. Comprendre la relation diversitéstabilité dans les écosystèmes forestiers est également essentiel étant donné l’importance de ces écosystèmes pour l’humanité et leur vulnérabilité aux changements globaux.

Cette thèse a pour objectifs (i) de tester si la diversité stabilise la productivité des forêts tempérées et boréales de l’Est du Canada, (ii) d’identifier les mécanismes qui gouvernent cette relation diversité-stabilité, et (iii) de déterminer si la richesse spécifique peut stabiliser la croissance des forêts face aux changements climatiques. La relation diversité-stabilité a été étudiée dans des communautés où les populations étaient maintenues constantes, notamment en travaillant sur de courtes périodes, relativement à l’espérance de vie des arbres. Ainsi, nous avons pu étudier le rôle de la complémentarité des espèces dans l’effet stabilisant de la diversité indépendamment des mécanismes liés aux dynamiques de populations.

Les trois chapitres de cette thèse mettent en évidence un effet stabilisant de la diversité sur la croissance des forêts. Cet effet est dû, notamment, à l’asynchronicité de croissance des individus hétérospécifiques. Cette asynchronicité de croissance des individus provient de leur différence de réponses aux fluctuations climatiques et de leur sensibilité différentielle aux insectes phytophages. La diversité stabilise également la croissance des forêts en induisant des interactions favorables entre les individus. Ces interactions favorables peuvent augmenter la croissance individuelle et tamponner la réponse des arbres aux fluctuations climatiques. Cet effet stabilisant de la diversité pourrait se maintenir face aux changements climatiques.

A la lumière de ces résultats, augmenter la diversité des peuplements apparaît comme une stratégie permettant de stabiliser les revenus de l’exploitation forestière, notamment face aux changements climatiques. Afin de maximiser l’effet stabilisant de la diversité les mélanges d’espèces ayant des niches écologiques complémentaires pourraient être favorisés. Nos résultats rejoignent ainsi un nombre grandissant d’études appelant à augmenter la diversité dans les peuplements forestiers.

Cette thèse met en évidence l’effet stabilisant de la diversité dans les écosystèmes forestiers et permet de mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent la relation diversité-stabilité. Toutefois un certain nombre d’incertitudes demeurent. Des études supplémentaires sont nécessaires afin de déterminer si l’effet stabilisant de la diversité sur la productivité forestière est généralisable à tous les types de forêts.