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Table des matières
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Chapitre I - Les environnements arides
1. Signification de l'aridité
2. Causes de l'aridité
3. Climat des zones arides
4. Précipitations
5. Températures
6. Humidité atmosphérique
7. Vent
8. Sols des zones arides et importance de leurs propriétés
9. Végétation des zones arides
10. Classification de la végétation
11. Points marquants de ce chapitre
Les environnements arides sont extrêmement divers par leurs formes de terrain, leurs sols, leur faune, leur flore, leurs équilibres hydriques et les activités humaines qui s'y déroulent, Du fait de cette diversité, on ne peut pas donner de définition pratique des environnements arides. Cependant, l'élément commun à toutes les régions arides est l'aridité.
Celle-ci s'exprime généralement en fonction des précipitations et de la température. Une "représentation" utile de l'aridité est l'indice d'aridité climatique suivant:
où |
P = précipitation |
ETP = évapotranspiration potentielle, calculée par la méthode de Penman, en tenant compte de l'humidité atmosphérique, du rayonnement solaire et du vent. |
Cet indice permet de définir trois types de zones arides: hyper-aride, aride et semi-aride. Sur la superficie totale des terres mondiales, la zone hyper-aride couvre 4,2 pour cent, la zone aride 14,6 pour cent et la zone semi-aride 12,2 pour cent. Ainsi, près d'un tiers de la superficie totale du monde est constituée de terres arides.
La zone hyper-aride (indice d'aridité 0,03) comporte des zones dépourvues de végétation, à l'exception de quelques buissons épars. Un pastoralisme nomade véritable y est fréquemment pratiqué. Les précipitations annuelles sont faibles, et dépassent rarement 100 millimètres. Les pluies sont peu fréquentes et irrégulières, parfois inexistantes pendant de longues périodes qui peuvent durer plusieurs années.
La zone aride (indice d'aridité 0,03-0,20) se caractérise par le pastoralisme et l'absence d'agriculture, sauf là où il y a irrigation. La végétation indigène est généralement rare, composée de graminées annuelles et pérennes et d'autres plantes herbacées ainsi que de buissons et de petits arbres. Les précipitations sont extrêmement variables, avec des quantités annuelles allant de 100 à 300 millimètres.
La zone semi-aride (indice d'aridité 0,20-0,50) peut supporter une agriculture pluviale avec des niveaux de production plus ou moins réguliers. On y pratique parfois aussi l'élevage sédentaire. La végétation indigène est représentée par diverses espèces, telles que les graminées et plantes graminiformes, herbes non graminéennes et petits buissons, arbrisseaux et arbres. La précipitation annuelle varie de 300-600 à 700-800 millimètres, avec des pluies d'été, et de 200-250 à 450-500 millimètres avec des pluies d'hiver.
Les conditions arides se rencontrent également dans la zone sub-humide (indice d'aridité 0,50-0,75). Le terme "zone aride" est utilisé ici pour désigner collectivement les zones hyper-arides, arides, semi-arides et sub-humides.
L'aridité est due à la présence d'un air sec descendant. Aussi la trouve-t-on surtout dans des lieux où les conditions anticycloniques sont persistantes, comme c'est le cas dans les régions situées sous les anticyclones des zones sub-tropicales.
L'influence des anticyclones sub-tropicaux sur les précipitations s'accroît avec la présence de surfaces fraîches. Les conditions arides se rencontrent également du côté sous le vent des grandes chaînes de montagne qui déstructurent les cyclones lorsqu'ils passent par-dessus elles, créant des effets "d'ombre" où la pluie ne tombe pas. D'autre part, la présence de surfaces de terres fortement chauffées empêche également les précipitations; aussi existe-t-il loin de la mer de vastes étendues de climat sec.
La zone aride se caractérise par une chaleur excessive et une précipitation insuffisante et variable; on y trouve cependant des contrastes climatiques. Ceux-ci résultent en général des différences de température, de saison des pluies et de degré d'aridité. Lorsqu'on décrit la zone aride, on distingue trois grands types de climats: le climat méditerranéen, le climat tropical et le climat continental.
Dans le climat méditerranéen , la saison des pluies se situe en automne et en hiver. Les étés sont chauds et secs; les températures hivernales sont douces. La Figure 1.1 illustre le climat méditerranéen, avec une saison humide commençant en octobre et se terminant en avril ou mai, suivie de cinq mois de saison sèche.
Dans le climat tropical, les précipitations se produisent en été. Plus on est loin de l'équateur, plus la saison des pluies est courte. Les hivers sont longs et secs. Au Sennar, au Soudan, région typique du climat tropical, la saison humide s'étend du milieu de juin à la fin de septembre, suivie d'une saison sèche de près de neuf mois (Figure 1.2).
Dans le climat continental , les précipitations sont régulièrement réparties sur toute l'année, bien qu'il y ait une tendance à plus de pluie en été. A Alice Springs, en Australie, chaque précipitation mensuelle est moins de deux fois la température mensuelle moyenne correspondante; aussi la saison sèche s'étend-elle sur toute l'année ( Figure 1.3 ).
Figure 1.1 Précipitation annuelle et température à Rabat, Maroc.
Figure 1.2 Précipitation annuelle et température au Sennar, Soudan.
Figure 1.3 Précipitation annuelle et température à Alice Springs, Australie.
La pluie qui tombe de l'atmosphère en un lieu donné peut être interceptée par des arbres, buissons et autres végétations ou bien frapper la surface du sol et donner des ruissellements de surface, des infiltrations et des flux de profondeur. Dans tous les cas, une grande partie des précipitations retourne finalement à l'atmosphère, soit par évapotranspiration de la végétation, soit par évaporation des cours d'eau et autres étendues d'eau dans lesquelles se déversent les ruissellements de surface, les eaux d'infiltration et les flux de profondeur, comme l'illustre le cycle hydrologique dessiné à la Figure 1.4 . La dynamique relative du cycle hydrologique dans une zone donnée est déterminée en grande partie par les schémas spatiaux et temporels de précipitation, les régimes de température et d'humidité atmosphérique, les caractéristiques pédologiques et topographiques et les caractéristiques végétatives de la zone.
A la différence des régions tempérées, la répartition des précipitations dans les zones arides varie entre l'été et l'hiver. Ainsi, Rabat au Maroc reçoit de la pluie au cours de la période froide d'hiver, tandis que les mois chauds d'été sont presque exempts de pluie. En revanche, Sennar au Soudan a une longue saison sèche pendant l'hiver, tandis que les pluies tombent en été. Bien que Rabat et Sennar reçoivent environ la même quantité de précipitations, la variation de celles-ci est considérable. Les pluies d'hiver à Rabat peuvent pénétrer le sol pour alimenter la nappe phréatique, tandis que les pluies d'été à Sennar tombent sur une surface du sol qui est chaude et sont donc perdues par évaporation, surtout lorsque la pluie tombe sous forme d'averses légères. C'est pourquoi les précipitations effectivement disponibles pour la végétation sont plus importantes à Rabat qu'à Sennar.
Cet exemple montre qu'il faut davantage de précipitations annuelles dans les régions où la pluie tombe en été que dans les climats plus frais où la pluie tombe en hiver pour obtenir la même quantité d'eau pour la végétation. Cependant, là où la végétation est dormante en hiver, elle ne peut utiliser totalement l'eau disponible pendant cette période.
Les précipitations varient également d'une année à l'autre dans les zones arides; cela est facile à voir lorsqu'on considère les statistiques des précipitations dans le temps pour un lieu donné. L'écart entre les plus faibles et les plus fortes précipitations enregistrées au cours de différentes années peut être important, bien qu'il se situe généralement dans une fourchette de plus ou moins 50 pour cent de la précipitation annuelle moyenne. La variation de précipitation mensuelle est encore plus grande.
Dans la plupart des cas, la précipitation attendue en un lieu donné n'est pas la même que la précipitation annuelle moyenne enregistrée sur un certain nombre d'années. La variation des précipitations est importante pour les activités forestières, car, lorsque la pluie manque, les nouvelles plantations forestières en souffrent. Le choix de la date de plantation de façon qu'elle coïncide avec les précipitations est d'une importance capitale pour la réussite d'une plantation forestière.
Figure 1.4 Le cycle hydrologique.
L'intensité des précipitations est un autre paramètre à considérer. Lorsque le sol n'est pas en mesure d'absorber toute l'eau d'une forte précipitation, une partie de cette eau peut être perdue par ruissellement. De même, l'eau d'une pluie de faible intensité peut être perdue par évaporation, surtout si elle tombe sur une surface sèche. L'intensité des précipitations peut se mesurer en nombre de jours de pluie ou, de préférence, en quantité de pluie par heure ou par jour.
L'intensité des précipitations est aussi liée au risque d'érosion du sol. Il est connu que chaque goutte de pluie transporte une énergie capable d'enlever de la terre, en particulier la couche arable. L'érosion provoquée par la chute des gouttes de pluie, appelée érosion de rejaillissement, peut aussi dégrader ou détruire la structure du sol. On a constaté qu'à mesure que l'intensité des précipitations se rapproche de 35 millimètres par heure, il se produit une très forte augmentation du pouvoir érosif de la pluie. Un fort pourcentage de la pluie sous les tropiques se situe au-dessus de cette valeur (dénommée "seuil d'érosion").
Le schéma climatique des zones arides se caractérise souvent par une saison sèche relativement "fraîche", suivie d'une saison sèche relativement ''chaude'' et finalement d'une saison des pluies "modérée". En général, on observe à l'intérieur de ces saisons des fluctuations importantes des températures diurnes. Très souvent, pendant la saison sèche "fraîche", les températures diurnes atteignent entre 35 et 45 degrés centigrades, pendant que les températures nocturnes tombent à 10 à 15 degrés centigrades. Les températures diurnes peuvent approcher de 45 degrés centigrades au cours de la saison sèche "chaude" et tomber à 15 degrés centigrades au cours de la nuit. Pendant la saison des pluies, les températures peuvent aller de 35 degrés centigrades le jour à 20 degrés centigrades la nuit. Dans bien des cas, ces fluctuations des températures au cours d'une même journée limitent la croissance des espèces végétales.
La croissance des plantes ne peut se produire qu'entre certaines températures maximum et minimum. Des températures extrêmes, hautes ou basses, peuvent leur être nuisibles. Il se peut que des végétaux survivent aux fortes températures, du moment qu'ils peuvent les compenser par la transpiration, mais leur croissance en sera affectée. Des températures élevées sur la couche superficielle du sol se traduisent par une déperdition de l'humidité du sol en raison de l'importance de l'évaporation et de la transpiration. Bien que les problèmes de basses températures en général soient moins courants dans les zones arides, lorsqu'ils se produisent pendant des périodes relativement longues, la croissance des végétaux peut en être limitée; à des températures inférieures à zéro degré centigrade, les plantes peuvent mourir.
Bien que les précipitations et la température soient les facteurs essentiels de l'aridité, d'autres facteurs interviennent également. L'humidité de l'air a une importance pour l'équilibre hydrique du sol. Lorsque la teneur du sol en humidité est plus élevée que celle de l'air, l'eau a tendance à s'évaporer dans l'air. Dans le cas contraire, l'eau se condensera dans le sol. L'humidité est généralement faible dans les zones arides.
Dans de nombreuses régions, la présence de rosée et de brume est nécessaire à la survie des plantes. La rosée résulte de la condensation de la vapeur d'eau de l'air sur les surfaces pendant la nuit, tandis que la brume est une suspension de goutelettes d'eau microscopiques dans l'air. L'eau recueillie par les feuilles des plantes sous forme de rosse ou de brume peut parfois s'imbiber dans les stomates ouverts ou alors tomber sur le sol et contribuer à l'humidité de celui-ci. La présence de rosée et de brume se traduit par une humidité plus élevée de l'air et par conséquent une réduction de l'évapotranspiration et la conservation de l'humidité du sol.
En raison de la rareté de la végétation capable de réduire les déplacements d'air, les régions arides sont en général venteuses. Les vents évacuent l'air humide qui se trouve autour des plantes et du sol et accroissent par conséquent l'évapotranspiration.
L'érosion du sol par le vent se produira chaque fois que les conditions pédologiques, végétatives et climatiques y sont favorables. Ces conditions (sol peu compact, sec ou fin, surface du sol lisse, couvert végétal rare et vent suffisamment fort pour induire des déplacements de terre) se rencontrent fréquemment dans les zones arides. L'épuisement du couvert végétal est la cause fondamentale de l'érosion éolienne du sol. Le principal dommage causé par le vent en emportant des particules de terre est le tri des matériaux du sol; l'érosion éolienne enlève progressivement le limon, l'argile et les matières organiques de la surface du sol. Les matières restantes peuvent être sableuses et infertiles. Il est fréquent que le sable s'entasse pour former des dunes et présente une menace grave pour les terres environnantes.
Les précipitations constituent le principal transfert d'humidité de la vapeur d'eau de l'air vers le sol. Le cycle hydrologique s'achève par l'évaporation. La déperdition d'eau du sol par évaporation est importante lorsqu'on veut déterminer les précipitations "efficaces". L'évaporation est d'autant plus importante que les vents sont plus forts, que les températures sont plus élevées et que l'humidité est plus faible.
Comme nous l'avons dit plus haut, les végétaux sont obligés de transpirer pour compenser la chaleur. La transpiration représente de grandes déperditions d'humidité du sol. L'intensité de cette transpiration dépend du vent, de la température, de l'humidité et de la plante elle-même. Certaines sont plus adaptées aux conditions arides et transpirent moins que d'autres. C'est pourquoi la composition de la végétation a une grande influence sur le taux de transpiration. La combinaison de l'évaporation et de la transpiration, appelée évapotranspiration, est la principale composante du cycle hydrologique sur laquelle on peut agir en aménageant les terres de façon à accroître le rendement hydrique.
8. Sols des zones arides et importance de leurs propriétés
Les sols se forment avec le temps à mesure que le climat et la végétation agissent sur le matériau de la roche mère. Les aspects importants de la formation des sols dans un climat aride sont les suivants:
- des changements journaliers importants de température, qui provoquent la désintégration mécanique ou physique des roches;
- les sables transportés par le vent qui abrasent les surfaces exposées des roches.
La désintégration physique des roches donne des fragments relativement gros; seule l'érosion chimique peut les décomposer en fragments plus petits. Le processus d'érosion chimique est lent dans les zones arides en raison du déficit hydrique caractéristique. D'autre part, les périodes prolongées d'insuffisance hydrique sont importantes dans l'élimination ou le lessivage des sels solubles dont l'accumulation est renforcée par la forte évaporation. Les brèves périodes de ruissellement de l'eau ne permettent pas une pénétration profonde des sels (qui ne sont transportés qu'à courte distance), d'où une accumulation de ceux-ci dans les dépressions fermées.
La végétation joue un rôle fondamental dans le processus de formation des sols en faisant éclater les particules de roche et en enrichissant le sol par des matières organiques provenant de ses parties aériennes et souterraines. Cependant, le rôle de la végétation est réduit dans les zones arides du fait de la faiblesse du couvert et du développement limité des parties aériennes. Cela dit, les systèmes radiculaires présentent souvent un développement exceptionnel et ce sont eux qui ont le plus d'influence sur le sol.
Le forestier s'intéresse généralement plus aux propriétés du sol importantes pour la croissance des arbres et arbustes qu'à l'évolution du profil du sol ou aux systèmes de classification régionale des sols. Le plus important pour les sols des zones arides est la capacité de rétention d'eau et l'aptitude à fournir des éléments nutritifs.
La capacité de rétention d'eau d'un sol dépend de ses caractéristiques physiques telles que texture, structure et profondeur. La texture est la répartition relative des particules (argile, sable et limon). En général, plus fine est la texture, plus grande est la rétention d'eau. La structure, arrangement interne des particules du sol, est influencée par la quantité de matière organique liant ces particules. Les sols sableux n'ont pas de structure; les sols argileux ont différentes formes de structure et les espaces entre les particules permettent la circulation de l'air et de l'eau. Plus importants sont ces espaces, plus grande est la perméabilité.
La profondeur du sol régit la quantité d'humidité du sol et le type de disposition des racines des arbres. En général, les sols colluviaux et alluviaux sont profonds; mais les sols résiduels sont d'une profondeur très variable selon le degré de la pente, la durée et l'intensité des intempéries et les influences biotiques (cultures, pâturage de bétail, etc.). Les sols des crêtes et du haut des pentes sont souvent peu profonds, tandis que ceux du milieu des pentes et des vallées sont de modérément profonds à très profonds. La profondeur des sols dans les régions arides est souvent limitée par un horizon concrétionné. Cette croûte, composée de minerai de fer ou de graviers de latérite dans la zone tropicale et de calcite consolidée dans la région méditerranéenne, peut être plus ou moins continue et se situer entre 5 et 60 centimètres en dessous de la surface.
Du fait que dans les zones arides il y a peu d'accumulation de dépôts organiques, la teneur du sol en matières organiques est faible. Lorsqu'on les cultive, cette matière organique disparaît rapidement.
Les propriétés chimiques du sol commandent la disponibilité de nutriments. Les sols arides sont caractérisés par un lessivage significatif des nutriments et une érosion intensive des minéraux, encore que ces deux phénomènes soient ralentis lorsque les précipitations diminuent. La fertilité naturelle (qui dépend beaucoup de la teneur en matières organiques de la couche arable) est souvent faible.
Du fait de l'aridité du climat, les caractéristiques édaphiques qui réduisent les contraintes hydriques seront favorables à la plantation d'arbres ou de buissons. Certaines de ces caractéristiques sont les suivantes:
- présence d'une nappe phréatique à une profondeur que les racines peuvent atteindre;
- épaisseur du sol suffisante pour permettre une réserve d'eau;
- texture du sol retenant la quantité maximum d'eau.
Il ne faut pas oublier que la topographie du terrain peut aussi jouer un rôle important. Ainsi, les bas-fonds et les parties basses des dunes de sable peuvent accumuler une quantité considérable d'eau utilisable par une végétation adaptée.
Enfin, les sols des zones arides étant vulnérables à la fois à l'érosion éolienne et à l'érosion hydrique, la fixation et la conservation du sol sont importantes.
9. Végétation des zones arides
Dans les zones arides, le couvert végétal est rare. On peut néanmoins distinguer trois formes de plantes:
- annuelles éphémères;
- pérennes succulentes;
- pérennes non succulentes.
Les éphémères annuelles, qui apparaissent après les pluies, accomplissent leur cycle de vie au cours d'une brève saison (+8 semaines). Leur croissance est limitée à une courte période humide. Les éphémères ne possèdent pas les caractéristiques xéromorphiques des pérennes. En général, elles sont de petite taille, ont des racines peu profondes et leur adaptation physiologique est constituée par une croissance active. Les éphémères survivent pendant la saison sèche, qui peut durer plusieurs années, sous forme de graines. Elles peuvent parfois former des peuplements denses et fournir du fourrage.
Les pérennes succulentes sont capables d'accumuler et de stocker de l'eau (qui peut être consommée pendant les périodes de sécheresse); ceci est dû à la prolifération du tissu parenchymal des tiges et des feuilles et aux faibles taux de transpiration qui les caractérisent. Les cactus sont des pérennes succulentes typiques.
Les pérennes non succulentes constituent la majorité des plantes de la zone aride. Ce sont des plantes rustiques, qui comprennent les graminées, les petites plantes ligneuses, les buissons et les arbres qui supportent le stress de l'environnement des zones arides. Nombre de pérennes non succulentes ont des graines "dures" qui ne germent pas facilement; ces graines doivent souvent être traitées (par trempage dans l'eau ou l'acide) avant de germer. On peut distinguer trois formes de croissance des pérennes non succulentes:
- persistantes - actives biologiquement pendant toute l'année;
- caduques en période de sécheresse - biologiquement dormantes en saison sèche;
- caduques en période froide - biologiquement dormantes en saison froide.
Les éphémères sont des espèces qui échappent à la sécheresse et ne sont pas en général considérées comme de véritables xérophytes. Les pérennes succulentes et non succulentes au contraire supportent la sécheresse et sont des xérophytes véritables. Le xérophytisme est l'adaptabilité des plantes capables de subsister avec de faibles quantités d'humidité. Quelques-unes des caractéristiques des plantes xérophiles sont les suivantes:
- Développement d'un important système radiculaire - la croissance principale des racines peut être verticale, horizontale ou les deux et semble dépendre des conditions du site. Des racines qui pénètrent à 10 ou 15 mètres de profondeur ne sont pas inhabituelles; les racines qui s'étendent horizontalement sont courantes dans les sols peu profonds. Certaines espèces xérophiles produisent des "racines pluviales" en dessous de la surface du sol, à la suite de précipitations légères ou en période de formation de rosée.
- Pousses moins importantes que les racines - des coefficients système racinaire/système foliacé de 1 à 3,5 ou 1 à 6 sont fréquents.
- Réduction de la surface de transpiration - par la chute ou l'enroulement des feuilles.
- Réduction saisonnière de la surface de transpiration de la plante - ce qui diminue la déperdition d'eau pendant la saison sèche.
- Adaptations spéciales dans les espèces "persistantes" qui diminuent la transpiration - les feuilles sont dures et souvent revêtues d'une épaisse couche de cire; ces plantes sont dites sclérophylles.
La xénophilie se distingue également par d'autres caractéristiques anatomiques:
- la cutilarisation - formation d'une couche de cutine superficielle semblable à du plâtre;
- la cutinisation - imprégnation de la paroi de la cellule par la cutine, qui forme une couche étanche pourvue de poils abondants;
- des dispositions particulières des stomates dans les creux et les rainures qui assurent une protection contre l'atmosphère aride.
10. Classification de la végétation
Pour classer la végétation des zones arides, les principales catégories se caractérisent en général par la quantité et le schéma des précipitations:
- Désert - Dans ce manuel, le terme "désert" est utilisé au sens étroit pour définir des terres où la végétation est pratiquement absente, sauf le long des cours d'eau. Des graminées et herbes éphémères peuvent apparaître après des averses peu fréquentes. En moyenne, les précipitations sont inférieures à 100 millimètres par an.
- Semi-désert - La végétation des régions semi-désertiques est un mélange de graminées, d'herbes et de buissons et arbres de petite taille, ne dépassant pas 2 mètres de haut, entrecoupé de zones dénudées. Les pâturages semi-désertiques se rencontrent dans les régions où l'érosion géologique a été moins intense et où les sols sont capables d'absorber le peu de pluie qui tombe; la végétation qui en résulte est constituée par un couvert uniforme de graminées et herbes mélangées. On trouve des arbres et des buissons épars aux endroits où l'eau est en excédent, le long des lignes de drainage et sur les sites de captation des eaux. Les broussailles succulentes sont constituées par des communautés végétales ouvertes dominées par des plantes succulentes; il peut ou non s'y trouver des graminées. En général, la végétation des régions semi-désertiques se caractérise par une abondance de plantes présentant une extrême réduction des feuilles, un développement des tissus de stockage constituant des tiges succulentes et la présence d'épines. La précipitation varie dans ces régions de 100 à 300 millimètres; elle est essentiellement peu fiable et limitée à quelques mois, se produisant sous forme d'orages locaux ou d'averses éparses.
Savane boisée à faible précipitation - Dans cette région, la végétation comporte un mélange de graminées et d'herbes, avec des arbrisseaux ou des arbustes (ou les deux) dans lequel la proportion de graminées par rapport aux arbustes ou aux arbres est déterminée par la fréquence et l'intensité des feux. Les arbres et arbustes ont souvent des frondaisons plates en parasol, qui ne forment pas un couvert fermé mais laissent de larges ouvertures où l'on trouve des arbustes bas, des graminées et des herbes, mais aussi des surfaces dénudées; ces dernières sont parfois recouvertes d'éphémères après les pluies. Les graminées atteignent rarement 2 mètres et les arbustes et arbres ne dépassent pas 6 mètres. Ils ne donnent en général pas une ombre suffisante pour empêcher le développement des graminées. En saison sèche, ces plantes offrent un risque d'incendie. Cependant, les espèces que l'on trouve en savane boisée présentent une certaine tolérance au feu. Lorsque les graminées et herbes dominent et que les arbustes et arbres couvrent moins de 50 pour cent du sol, la zone est classée comme prairie ouverte et boisée. Ce type de savane boisée est typique des régions tropicales sèches, avec une courte période de pluie suivie d'une longue période sèche et chaude. Les précipitations vont de 300 à 600 millimètres.
Broussailles persistantes - Ce type de végétation de zones arides est constituée de taillis épais constitués de buissons persistants et semi-persistants, de petits arbres, de plantes grimpantes et à l'occasion de quelques grands arbres. Les arbustes ont des feuilles luisantes et dures ou des feuilles épineuses et succulentes et ont de 2 à 3 mètres de haut. Les arbres plus importants sont très dispersés. La précipitation annuelle dépasse 500 millimètres.