systèmes modèles : prairies permanentes et temporaires
Espèces modèles : Trifolium repens , Lolium perenne, Agrostis sp, Poa sp, Ranunculus repens
Mots-clés : communautés végétales, structure, dynamique, ratio azote / soufre, fertilisation, compétition, transferts, groupes fonctionnels
La problématique de l’équipe se rattache à l’écologie fonctionnelle. Elle a pour fil conducteur l’analyse de la structure, du fonctionnement et de la dynamique de communautés végétales herbacées, ainsi que l’identification et la hiérarchisation des mécanismes impliqués.
L’approche développée, volontairement interdisciplinaire, se place à l’interface physiologie – écologie des communautés végétales et s’appuie sur les données acquises sur la plante entière, par les autres équipes de l’U.M.R. Les recherches ont pour objectif d’analyser la structure et la dynamique des communautés végétales le long d’un gradient de fertilité azote/soufre. Elles se basent sur l’hypothèse de modifications des interactions plante-plante intra- comme inter-spécifiques, parallèles à celles de l’efficience d’acquisition et d’utilisation des ressources trophiques. Les prairies permanentes et semées sont les peuplements modèles les plus étudiés.
|
Contexte scientifique |
|
 La prairie en Normandie
En Basse-Normandie, les prairies permanentes représentent 48,7 % de la Surface Agricole Utile. En fonction des contextes pédo-climatiques, et des modalités de gestion, 45 communautés (associations phyto-sociologiques) sont différenciées. 64 % de ces prairies sont pâturées, le reste étant fauché. La diversité est cependant relativement faible, les prairies pâturées à ray-grass et crételle (Lolio-Cynosuretum) et fauchées à ray-grass et brome mou (Lolio-Brometum) étant de loin dominantes. Globalement, 83 % des prairies sont fertilisées, mais la fertilisation moyenne reste peu importante : 69 kg d’azote, 54 kg de potasse et 33 kg de phosphore par hectare et par an.
Les prairies semées représentent 8,7 % de la Surface Agricole Utile. La plupart correspond à des ray-grass anglais purs (41 %) ou des mélanges ray-grass anglais, trèfle blanc (35 %). La majorité de ces prairies est fauchée (57 %) et reçoit une fertilisation plus riche en azote (100 kg ha-1 an-1) et potasse (71 kg ha-1 an-1).
Le « modèle » soufre
Une attention particulière est portée au gradient de fertilité en soufre des prairies ainsi qu’au ratio de fertilité azote / soufre.
En tant que constituant de base des protéines, donc de la biomasse, le soufre est indispensable au développement des végétaux. Intimement associé à l’azote dans la structure des acides aminés, sa teneur relative (ratio N/S du sol) module l’absorption de l’azote par la plante et l’importance de son intégration dans les protéines. A l’échelle de l’espèce, la croissance et la production sont ainsi dépendantes de la bio-disponibilité en soufre des sols. Le soufre est également un constituant de la nitrogénase, l’enzyme responsable de la réduction de l’azote atmosphérique dans les symbioses fixatrices d’azote. Il est à ce titre indispensable à la fixation de l’azote par les Fabacées prairiales. A l’échelle de la communauté végétale, les résultats des interactions compétitives entre plantes peuvent être modifiés le long d’un double gradient teneur en soufre disponible – ratio N/S du sol.
Dans les écosystèmes exploités par l’homme, le statut soufré a fortement évolué en quelques décennies. Le soufre est massivement exporté lors des récoltes (cultures, fauches, pâturage : exportation estimée à 30 kg ha-1 an-1), le plus souvent sans contreparties sous forme de fertilisation. Dans les pays industrialisés, un apport externe massif de soufre sous forme de polluants (SO2) de l’ordre de 50 kg ha-1 an-1 durant le 3ème quart du 20ème siècle a permis de compenser en partie les exportations. Ces importations de SO2 ont chuté à 10 kg ha-1 an-1 à la fin des années 90. Ainsi les cultures, mais également les écosystèmes prairiaux doivent faire face ou devront dans un proche avenir faire face à un déficit en soufre disponible.
Echanges de composés azotés Fabacées – Poacées
|
Ces échanges sont considérés comme modèle pour l’étude des interactions entre espèces et des mécanismes les régissant, de leurs implications agronomiques et écologiques et de leur modulation par le niveau de ressources.
Les Fabacées fixatrices exportent une partie de l’azote fixé vers le sol où il est potentiellement réabsorbé par les espèces associées, essentiellement des Poacées. A long terme, ce transfert de composés azotés entre les deux partenaires implique la sénescence de tissus végétaux de la plante "donneuse", la décomposition et la minéralisation du matériel végétal par la microflore du sol, puis la réabsorption de l’azote produit par la plante "receveuse". A court terme, les transferts souterrains de composés azotés résultent soit d’un transfert direct via les hyphes d’un champignon mycorhizien formant un réseau entre les racines des différentes espèces, soit de l’exsudation de composés azotés par le système racinaire vivant de la plante donneuse puis la réabsorption par la plante receveuse. Les composés préférentiellement exsudés par le trèfle sont l’ammonium et certains acides aminés tels que la glycine et la sérine. Le trèfle blanc est caractérisé par de très fortes vitesses d’exsudation de ces 2 acides aminés, et le ray-grass est caractérisé par de fortes capacités d’absorption de ces acides aminés. |
|
|
Thèmes de recherche |
|
Modalités de l’acquisition conjointe de l’azote et du soufre
objectifs :
discriminer les espèces en fonction de leur potentiel d’acquisition N et S et de leur sensibilité au ratio N/S des sols,
obtenir un diagnostic de nutrition S sur le modèle des courbes de dilution N en prairie.
Développement des interactions positives (échanges de composés) et négatives (compétitions) au sein des peuplements rays-grass / trèfle blanc
objectifs :
quantifier les flux de composés azotés entre ces deux espèces modèle,
déterminer chez ces deux espèces les paramètres biochimiques pertinents de l’absorption de l’azote et du soufre du sol,
analyser l’effet des facteurs biotiques et abiotiques sur ces flux.
Analyse de la structure et dynamique des communautés prairiales le long d’un gradient de fertilité (et / ou fertilisation) N/S
objectifs :
expliciter la dynamique spatio-temporelle des communautés végétales,
établir la plasticité des différentes espèces,
analyser l’évolution des phénomènes de compétition intra et inter-spécifique,
identifier des traits éco-physiologiques pertinents indicateurs du statut trophique,
déterminer des stratégies et des groupes de réponse (groupes fonctionnels de plante) à des modalités du gradient N/S,
déterminer les implications agronomiques (productivité, qualité des fourrages, …) et écologiques (dynamique de la biodiversité, …) du niveau de fertilité des sols,
caractériser la dynamique fonctionnelle de l’écosystème prairie.
…et à long terme
proposer des scénarios pertinents de fertilisation en soufre des sols répondant à des objectifs agronomiques ou écologiques pré-établis.
|
