1-Dynamique de la production racinaire en prairie permanente pâturée par des bovins
Grace à la méthode des IGC la production racinaire sur le dispositif a pu être étudiée en 2014 et 2015. Des variations de cette production ont pu être mises en évidence sur l’ensemble des dates de prélèvement. On observe des pics de production importants au printemps et en automne en 2014, et le pic de production a été également observé au printemps 2015. En été et en hiver, on remarque de forte diminution de production. Comment peut-on expliquer cette dynamique de début de printemps avec un pic suivi d’une chute de production ?
D’après JAEGGER et al. en 1999 cité par BARTOUT en 2014, le démarrage rapide de la production racinaire au début de printemps, serait relatif à la plus forte disponibilité en azote dans le sol à cette période, alors qu’il n’est pas encore mobilisé par les microorganismes du sol. Cette augmentation de la disponibilité en azote est induite par l’élévation de la température du sol, qui permet aussi le développement de la biomasse microbienne qui, par la suite, monopoliserait plus l’azote.
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Dynamique de la croissance racinaire en prairie pâturée par des bovins
Par ailleurs, en fin de printemps les plantes développent leurs appareils reproducteurs. On peut donc penser qu’à cette période les ressources allouées préférentiellement au développement de cet appareil ne seront pas disponibles pour la production de racines d’où la chute de production.
L’explication du démarrage printanier tient aussi à l’augmentation des températures non seulement extérieures mais aussi celles du sol. Les relevés de températures du sol entre janvier et juillet 2015 montrent des températures comprises entre 0 et 5 °C à -20 cm de profondeur entre janvier et mars 2015, entre 5et 15 °C de mars à mai et entre 15 et 25°C de mai à juillet. Les pics de production se trouvant en avril et mai 2015, les températures étant à ce moment-là, comprises entre 5 et 15°C, ce sont donc ces températures qui seraient propices à la production racinaire.
Cependant ce ne sont pas seulement les températures du sol qui jouent sur la production racinaire. Le facteur P-ETPP qui est un indicateur de la disponibilité en eau dans le milieu, peut rentrer dans l’explication de la baisse de production en fin de printemps. On observe pour 2014 et 2015 une chute de cet indicateur au environ d’avril, mai qui correspond à la fin du pic de production printanier.
Toutefois on remarque que P-ETPP diminue beaucoup plus en 2015 qu’en 2014 et reste très bas plusieurs mois consécutifs et que les températures en février 2015 ont été beaucoup plus basse que la moyenne et plus basse qu’en février 2014. Cela peut expliquer que l’on trouve des cumuls de production racinaires sur les parcelles entre février et juillet 2014 compris entre 400 et 600 g/m² soit 4 à 6 t/ha, tandis qu’en 2015, on observe des productions racinaires cumulées presque deux fois inférieures à 2014, comprises entre 150 et 250 g/m² soit 1,5 à 2,5 t/ha.
Qu’en est-il de l’influence du pâturage sur la dynamique racinaire ?
Sur la période étudiée en 2015 (mars à juillet) on observe des différences entre les traitements. D’abord de mars à avril, ce sont les traitements Bo+ et Bo- qui produisent plus de racines que le traitement Ab. De plus, le traitement Bo+ réalise son pic de biomasse en avril. En mai la tendance est inversée puisque les traitements Bo- et Ab réalisent leurs pics de biomasse à ce moment-là, le traitement Bo+ étant alors celui qui produit le moins. En juin, la tendance est de nouveau inversée avec les traitements Bo+ et Bo- produisant plus que le traitement Ab. Le pic précoce de biomasse en Bo+ peut être expliqué par la température supérieure dans le sol dans les parcelles à cette époque de l’année par rapport à la température dans les parcelles Ab (figure 12). Cela peut également être expliqué par un effet d’ombrage et d’isolation dans les parcelles Ab et par la présence de litière qui gêne la croissance des plantes en début de saison. La différence de dynamique dans le temps entre traitement pour la croissance racinaire pourrait également être expliquée par le fait que les espèces présentes sur les parcelles pâturées fortement, sont plus précoces dans leur développement reproducteur que les espèces des communautés moins pâturées ou abandonnées (LOUAULT et al. 2005), ce qui fait qu’elles investissent dans les organes aériens reproducteurs plus tôt en saison (mai), au détriment de la croissance des parties racinaires. Il est intéressant de constater que les traitements extrêmes, Bo+ et Ab présentent les mêmes comportements dans le temps en 2014 et 2015, et que Bo-, de végétation plus hétérogène et intermédiaire, se positionne, selon les années près de Bo+ ou de Ab.
Sur la période de l’étude, les traitements présentent de grandes variations de production racinaire et chaque date de prélèvement ne permet pas de rendre compte de l’ensemble de la période. C’est pour cela qu’ont été comparés les cumuls de production par traitement des dates de prélèvements de février à juillet 2014 et de mars à juillet 2015. Ce qu’on observe, c’est que malgré ces différences entres les traitements à chaque dates de prélèvements, on ne trouve pas de différence significative en 2014 en cumul de production entre février et juillet, mais seulement une tendance avec moins de production en Abandon. En revanche pour 2015 la production globale racinaire dans les traitements pâturés (Bo+ et Bo-) est significativement plus importante par rapport au traitement Ab. Ces résultats vont dans le sens des travaux précédents de LOPEZ-MARSICO L. et al. 2015, PUCHETTA et al. 2004, HERFURTH 2015. La défoliation du couvert végétal induirait donc une
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Dynamique de la croissance racinaire en prairie pâturée par des bovins
augmentation de la production racinaire, ceci peut-être dans le but d’augmenter l’absorption des nutriments nécessaire à la compensation des pertes foliaires et donc au développement de nouveaux tissus aériens. De plus, les traits foliaires étant significativement différents entre traitements, on les corrèle avec la production racinaire. En effet ils pourraient être le moyen d’expliqués la part que les espèces ont dans cette différence de production entre les traitements. On trouve une corrélation négative significative entre la hauteur et la production racinaire (corrélation également recensée en 2014), donc les espèces plus petites produirais plus de racines à 20 cm ce qui tend à appuyer les résultats des cumuls racinaires de 2015. Cependant aucune autre corrélation n’a été mise en évidence pour le SLA et le LDMC.
2-Stocks racinaires en prairie permanente pâturée par des bovins
Le stock racinaire (l’ensemble des racines mortes et vivantes présentes dans le sol à un instant t) a été estimé à partir de prélèvement de carottes de sol à plusieurs périodes de l’année. Quelle est donc l’influence des traitements sur les stocks racinaires ?
On aurait pu s’attendre à ce que le stock racinaire évolue au cours du temps et soit différent entre les traitements. Or le stock racinaire ne présente aucune différence significative entre les différentes dates de prélèvement ni entre les traitements. Il apparaît donc que la vitesse de dégradation des racines mortes compenserait l’augmentation et la diminution de la production de nouvelles racines (dans le temps et entre traitement) puisque le stock n’évolue pas avec le temps alors que la production, elle, varie, comme on l’a vu précédemment.
D’autre part les rhizomes dans les stocks souterrains ne présentent aucune évolution significative au cours du temps. Cependant on observe en traitement Ab une présence significativement supérieure de rhizomes par rapport aux parcelles pâturées. Ceci peut être expliqué par le fait qu’en parcelle Ab, les espèces comme Elymus
repens, qui est particulière du fait de sa capacité à proliférer grâce à des rhizomes, sont plus importantes
(tendance déjà observée en 2013 et 2014).
Le compartiment des matières organiques particulaires (POM), ne présente, comme les racines, aucune différence significative au cours du temps ni entre traitements. Pourtant on aurait pu s’attendre à ce que la masse de POM dans le sol varie également au cours du temps puisque ces POM sont issues principalement de la décomposition des racines. Malgré tout, ces résultats restent cohérant puisque le stock racinaire ne présente, lui non plus, aucune différence. D’un autre côté on remarque que les masses de POM sont globalement supérieures aux masses des racines sur l’ensemble des traitements et des dates. Si l’on associe cela au fait que globalement le traitement Ab produit moins de racines que les traitements Bo+ et Bo-, on peut en déduire que la vitesse de renouvellement des racines serait plus lente en Ab qu’en parcelles pâturées. L’espèce végétale a-t-elle une influence sur la dynamique racinaire ?
L’hypothèse que l’on a faite est que la production racinaire est influencée par les conditions environnementales (température, pluviométrie…) mais qu’une part de cette différence pourrait venir des espèces végétales qui ne fonctionnent pas toutes de la même manière (précocité de développement, type de système racinaire, fixation symbiotique de l’azote parles légumineuses…). La composition botanique relevée au centre des carottes de sol utilisées pour les suivis des stocks racinaires a permis de mettre en évidence que les traits foliaires étaient significativement différents sur les trois traitements. Cela traduit donc le changement de composition botanique sous l’effet des traitements. Afin de trouver un lien entre espèces végétales et les différents processus racinaires on compare la masse des racines et des rhizomes des stocks, aux différents traits foliaires. On trouve une corrélation en parcelle Bo+ et Bo- significativement négative (P< 0,01) entre
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Dynamique de la croissance racinaire en prairie pâturée par des bovins
hauteur reproductive et masse des organes souterrains ce qui rejoint les corrélations faites sur les IGC. Cela justifie également le fait qu’en parcelle Ab où les individus ont des hauteurs importantes, la production racinaire est plus lente qu’en parcelles pâturées ayant des individus plus petits.
Conclusion
Lors de cette étude, a été mesurée la production racinaire grâce à la méthode des ingrowth-core. Cette mesure a permis de mettre en évidence la dynamique de production racinaire en prairie permanente au cours d’une année. Comme en 2014, des variations saisonnières de production ont été mesurées sur la période suivie en 2015, dont un pic précoce de production au printemps. Ce pic serait dû à une acquisition de nutriments grâce à l’augmentation des températures du sol. Les diminutions de production seraient, elles, dues à l’allocation des ressources de la plantes au développement de l’appareil reproducteur.
La comparaison de cette production avec celle mesurée en 2014 et avec les conditions climatiques (température extérieure, précipitation, P-EPP, T° de sol) confirme que les conditions du milieu ont un impact important sur la régulation de la production racinaire. Notamment un hiver plus rude que la normale et la disponibilité en eau dans le milieu qui en 2015 ont fait chuter la production de moitié par rapport à 2014 année à moindre déficit.
D’autre part l’impact du pâturage a pu une fois de plus être mis en évidence sur la composition des communautés végétales des différents traitements et sur leurs traits fonctionnels. Les traits fonctionnels aériens sont significativement différents entre les traitements, avec, en pâturage fort, des espèces plus petites avec des traits foliaires tels que fort SLA et faible LDMC, indicateurs d’espèces renouvelant rapidement leur organes aériens, à l’inverse des espèces des communautés abandonnées où les espèces sont plus grandes pour répondre à la compétition pour la lumière et ont des traits foliaires avec des tissus à plus forte teneur en matière sèche et faible SLA, qui renouvellent moins vite leurs tissus foliaires. Ces différences de traits foliaires moyens, SLA et LDMC, que l’on sait aptes à rendre compte des productions des tissus aériens, ne reflètent pas aussi nettement les différences de production racinaire. Des mesures des traits des racines pourraient être envisagées pour tenter de mieux lier caractères et fonctionnement des plantes.
Malgré les variations de production racinaire au cours du temps, il a pu être mis en évidence une différence de production racinaire entre les traitements. Le traitement Ab produit significativement moins de racines que les traitements Bo+ et Bo- globalement sur la période étudiée. En revanche le stock racinaire (nouvelles racines et racines mortes) lui, ne varie pas au cours du temps ni entre les traitements. Cela peut donc vouloir dire que les communautés végétales des différents traitements ont des vitesses de renouvellement de leur système racinaire différentes (plus lente en parcelles Abandon).
Les méthodes présentent tout de même des limites du fait du stress qu’elles impliquent et des types de racines qu’elles peuvent capter. En effet les ingrowth-core peuvent uniquement intercepter les racines ayant une croissance horizontales et pas celles ayant des croissances verticales. Les stocks eux permettent de rendre compte de la situation à un instant t uniquement dans les 20 premiers cm du sol il faudrait peut-être augmenter cette profondeur.
Les résultats de 2015 semble pourtant confirmer les tendances observées en 2014, il est donc nécessaire de continuer cette étude qui tend à montrer que même si le pâturage a un impact sur la communauté végétale des prairies tant au niveau aérien qu’au niveau racinaire beaucoup d’autres facteurs, tels que la variabilité climatique, rentrent en ligne de compte dans le stockage du C dans le sol des prairies permanentes.
DYNAMIQUE DE LA CROISSANCE RACINAIRE EN PRAIRIE PERMANENTE PATUREE PAR DES BOVINS
Remerciements Liste des abréviations
Introduction ... 1 I-Présentation de l’entreprise ... 2 1-L’Institut National de la Recherche Agronomique ... 2 2-L’Unité de Recherche sur l’Ecosystème Prairial ... 2 II-Etat de l’art ... 3 1-La prairie ... 3
a-Définition de l’écosystème prairial... 3 b-Les cycles biogéochimiques en prairie ... 4 c-La prairie permanente ... 4 i-Caractérisation de la prairie permanente ... 4 ii-Impact du pâturage sur la prairie ... 5 2-Le système racinaire en prairie permanente ... 6
a-Caractéristiques du système racinaire ... 6 b-Dynamique de croissance racinaire ... 6 c-Rôle des racines dans les entrées de carbone dans le sol ... 7 III- Hypothèses, principe et but de l’étude ... 8
1-Hypothèses ... 8 2-Le but ... 9 3-Le principe du SOERE ... 9 IV- Matériels et méthodes ... 10 1-Le dispositif expérimental ... 10
a-Les parcelles ... 10 b-Les traitements... 10 2-Les procédés de mesures ... 11
a-Ingrowth-core ... 11 i-Sur le terrain ... 11 ii-Traitement des échantillons ... 12 b-Stocks ... 13 i-Sur le terrain ... 13
DYNAMIQUE DE LA CROISSANCE RACINAIRE EN PRAIRIE PERMANENTE PATUREE PAR DES BOVINS
ii-Traitement des échantillons ... 13
c-Observation botanique et description fonctionnelle des communautés végétales ... 14
i-Des ingrowth-core et stocks ... 14
d-Conditions climatiques ... 15
e-Traitement et analyse des données ... 15
V- Résultats ... 16
1-Conditions climatiques ... 16
a-Températures, précipitations et évapotranspiration potentielle ... 16
b-Températures du sol à -20 cm et -60 cm ... 16
2-Production racinaire ... 17
3-Stocks souterrains ... 18
4-Composition botanique des carottes de sol ... 18
5-Relation entre traits aériens et production racinaire ... 19
VI- Discussion ... 19
1-Dynamique de la production racinaire en prairie permanente pâturée par des bovins ... 19
2-Stocks racinaires en prairie permanente pâturée par des bovins ... 21
Conclusion ... 22 Bibliographie
Table des illustrations Annexes
DYNAMIQUE DE LA CROISSANCE RACINAIRE EN PRAIRIE PERMANENTE PATUREE PAR DES BOVINS
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