Contexte
Les prairies permanentes font partie intégrante des paysages normands et contribuent à atténuer les effets des phénomènes hydrologiques extrêmes tels que les sécheresses et les inondations. En effet, leurs sols constituent non seulement des réservoirs d'eau en période de pénurie de pluies, mais ils servent également de zones tampons lors de pluies intenses.
En Normandie, les prairies permanentes représentent 40 % de la surface agricole utile et constituent par ailleurs un véritable atout du patrimoine touristique normand. Au sein de cet écosystème, la diversité végétale joue un rôle majeur dans son fonctionnement, notamment en préservant la santé animale, la qualité des produits laitiers et, plus généralement, en favorisant la biodiversité des sols.
La diversité végétale contribue ainsi à la santé et à la qualité des sols des prairies en favorisant la diversité des communautés du sol (micro-organismes et faune), via la rhizodéposition, et en maintenant la structure du sol grâce à la densité de leur système racinaire. À ce jour, très peu de liens ont été établis entre la qualité des sols (définie comme la capacité à assurer leurs fonctions), la santé des sols (capacité à long terme à fournir des services) et la diversité des espèces végétales. Or, la biodiversité, la qualité et la santé des sols contribuent à leur multifonctionnalité, ce qui constitue un avantage majeur pour l'acclimatation des communautés végétales et animales au stress abiotique (sécheresse, inondation, températures extrêmes, vents, ...).
Objectifs et hypothèse de recherche
Les épisodes hydrologiques extrêmes (inondations et sécheresses) perturbent les interactions entre les espèces au sein des communautés végétales des prairies en réduisant considérablement la croissance de certaines d'entre elles.
Plusieurs études ont montré qu'une plus grande diversité végétale au sein d'une prairie peut contribuer au maintien de la production de biomasse en cas de stress abiotique. Les communautés végétales des prairies peuvent présenter des réactions communes à un excès ou à un manque d'eau (réduction de la croissance et fermeture des stomates), mais chaque type de stress peut modifier spécifiquement les conditions du sol, comme le déficit en oxygène lors d'inondations. En effet, certaines espèces sont capables de réguler la multifonctionnalité du sol par la composition et les activités des communautés microbiennes.
Ce projet regroupe l'Université de Caen (UMR EVA), l'INRAE ainsi que le Réseau des CIVAM Normands et bénéficie d'un financement de l'ANR et de la Région Normandie. Son objectif principal est de vérifier si une plus grande diversité des prairies pourrait constituer un levier de résistance au stress hydrique (sécheresse ou inondation) et de résilience après celui-ci. Cette résistance et cette résilience seraient favorisées par une plus grande biodiversité et une plus grande activité microbienne dans le sol, améliorant ainsi la qualité et la santé de celui-ci.
La diversité des espèces étant principalement déterminée par la gestion et les conditions pédoclimatiques, ce projet vise à terme à proposer des leviers pour adapter la gestion et préserver la qualité et la santé des sols face aux épisodes hydrologiques extrêmes.
Le projet RESPIRE comprend 4 lots de travail
WP1 (Année 1)
Le Réseau CIVAM Normandie (RCN), en collaboration avec l'UMR EVA, mène une enquête auprès d'une trentaine d'agriculteurs partenaires afin d'identifier les pratiques mises en œuvre sur leurs prairies permanentes fauchées et/ou pâturées en Normandie. Cette enquête permettra d'établir des liens entre la diversité des espèces végétales, la diversité de la faune du sol, la dynamique de l'humidité dans les premiers horizons du sol (0-20 cm) et l'intensité des pratiques (doses et types de fertilisation — minérale ou organique —, dates et fréquence de fauche, dates de récolte).
Dans un second temps, la diversité végétale et la production de biomasse aérienne seront mesurées trois fois par an sur une vingtaine de prairies, chez dix agriculteurs. La faune du sol sera également suivie : des pièges au ras du sol (pièges Barber) seront installés dans les parcelles (5 par prairie) pour capturer les insectes et autres invertébrés de surface, et des échantillons de sol seront prélevés pour analyser la faune plus fine vivant dans la terre (appareils Berlèse).
Pour mieux comprendre comment l'eau circule dans le sol — et calibrer les conditions de stress hydrique appliquées dans la suite du projet —, la teneur en eau sera surveillée en continu pendant un an dans chaque parcelle, à l'aide de sondes hygrométriques. Des analyses classiques seront également réalisées en laboratoire (texture du sol, pH, teneur en matière organique, teneurs en carbone et en azote) par le laboratoire Qualize.
En parallèle, les mêmes variables seront suivies pendant un an sur trois prairies fauchées et/ou pâturées conduites de façon plus intensive, à la station expérimentale INRAE du Pin (Orne). L'ensemble de ces données fera ensuite l'objet d'une analyse statistique globale pour mieux comprendre les relations entre diversité végétale, faune du sol, rendements, humidité du sol, pratiques agricoles et conditions climatiques locales.
Ce WP1 permettra de mettre en évidence le degré de vulnérabilité au stress hydrique de prairies contrastées réparties dans les trois départements de l’ex Basse-Normandie (Manche, Calvados, Orne).
WP2 (Année 2)
La diversité végétale et la multifonctionnalité des sols (qualité et santé) seront évaluées sur un ensemble de 6 parcelles sélectionnées dans la première phase du projet (trois parcelles de la station INRAE du Pin et trois parcelles d'agriculteurs du Réseau des CIVAM Normands, présentant des types de sols, des conditions climatiques et des pratiques agricoles variés).
Des épisodes réalistes d'inondation et de sécheresse seront reproduits directement sur le terrain, sur des surfaces délimitées de 4 m², soit par arrosage, soit à l'aide de dispositifs empêchant la pluie de pénétrer dans le sol (5 répétitions par situation, sur chaque parcelle). L'intensité et la durée de ces stress seront définies à partir des données du portail « DRIAS Les futurs du climat », tandis que les mesures d'humidité du sol réalisées dans la première phase permettront d'ajuster les durées de séchage, de réhumidification et de récupération après inondation. Le protocole n'inclut pas de scénarios combinant inondation et sécheresse simultanées, ces deux types d'événements extrêmes ne survenant généralement pas aux mêmes périodes en Normandie. Les épisodes d'inondation seront simulés à l'automne et au printemps, et ceux de sécheresse en été. Ces choix pourront être révisés a priori en fonction des résultats de suivi de l'humidité des sols obtenus dans la première phase.
La résistance des communautés végétales aux deux types de stress sera évaluée en mesurant la production de biomasse aérienne avant le stress (15 jours avant, T0) et à la fin de celui-ci (T2). La récupération sera quant à elle mesurée au pic de biomasse lors de la saison de croissance suivante (T3). La diversité des espèces présentes et leurs caractéristiques fonctionnelles — c'est-à-dire la façon dont elles réagissent et s'adaptent à leur environnement — seront analysées à partir d'inventaires floristiques et de mesures de traits végétatifs à l'échelle de la communauté.
Au niveau de la rhizosphère, les interactions entre les plantes et les communautés microbiennes seront étudiées à partir de différents indicateurs liés aux racines et à l'activité biologique du sol : respiration microbienne, abondance totale des bactéries et des champignons, taux de mycorhization, activité des nodosités fixatrices d'azote (activité nitrogénase), activité enzymatique (dont les processus de dénitrification et de méthanogenèse) et teneur en glomaline.
Les stocks de carbone du sol seront également analysés avant et après le stress, en distinguant le carbone particulaire (POM), le carbone dissous (DOC) et le carbone stabilisé (AOM). Enfin, des tests de stabilité structurale seront réalisés par le laboratoire Qualyse sur l'ensemble des sols des WP1 et WP2, avant et après le stress (T0 et T2).
WP3 (Années 2 et 3)
Le WP3 s'appuiera sur des expériences menées dans des conditions contrôlées (serre), mais les sols et les plantes utilisés dans ce WP proviendront des champs du WP2.
Une expérience en serre (UMR EVA) sera menée afin de classer 20 espèces végétales des prairies en fonction de leur plasticité lorsqu'elles sont exposées à la sécheresse ou aux inondations, en utilisant leurs caractéristiques morphologiques et physiologiques (teneur en chlorophylle des feuilles et exsudation racinaire). La teneur en chlorophylle des feuilles sera calculée à l'aide du chlorophyllimètre non destructif SPAD. L'exsudation racinaire sera réalisée à l'aide de la méthode hybride sol/hydroponie. Les sucres solubles et les acides organiques présents dans les exsudats seront analysés à l'UMR EVA et le carbone et l'azote totaux dans les exsudats racinaires seront obtenus par la plateforme PLATIN'.
Nous émettons l'hypothèse que certaines espèces végétales, sous l'effet du stress hydrique, sont capables de modifier le taux et/ou la qualité des exsudats. Les changements dans les profils physiologiques microbiens face aux deux stress seront analysés, dans des conditions contrôlées, à travers la capacité des communautés microbiennes à métaboliser différentes sources de carbone labiles. La capacité des communautés microbiennes à produire des signaux positifs permettant aux communautés végétales d'être plus résistantes et/ou résilientes sera évaluée en mesurant l'activité de l'ACC désaminase des communautés microbiennes.
WP0 (Années 1, 2 et 3)
L'UMR EVA, qui dirige ce projet, organisera deux fois par an des réunions plénières afin de planifier et de coordonner ce projet avec tous les partenaires. Des réunions auront lieu au fur et à mesure entre les partenaires au sein de chaque WP. Elles pourront se dérouler par visioconférence.
