Comparaison et réalisation de protocoles de mesures européennes – Harmonisation des méthodologies en prairie permanente

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Comparaison et réalisation de protocoles de mesures

européennes – Harmonisation des méthodologies en

prairie permanente

Hugo Chaleil

To cite this version:

Hugo Chaleil. Comparaison et réalisation de protocoles de mesures européennes – Harmonisation des méthodologies en prairie permanente. [Stage] France. Université Clermont Auvergne (UCA), FRA.; France. Institut Universitaire de Technologie de Clermont Ferrand (IUT de Clermont Ferrand), FRA. 2018, 75 p. �hal-02789845�

Université Clermont Auvergne IUT de Clermont-Ferrand Campus Universitaire d’Aurillac

Département Génie Biologique

Rapport de Stage

Comparaison et réalisation de protocoles de

mesures européennes – Harmonisation des

méthodologies en prairie permanente

Maître de stage : Katja KLUMPP

Encadrant de stage : Olivier DARSONVILLE

Remerciements

Je tiens tout d’abord à remercier M. Pascal CARRERE, directeur d’unité, de m’avoir reçu au sein de son Unité de Recherche sur l’Ecosystème Prairial (UREP) de l’Institut National de Recherche Agronomique (INRA). Il m’a ainsi permis de réaliser mon stage dans les meilleures conditions.

Puis je souhaite remercier vivement Mme. Katja KLUMPP, ingénieure de recherche, qui m’a accordé sa confiance en m’associant à l’un de ses projets de recherche en cours. Elle m’a également apporté son expertise pour avoir une vision globale d’un projet tel que celui mené avec l’institution européenne ICOS (Integrated Carbon Observation System).

Je remercie aussi beaucoup M. Olivier DARSONVILLE, Technicien de Recherche, qui a su m’encadrer et m’accompagner dans la réalisation et l’analyse des mesures nécessaires à l’écriture de mon rapport de stage par la transmission de ses connaissances.

Ensuite, je remercie M. Philippe VEISSEIRE, enseignant-chercheur en Biochimie et Physiologie Végétale pour m’avoir apporté les réponses en tant qu’enseignant référant.

Enfin, je remercie l’ensemble du personnel de l’UREP mais aussi les doctorants et stagiaires pour la bonne ambiance et leur aide précieuse qu’ils ont pu m’apporter.

Résumé

La maitrise de GES implique une meilleure connaissance des processus et des fonctionnements dans différents écosystèmes (culture, prairie, forêt,..). C’est ce qui est réalisé sur la prairie permanente de SOERE Laqueuille (63).

Dans l’objectif de labélisation ICOS (Integrated Carbon Observation System) ce dispositif SOERE, qui est équipé pour décrire les cycles biogéochimiques et des flux de Gaz à effet de Serre (CH4, CO2, N2O) entre sol-plante-atmosphère, doit subir des évolutions techniques, afin d’harmoniser les méthodologies avec le cahier des charges d’ICOS. L’objectif de ce stage est de comparer les protocoles sur l’estimation des biomasses du SOERE et d’ICOS, afin de proposer une uniformisation des modes opératoires. Ceci passe par une confrontation des résultats des mesures selon deux protocoles et suivant deux méthodes de mesure, destructives et non.

La mise en place des plans et calendrier des prélèvements, ainsi qu’un mode opératoire a permis de simplifier les tâches, de faciliter la prise de mesures et le transport du matériel, de réduire les erreurs et d’apporter un gain de temps.

Les résultats de hauteur de l’herbe, en lien avec la biomasse produite sur les parcelles montrent que la fertilisation et le chargement animal influencent la biodiversité fonctionnelle d’une prairie.

Ce travail a nécessité un nombre important de mesures (nouveau protocole ICOS), et leur analyse a permis de se rendre compte d’une certaine hétérogénéité des niveaux de biomasse produites. Cela lève de nouvelles questions sur le fonctionnement de la parcelle et permet l’interprétation des résultats de GES.

Mots clés : GES, Prairie permanente, flux, chargement animal, biodiversité, biomasse.

Abstract

The control of GHG emissions implies a better knowledge of the processes and functions in different ecosystems (culture, grassland, forest, …). Measurements along this line are done on the permanent grassland of SOERE Laqueuille (63).

In the objective to achieve the ICOS infrastructure (Integrated Carbon Observation System) labeling, the SOERE site, which is equipped to describe the biogeochemical cycles and GHG gas fluxes (CH4, CO2, N2O) between soil-plant-atmosphere, must undergo technical evolutions, finally to harmonize the methodologies with the specifications of ICOS. The objective of this training is to compare protocols for biomass estimation between SOERE and ICOS and to setup standardized methods. To do so, results of the two measure protocols were compared for the destructive and non-destructive assessment of biomass production.

To start with, the implementation of the sampling plans and schedule, as well as the operating mode, made it possible to simplify the tasks, facilitate the taking of measurements, transport the equipment, reduce errors and save time.

Besides, analyses of vegetation heights, in relation with the biomass production, showed that fertilization and animal stocking rate affected functional biodiversity of the pasture. Likewise, as this work required a large number of measurements (new ICOS protocol), their analysis revealed a certain heterogeneity in the produced biomass. Which raised new questions on the functioning of the ecosystem as well as the interpretation of measured GHG fluxes.

Key words: GHG, permanent grassland, fluxes, animal stocking rate, biodiversity, biomass

Sommaire

Remerciements Résumé

Abstract

Introduction...1

I) Institut et cadre du stage...2

I.1) Institut et centre de recherche...2

I.2) Unité de recherche d’accueil...3

I.3) Cadre du stage...3

II) Matériels et méthodes...6

II.1) Site expérimental de Laqueuille...6

II.1.1) Description...6

II.1.2) Équipements...7

II.2) Analyse des protocoles imposés par l’infrastructure de recherche ICOS...8

II.2.1) Recherche et analyse des différents types de mesures à mettre en place...8

II.2.2) Lieu et répartitions des mesures à réaliser...10

II.3) Mesures (mode d’emploi, matériels nécessaires, …)...11

III) Résultats et Interprétation...13

III.1) Propositions de dispositifs à mettre en place...13

III.2) Mise en place du dispositif...15

III.2.1) Mesures de hauteur d’herbe et nature du contact...15

III.2.2) Mesures de Biomasses* produites et offertes...16

III.3) Comparaison et faisabilité des protocoles (SOERE/ICOS) entre les parcelles 17 III.3.1) Résultats des Biomasses...17

III.3.1.1) Comparaison entre biomasse et hauteur d’herbe...18

III.3.2) Résultats GAI...18 III.3.2.1) Comparaison entre GAI destructive et non-destructive (ceptomètre

Conclusion...20 Bibliographie

Tables des sigles et abréviations Glossaire

Lexique

Table des figures Table des tableaux

Introduction

L’agriculture est à la fois l’un des secteurs les plus affectés par les changements climatiques mais aussi un des contributeurs les plus importants aux émissions de Gaz à effet de Serre (GES) avec 14 % des émissions mondiales. Les trois principaux GES émis par l’activité agricole sont le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O) et le dioxyde de carbone (CO2) qui représentent respectivement 44%, 29% et 27 % des émissions totales dans les systèmes d’élevages (7.1 gigatonnes d’équivalent CO2) (Peyraud et al., 2012). Près de la moitié de ces émissions sont liées à la production d’aliments pour les animaux issus de cultures et de prairies.

La réduction des émissions de gaz à effet de serre implique de connaître les processus et fonctionnements des différents systèmes participants (culture, prairie, bâtiment, animaux, etc.), et notamment ceux concernant les sources d’émissions. Les prairies représentent près d’un tiers de la Surface Agricole Utile (SAU) de l’Union Européenne (UE). En France, celles-ci occupent 13 millions d’hectares, elles peuvent être fauchées, pâturées ou mixtes (Agreste, 2010). Les pratiques de gestion de l’herbe (pâturage ou fauche) et l’intensité d’utilisation des surfaces (nombre d’animaux/ha) modifient la dynamique des cycles biogéochimiques, notamment ceux du carbone (C) et l’azote (N). L’intensité des flux ne sera pas la même entre les différents compartiments de l’écosystème (sol, végétation, et atmosphère).Le Systèmes d'Observations et d'Expérimentation pour la Recherche en Environnement (SOERE) a été créé en 2005 afin de suivre les « Agro-écosystèmes et Cycles Biogéochimiques et Biodiversité » (ACBB) sur le long terme. Ce dispositif permet notamment d’étudier les effets sur les cycles biogéochimiques de différents types d’utilisation des surfaces cultivées (culture prairie), et ainsi que différents modes de gestion (culture, prairie temporaire et permanente ). Le SOERE-ACBB situé sur la commune de Laqueuille (63) permet d’analyser le fonctionnement d’une prairie permanente de moyenne montagne avec deux niveaux de chargement animaux sur 13 ans. Ce site a été sélectionné pour rentrer dans l’infrastructure européenne ICOS (Integrated Carbon Observation System) en 2011, car il permet de mesurer un grand nombre de variables biologiques ainsi que données de micro météorologique et flux gazeux (CH4, CO2, H2O) entre sol-plante-atmosphère.

L’obtention de cette labélisation a nécessité une évolution des équipements au cours des 7 dernières années afin d’assurer une harmonisation des capteurs et analyseurs (météorologique et gaz) et la mise en œuvre des protocoles de mesure. Il est notamment nécessaire de mettre en conformité les plans et les protocoles de mesures selon les instructions d’ICOS. L’objectif de ce stage est de comparer les protocoles du SOERE et d’ICOS, de leur mise en place et à leur réalisation, afin de proposer une uniformisation des modes opératoires de ces infrastructures. Ceci passe par une confrontation des résultats des mesures du SOERE et d’ICOS.

Le rapport décrit le cadre du stage, de l’institut d’accueil jusqu’au projet de recherche. Ensuite, les matériels et les méthodes utilisés seront détaillés. Enfin, une analyse des résultats et une réflexion sur ceux-ci seront exposées.

I) Institut et cadre du stage

I.1) Institut et centre de recherche

L’Institut National de la Recherche Agronomique (INRA) est un organisme français dédié à la recherche en agronomie, fondé en 1946, avec le statut d’Etablissement Public à caractère Scientifique et Technologique (EPST). Celui-ci a été créé à la fin de la Seconde Guerre Mondiale afin de répondre à une question : comment nourrir la France ? Ce défi a été atteint dès la fin des années 60 en associant sciences et technologies pour parvenir à améliorer les techniques et les rendements des cultures et de l’élevage. L’INRA fût encouragé à se développer à une échelle locale et c’est ainsi que dès les années 70, la France produit même des excédents et commence alors à exporter des denrées alimentaires. Cet organisme acquiert alors de nouvelles missions, à savoir améliorer la qualité des aliments et leur valeur ajoutée. En vue de s’insérer dans une transition écologique, l’INRA oriente ses recherches et ses techniques vers des méthodes plus respectueuses de l’environnement. Ainsi l’INRA et l’Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour l’Environnement et l’Agriculture (IRSTEA) vont fusionner à l’horizon 2020[1].

L’INRA, présidé par M. Philippe MAUGAIN, est aujourd’hui le 1er _{Institut de}

Recherche Agronomique en Europe et le 2ème _{en sciences agricoles dans le monde. Ce}

dernier crée des partenariats scientifiques par des unités mixtes avec des entreprises, d’autres instituts et des établissements d’enseignements pour mutualiser les moyens et promouvoir la recherche.

8200 agents titulaires dont 1815 chercheurs sont répartis sur les 17 centres de recherche, soit 250 unités de recherche et les 48 unités expérimentales que compte l’Institut. L’un d’eux est situé en région Auvergne-Rhône-Alpes basé sur la commune de Saint-Genès-Champanelle (Puy de Dôme). Celui-ci mène des recherches multidisciplinaires dans le domaine de la biologie intégrative*, de la nutrition humaine, de la durabilité des systèmes d’élevages d’herbivores et de l’écologie des systèmes aquatiques. Il est constitué de 8 sites dont celui de Clermont-Ferrand (Puy de Dôme).

Sur le Site de Crouël (Clermont-Ferrand), 3 unités de recherche et 1 unité expérimentale :

• Génétique Diversité et Ecophysiologie* des Céréales (GDEC) • Phénotypage* Au Champ des Céréales (PHACC)

• Physique et physiologie Intégratives de l’Arbre en environnement Fluctuant (PIAF)

• Unité mixte de Recherche sur l’Ecosystème Prairial (UREP)

I.2) Unité de recherche d’accueil

L’UREP est rattachée à l’un des 13 départements de recherche de l’INRA, Écologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques (EFPA). Elle étudie l’agroécologie* de l’écosystème* prairial dans un contexte de changement global et principalement de changements climatiques et des pratiques de gestions agricoles. Les projets de recherche de l’unité visant à participer à une gestion durable de l’écosystème* s’organisent autour de trois thèmes. Le premier est l’étude des biodiversités pour chercher à déterminer l’impact que peuvent avoir les pratiques et les conditions bioclimatiques sur les interactions biotiques. Le deuxième consiste à comprendre et à quantifier les cycles biogéochimiques notamment du carbone (C) et de l’azote (N) en étudiant notamment les interactions sol-plante-atmosphère et évaluer les flux entre ces systèmes. Enfin le troisième projet regroupe les deux autres en essayant de comprendre et d’analyser les réponses des agrosystèmes aux conditions changeantes[1].

I.3) Cadre du stage

L’UREP s’appuie sur des dispositifs expérimentaux (43ha avec 35 parcelles) de SOERE-ACBB Theix-Laqueuille. Ce dernier a été créé se basant sur l’observation, l’expérimentation et la modélisation afin de permettre l’analyse des effets des différents types d’occupation du sol et les pratiques anthropiques de gestions associées. Le SOERE dispose de 3 agroécosystèmes (rotation prairie-culture, prairies naturelles et grandes cultures) répartis sur 4 sites dont celui de Laqueuille. Les protocoles du SOERE

comprennent des mesures de base réalisées à intervalles réguliers avec un cahier des charges commun à tous les sites. Ce dernier s’applique pour le suivi du couvert végétal afin d’étudier la dynamique de la biodiversité et ainsi comprendre le rôle fonctionnel dans les cycles du C et du N.[2]

Le SOERE-ACBB est incluse dans l’infrastructure « Analyses et Expérimentations sur les Ecosystèmes » (ANAEE France, depuis 2014), tandis qu’une grande parcelle du site est intégrée dans une infrastructure Européenne de recherche sur les mesures de carbone (ICOS). En France, ICOS est composé de 11 sites d’agroécosystèmes, dont celui de Laqueuille. Le réseau est consacré à l’étude et au suivi des flux de gaz à effets de serres (notamment CO2, N2O et CH4) et la séquestration du C sur le long terme (plus de 20 ans). L’activité principale de chacun des sites est la mesure des échanges écosystème-atmosphère de GES (Gaz à Effet de Serre) et d’énergie à l’aide de la technique des fluctuations turbulentes (Eddy Covariance). Celle-ci s’appuie sur des mesures rapides (10Hz) de différences de concentrations en tenant compte des mouvements d’air. Pour apporter une correction et une interprétation des flux observés, chaque site réalise des mesures (24) directement liées à la végétation. Celles-ci sont effectuées dans le temps et dans l’espace selon les normes ICOS[3].

Le site de Laqueuille dispose d’appareils de mesures de flux (CO2 et H2O) sur deux parcelles, pâturées par des bovins depuis 2002, dont la gestion est différente (Intensive et Extensive) autour de mâts. Sur la parcelle intensive (5,6 ha), il y a un chargement animal* de 1,1 UGB*/ha/an (Unité Gros Bétail) avec des apports engrais minéraux à hauteur de 210 unités d’N/ha/an contre seulement 0,5 UGB*/ha/an et aucun apport pour la parcelle extensive (3,8 ha). Ces mesures sont complétées par des analyses de flux de protoxyde d’azote (N2O), méthane (CH4) ainsi que des relevés météorologiques et de concentrations de C et de N dans le sol.

Pour la conformité du cahier des charges d’ICOS, la parcelle intensive a été agrandie (2,8 à 5,6 ha) englobant une parcelle anciennement fauchée (annexe 1). Afin d’analyser des éventuelles différences au sein de la nouvelle parcelle ICOS, composée d’une parcelle anciennement fauchée et une parcelle pâturée, une partie du stage comprend la comparaison des résultats de ces deux zones étude. Le sujet de stage comprend deux volets :

- Comparaison des protocoles SOERE et ICOS

Mise en place et mise en œuvre des protocoles de mesure de terrain selon le cahier des charges d’ICOS (plan d’échantillonnage spatio-temporelle, organisation du travail, traçabilité) de mesures tout en respectant le cahier des charges SOERE

- Comparaison des mesures entre les deux protocoles

Comparaison des mesures de végétation (hauteur/densité de végétation, biomasses, qualité biomasse*, surfaces foliaires, pâturages, etc.) ; SOERE (grille de prélèvements réguliers) / ICOS (grille de prélèvements irréguliers, avec approche géospatiale, agrandissement de la parcelle)

II) Matériels et méthodes

II.1) Site expérimental de Laqueuille

II.1.1) Description

Le site expérimental de l’UREP dédié aux mesures de flux atmosphériques est situé sur la commune de Laqueuille (Puy de Dôme) à 40 kilomètres de Clermont-Ferrand. Ce dispositif est constitué de 10 ha de prairie permanente de moyenne montagne (1040 m d’altitude) avec une température moyenne annuelle de 8°C et une précipitation annuelle moyenne de 1000mm sur 10 ans. Le sol est un andosol (argile 16%, limon 56%, sable 28%) d’une profondeur de 35 à 85 cm qui repose sur une roche basaltique. La gestion expérimentale est réalisée en collaboration avec l’Unité Expérimentale Herbipôle. Des études sont menées dans le cadre du SOERE-Agro-écosystèmes, Cycles Biogéochimiques et Biologiques (ACBB) depuis 2002 sur le Cycle du C et du N.

Pour cela le site dispose de deux prairies pâturées (Intensive et Extensive) de Mai à Octobre par des génisses Charolaises et Prim’Holstein. La parcelle intensive a un chargement de 1.1 UGB*/ha/an soit environ 20 génisses contre 0.5 UGB*/ha/an soit 12 génisses. Un apport d’engrais minéraux de N (210kg de N/ha/an) est effectué uniquement sur la parcelle intensive. Cette dernière sur laquelle vient s’insérer le projet d’ICOS depuis 2011 dispose d’une batterie d’instruments permettant de mesurer les flux de CO2, d’H2O de N2O mais aussi des données météorologiques, afin de permettre d’estimer les flux de GES, le bilan de carbone et notamment la séquestration de celui-ci. Les protocoles du SOERE comprennent des mesures de base réalisées à intervalles réguliers.; outre les variables d’environnement (météorologie, température et humidité du sol), sont mesurées la productivité et la qualité des biomasses (cage de végétation), les variables d’état du couvert végétal (composition botanique tous les ans,biomasses saisonnières), les variables d’état du sol (caractéristiques

Figure 2 : Nouveau mât de mesures de flux (CO₂,H₂O,CH₄) ICOS avec plaquettes explicatives

Source INRA Figure 1: Station météorologique du dispositif

expérimental SOERE-ICOS de Laqueuille avec des capteurs de mesures de rayonnements (global, direct, diffus), vents, pluviométrie, température, humidité du sol et de l’air, hauteur de neige, etc.

Source INRA

Figure 3 : Analyseur de méthane (CH4) couplé aux autres mesures de flux

Source INRA

Figure 4 : Chambres statiques automatiques de mesures N₂O sur la parcelle intensive Source INRA

chimiques, matières organiques), ainsi que la composition de la solution du sol (C, N, bi-mensuel)[2].

II.1.2) Équipements

La parcelle « intensive » sur laquelle porte le sujet de stage est équipée d’une station météorologique (figure 1). Cette dernière est associée à une centrale d’acquisition, ce qui permet d’obtenir toutes les 30 min des moyennes du rayonnement global, de la température de l’air et du sol, de la vitesse et la direction du vent et des précipitations. Les flux atmosphériques du CO2, H2O, N2O et CH4 sont mesurés. Les flux nets de CO2 et d’H2O de l’air sont quantifiés par la méthode des fluctuations turbulentes en continu grâce à des analyseurs infrarouges hautes fréquences (Li 7200 et Li 7500) couplés à un anémomètre en haut d’un mât de 2 mètres (figure 2). Sur ce même principe le CH4 est mesuré et détecté par un analyseur laser (figure 3). Les flux de N2O sont mesurés à l’aide d’un analyseur N2O et de 8 chambres statiques automatiques (figure 4).

Compte tenu du cahier des charges d’ICOS sur les mesures de fluctuation turbulente (figure 5), un agrandissement de la parcelle intensive (2,8 à 5,6 ha) et un déplacement du mât de celle-ci a été nécessaire enfin d’ajuster la taille de la parcelle à l’ « empreinte du mât ». Ceci permet d’éviter que les mesures d’échanges gazeux débordent sur la parcelle extensive ou de fauche. Cet agrandissement a donc engendré une adaptation des mesures réalisées pour qu’elles puissent être réparties sur l’ensemble de la parcelle. De plus, elles doivent être en nombre suffisant pour avoir une meilleure représentativité. Le sujet de stage consiste ainsi à la mise en place de protocoles adaptés à la nouvelle surface de la parcelle intensive. Ceux-ci doivent respecter les attentes d’ICOS tout en restant faciles à mettre en place.

Tableau I : Comparatif des protocoles SOERE et ICOS selon le type de mesure

Type de mesure Variable Protocole SOERE ICOS

Production Biomasse >5cm

Biomasse offert 10 cages 20 cages

Production potentielle (sous

cage)

10 cages /

Biomasse ingéré / 5 + 5 cages

Production

Biomasse <5cm Collet /

10 points (3 fois pas an)

Biomasse Litière / 20 cages

Qualité biomasse

Groupe

fonctionnelle 10 cages oui

Nutriments 10 cages /

Estimation biomasse

Hauteur l’herbe 50 point /

Herbomètre à

plateau / 20 cages

GAI 10 cages 20 cages

Biodiversité et fonctionnement

Traits fonctionnels _dominantesEspèces 30 points

Diversité d’espèces oui oui

Figure 5 : Schéma de mesures de flux par la méthode des fluctuations

turbulentes (Eddy Covariance)

en rouge : les émissions en bleu : les fixations

II.2) Analyse des protocoles imposés par l’infrastructure

de recherche ICOS

Depuis l’inscription du site SOERE-ACBB Laqueuille dans le projet ICOS, les « nouvelles » mesures qui sont effectuées dans le cadre de ce projet doivent respecter certaines normes et consignes données dans des instructions et protocoles fournis par l’infrastructure. Ces derniers sont établis pour l’ensemble des 60 stations de mesures du réseau européen (17 pays) représentant les différents écosystèmes (cultures, prairies, forêts et zones humides). La norme, comprenant le nombre et le type de mesures à réaliser pour une prairie pâturée ainsi que leurs méthodes sont référencées dans ces documents[5].

II.2.1) Recherche et analyse des différents types de

mesures à mettre en place

La lecture et l’analyse des différents instructions et protocoles[6] [7] [8] [9] [10] [11] a fait ressortir les différentes mesures et leur méthode associée à réaliser sur la parcelle intensive du site de Laqueuille. Il s’avère que ces documents reprennent une majorité des analyses déjà effectuées dans le cadre du SOERE, cependant les méthodes et leur nombre de répétitions varient (Tableau I).

En exemple, des mesures de biomasse aérienne ou de l’Aboveground Biomass (AGB) sont effectuées. Celle-ci correspond à la biomasse* sèche de la végétation sur pied qui est ramenée par unité de sol (exemple : kg de Matière Sèche (MS)/ha ou g de MS/m²). Elle est déterminée de manière destructive (avec prélèvement) à partir d’un échantillon d’herbe récolté sur une surface connue ,un quadrat (figure 6). Pour ICOS, l’objectif principal de cette mesure est de pouvoir estimer l’Aboveground Net Primary Production* (ANPP) ou Production Primaire Nette Annuelle* (PPNA). Cette dernière est une composante essentielle pour déterminer notamment le bilan annuel des écosystèmes prairiaux en carbone. Ce dernier va permettre d’avoir un aperçu sur la

Figure 6 : Quadrat (80 x 80cm) et

mini-tondeuse pour réaliser les prélèvements de biomasse

Source personnelle

Figure 7 : Cage d'exclusion de pâturage

(80 x 80 cm). Elle permet de protéger l’herbe du pâturage pour les mesures de production de biomasse.

Source personnelle

Figure 8 : Herbomètre "Stick" et sa

commande d'enregistrement de hauteur d'herbe et de nature de contact végétal

Source personnelle

Figure 9 : Herbomètre

enregistreur à plateau pour mesures la densité d’herbe

capacité de stockage en C de la prairie et ses réponses aux changements environnementaux et de gestion.

Contrairement à une prairie fauchée où la production est quantifiée par le ramassage de l’herbe, une estimation de la production potentielle d’une prairie pâturée est faite. Cependant la biomasse* sur pieds (« offerte aux animaux ») est quantifiée et soumise à une analyse qualitative. Pour estimer l’AGB* offerte aux animaux et l’AGB* ingérée par ceux-ci, il est nécessaire d’utiliser des cages d’exclusion de pâturage (figure 7) pendant la période de pâturage afin d’éviter que l’herbe ne soit mangée. Pour réaliser une analyse spatio-temporelle, les cages sont régulièrement déplacées pour tenir compte de la pousse non-linéaire de l’herbe.

Une approche non destructive (ou indirecte) de l’AGB* peut être menée avec des mesures telles que des hauteurs d’herbe avec un « stick » (figure 8) ou des estimations à l’aide d’un herbomètre à plateau (figure9).

Pour une estimation de la ANPP venant de la base rase du couvert végétal (collets) et la biomasse sénescent (litière), ceux-ci sont récoltés dans l’ordre suivant : l’AGB* est coupée puis les collets et enfin la litière est collectée au sol. On estime que les collets correspondent aux 5 premiers centimètres de la partie aérienne (entre la tige et les racines). La litière quant à elle correspond à la matière végétale qui s’est détachée de la plante et qui est tombée au sol. Elle peut être verte ou non, et comporte les résidus de récoltes et elle est considérée comme humus lorsqu’elle se situe à un stade de décomposition avancée. Les collets et la litière sont exprimés en g de MS/m².

La hauteur d’herbe est évaluée grâce à un outil, simple d’utilisation, herbomètre à plateau. Celui-ci est composé d’une plaque horizontale de poids et de taille définis (270g et 0,09 m2) qui est traversée perpendiculairement et au centre par une barre graduée. Une mesure s’effectue par un simple abaissement de la plaque sur la végétation et par lecture sur la barre de la valeur correspondante. La hauteur de la plaque sur la végétation permet d’obtenir une mesure combinée de la hauteur de l’herbe et de la densité de biomasse*. Ces deux mesures peuvent être liées linéairement à l’AGB* mais aussi au Green Area Index* (GAI, indice de surface verte*).

Figure 10: Schéma des principaux échanges gazeux plante/atmosphère

Source personnelle

A

B

Figure 11 : Ceptomètre linéaire AccuPAR LP-80 mesurant l’interception lumineuse

dans le couvert végétal (A) et son capteur de PAR externe mesurant le rayonnement direct(B)

Ce dernier correspond à la demi-surface de la partie photosynthétique active de la végétation sur pied. Ainsi cette mesure est exprimée par unité de surface au sol soit en m².m-². Dans une prairie, sa valeur varie entre 0 et 5-7 m².m-². La partie photosynthétique active correspond à toutes les parties aériennes vivantes de la plante qui pratiquent la photosynthèse soient les feuilles mais aussi la tige, les fleurs… Le GAI* va notamment permettre pour ICOS d’expliquer la variabilité saisonnière et interannuelle des flux de GES mesurés dans l’écosystème. En effet, les flux de CO2 notamment sont fortement corrélés au GAI*. Ceci s’explique simplement par le fait que ce sont principalement les parties photosynthétiques qui utilisent du CO2 pour la photosynthèse et qui en émettent lors de la respiration (figure 10). Cet indice varie spatialement selon la variabilité des propriétés du sol, de l’intensité de pâturage mais aussi de la composition des espèces, leur vitesse de croissance associée, …etc.

Le GAI* peut être obtenu à partir d’un échantillonnage ou d’une méthode indirecte. Cette dernière, à l’aide d’un ceptomètre linéaire AccuPAR LP-80, (figure 11) peut être utilisée d’après les documents ICOS pour une prairie si elle est couplée avec une méthode directe. Celle-ci est effectuée à partir d’un échantillon d’herbe coupé sur une zone d’herbe donnée. Après formation d’un sous échantillon si nécessaire, la demi-surface est obtenue à partir des mesures directes des végétaux, l’aide d’un planimètre et d’un logiciel couplé par balayage du matériel végétal.

II.2.2) Lieu et répartitions des mesures à réaliser

Les stations ICOS sont ordonnées selon 3 classes qui correspondent à leur niveau d’exigence des mesures dans le projet. La classe 1 correspond au niveau d’exigence le plus élevé. Ainsi le site de Laqueuille fait partie de cette catégorie.

Un niveau 1 ICOS exige qu’un plan d’échantillonnage spatio-temporel soit fait à partir d’une carte préalablement envoyée. Celle-ci doit comprendre la taille de la parcelle avec les zones d’exclusion, non représentatives pour les prélèvements. Ces dernières sont des zones de la parcelle avec une absence d’herbe causée par exemple par un piétinement excessif (ex: proximité de l’abreuvoir). Ainsi ICOS fournit 20 zones de prélèvements (SP I) réparties aléatoirement sur la parcelle et d’un rayon de 10 m.

Figure 12 : Carte de la parcelle ICOS (intensif et fauche) avec les zones de mesures (SP-I) sur l'aire d'échantillonage Source INRA/ICOS

Figure 13: Exemple de la répartition des points d'échantillonage géoréférencés (SP-II) dans une zone (SP-I) en bleu : SP-II principaux en gris : SP-II de réserve

Celles-ci sont éloignées de 10 mètres au minimum du bord de la parcelle ou d’une zone impropre et 2 zones doivent être espacées de 20 m l’une de l’autre (figure 12). Dans chaque zone, 5 points principaux (SP II) de prélèvements sont répartis et fournis avec leur coordonnées GPS ainsi que 15 points de réserves si jamais un point principal ne peut pas être utilisé (ex: présence de roche) (figure 13).

L’ensemble des mesures est répété dans le temps avec un minima de 5 mesures de biomasse* par an. Deux mesures doivent être espacées au maximum de 3 à 4 semaines, avec une mesure exigée au début de la saison de pâturage (T0), une au moment du pic de végétation et une en fin de saison de pâturage.

Les mesures à effectuer doivent être réparties sur tous les points de mesures SP II principaux pour chacune des zones SP I et sur l’ensemble des dates de prélèvements. Pour une meilleure compréhension, un tableau récapitulant l’ensemble des mesures a été réalisé, avec la méthode dont celles-ci doivent être effectuées dans l’espace et le temps ainsi que le nombre de répétitions associé.

II.3) Mesures (mode d’emploi, matériels nécessaires, …)

A travers des instructions et des protocoles d’ICOS, il est possible de noter les méthodes préconisées et/ou imposées par l’infrastructure européenne. Tout d’abord, l’AGB est mesuré sur l’ensemble des 20 zones SP I, sur lesquelles 3 mesures sont réalisées dont les emplacements sont préalablement déterminés (cf. SP II, 60 mesures par date). De manière à utiliser tous les SP II principaux, il était nécessaire de procéder à un roulement afin d’établir un plan d’échantillonnage.

Avant de procéder à des mesures destructives, le protocole prévoit un ensemble de mesures non destructives sur les mêmes points (SP-II), avec un herbomètre à plateau et un ceptomètre (GAI). Les résultats obtenus seront couplés avec ceux obtenus par une méthode destructive, par prélèvement d’échantillon d’herbe. Pour procéder au prélèvement, ICOS exige de couper l’herbe à 5 cm du sol dans un quadrat de minimum 25x25cm et garder la même taille de quadrat pendant toute la durée des mesures pour ICOS. Ce dernier doit être orienté Nord-Sud et placé au centre du SP II. L’échantillon

Figure 14 : Mesure de hauteur d'herbe et de la

nature du premier contact à l'aide d'un herbomètre enregistreur "Stick"

est ensuite mis au congélateur en attente d’être trié pour éviter la perte d’eau. Après le tri du matériel végétal vert et du mort, et selon les groupes fonctionnels* (Légumineuses, Graminées et Dicotylédones), les échantillons obtenus sont mis à l’étuve à 65°C pour séchage puis pesés.

La mesure non destructive est quant à elle déterminée sur 60 points grâce à un herbomètre à plateau ou un herbomètre enregistreur. Pour l’herbomètre à plateau, la simple pression exercée par la plaque de surface et de masse connues permet d’obtenir une hauteur/densité. Les résultats seront notés en attente d’être exploités.

L’herbomètre stick permet d’enregistrer la hauteur à laquelle se trouve le premier contact (le brin d’herbe le plus haut). Pour cela, il suffit de faire coulisser le boitier le long d’une barre métallique verticale jusqu’à ce qu’il rencontre le premier matériel végétal (figure 14). Un enregistreur manuel permet ensuite d’attribuer un code d’identification correspondant à la nature du matériel végétal (vert, sec, limbe, épis, etc …). Ceci sert à analyser l’évolution phénologique et fonctionnelle (graminée, dicots, … ) du couvert végétal.

Le GAI* peut être obtenu par des méthodes destructives ou non. Le ceptomètre linéaire est utilisé pour obtenir une estimation de la GAI* sans procéder à des prélèvements. Plus en détail, pour une prise en compte de l’hétérogénéité du couvert, cet outil est composé d’une série de capteurs du rayonnement placés sur une barre « segmentée » de 80cm de long. La surface foliaire est obtenue en mesurant la lumière directe (au-dessus) ainsi que celle diffuse par interception par le couvert végétal (en dessous). La barre de mesure est glissée sous le couvert végétal pour obtenir une mesure de la lumière diffuse. Pour une estimation du rayonnement au-dessus du couvert, un capteur est placé de niveau à 1m du sol pour mesurer la lumière directe. La différence des deux valeurs obtenues correspond à la quantité de lumière interceptée par le couvert végétal. Un des inconvénients de cette méthode est le fait qu’elle ne tient pas compte de la nature de la composition du couvert (sénescent ou vert), c’est pourquoi une méthode destructive est utilisée pour apporter une correction. Cette dernière est effectuée à partir d’un prélèvement de biomasse* effectué (demi-surface) par passage du matériel végétal dans un planimètre.Celui-ci mesure l’absorption de la lumière pour en déduire la surface

Figure 15 : GPS Trimble avec son carnet de

bord sur la canne et la base géoréférencée

foliaire en appliquant des équations (annexe 2). Le GAI* (en m².m-2_{) est calculé en}

divisant la surface totale du couvert par la surface de sol sur laquelle le prélèvement a été obtenu. A partir de la valeur obtenue du GAI et AGB, il est possible d’obtenir une estimation de la production de biomasse par une méthode non destructive.

III) Résultats et Interprétation

III.1) Propositions de dispositifs à mettre en place

Pour la mise en place des protocoles d’ICOS, une des premières contraintes majeures est le fait que la parcelle soit pâturée en continue par des animaux, pendant la période de croissance des plantes. En effet, le repérage des points de prélèvements est rendu plus difficile car ceux-ci ne pouvant pas être localisés par des jalons, qui seraient cassés ou déplacés par les animaux ou les véhicules circulant sur la parcelle.

Compte tenu de ceci, la seconde contrainte rencontrée à la mise en place du protocole fût la précision du lieu de mesure et du matériel de mesure (GPS) que cela nécessite. En effet, les points de prélèvement étant indiqués puis déclarés par leurs coordonnées, il serait donc nécessaire de se rendre sur la parcelle avec un GPS d’une précision centimétrique (ex : Trimble). Ce dernier fonctionne avec une base géo référencée qui communique avec un mobile situé sur une canne équipée (2m) d’un niveau à bulle (figure 15). Cependant, l’utilisation du GPS pour un grand nombre de points est contraignante du fait qu’il soit nécessaire de se déplacer et qu’il doit rester plus ou moins à la verticalité. Il a donc été nécessaire de réfléchir à une méthode plus pratique et mobile à mettre en place tout en conservant une précision suffisante pour répondre aux attentes d’ICOS.

De ce fait, l’implantation des SP-I est réalisée à l’aide de pastilles en caoutchouc au sol, qui sont placées grâce au GPS Trimble. Pour faciliter l’utilisation, les positions des SP-II (60 points par campagne) sont données à l’aide d’un tableau comprenant la distance et l’angle par rapport au SP I. Finalement, par utilisation d’une

A

B

Figure 16 : Schémas récapitulatifs de l'ensemble des mesures pour ICOS (A) et des méthodes employées pour le prélèvement des biomasses (B)

boussole numérique (GPS Garmin) et en réalisant des pas pour la distance (inférieure à 10m), il est possible de conserver une justesse suffisante pour rentrer dans l’approximation à 0,5 m demandée par ICOS.

En ce qui concerne, les prélèvements de biomasse* sur parcelle pâturée (AGB*), il était nécessaire d’adapter les protocoles, afin de rendre les mesures le plus pratiques et efficaces (nombre d’heures, de personnes, qualité et utilisation pour les mesures du SOERE). Par exemple, pour répondre aux exigences d’ICOS, au minimum deux mesures destructives pour la production de biomasse* (AGB*) devaient être réalisées parmi les 10 points de mesures par date. Compte tenu des confusions possibles (choix de point, numérotation, saisies de données) pour la personne en charge des mesures, il a été décidé de procéder à 10 mesures destructives. Ceci permet d’avoir un bon compromis sachant que le nombre de mesures reste le même que celui du SOERE mis en place jusqu’à présent.

Après avoir établi et proposé des protocoles de mesures adaptées à la parcelle de Laqueuille, des schémas simplifiés (figure 16) du dispositif, un plan parcellaire ainsi qu’un calendrier des mesures ont été réalisés.

Analyses :

- Les schémas permettent d’améliorer la compréhension des protocoles ICOS par une visualisation de l’ensemble du dispositif. Ces derniers permettent également la simplification des tâches à réaliser par l’opérateur sur le terrain en lui fournissant des documents concis et faciles à interpréter.

- Le calendrier des mesures permet à l’opérateur d’organiser au mieux son emploi du temps et de gérer son temps. En effet, celui-ci indique les types de mesures à réaliser lors de chaque date, leur emplacement (annexe 3) ainsi que le nombre de répétitions associées.

- Après réalisation chronométrée des premières mesures de GAI*, d’hauteur d’herbe et de prélèvement de biomasse, des préconisations ont émergé. En effet, afin d’optimiser les mesures, il est préconisé que l’ensemble des mesures soient réalisées par deux personnes. Après le repérage du point, où dans un premier

Tableau II : Bilan du temps de travail par étapes de mesures

Figure 17 : Evolution de la hauteur d'herbe et de la nature du

contact au cours d'une saison de pâturage sur les parcelles intensive (A) et extensive (B)

temps une personne fait la lecture du tableau et la 2ème l’orientation (0-360°) et le nombre de pas (mètre), et dans un deuxième temps une personne procède aux relevés de hauteurs d’herbe pendant que la deuxième réalise les mesures de GAI*. Ensuite ces deux mêmes personnes feront les mesures destructives de biomasses* et les collectes de la litière (AGB*). Cette organisation permet de faciliter la prise de mesures, le transport du matériel, réduit les erreurs et permet un gain de temps. Un récapitulatif du temps, du nombre de personnes pour procéder aux mesures, de leur préparation à leur analyse a été réalisé (tableau II).

III.2) Mise en place du dispositif

III.2.1) Mesures de hauteur d’herbe et nature du contact

Pour une comparaison des mesures de deux protocoles (SOERE et ICOS), les données relevant l’évolution de la hauteur d’herbe au cours d’une saison de pâturage (2017) sont présentées (figure 17) en précisant la nature du contact (le plus élevé). Ces valeurs ont été obtenues à l’herbomètre stick (enregistreur) selon le protocole SOERE sur la parcelle extensive (faible chargement animal* et absence de fertilisation minérale) et sur la parcelle intensive (fort chargement animal* et fertilisation).

Ainsi, les deux parcelles montrent une élévation visible du couvert entre Avril et Juillet. Ceci correspond à la période de croissance pour un climat de moyenne montagne. La valeur maximale de la hauteur du couvert végétal est atteinte lors de la floraison/épiaison fin Mai (extensif) et début Juin (intensif).

Une baisse progressive de cette hauteur est constatée jusqu’à l’automne avec la senescence du couvert vers fin Septembre. Cette diminution s’explique par des conditions climatiques moins favorables combinées à une pression de pâturage importante.

La nature du contact varie au cours de l’année. Au début de la saison, les graminées compétitives dominent le couvert végétal. En effet, cette famille de plantes a une

Figure 18 : Evolution de la Biomasse Produite (A) et Offerte (B) selon la gestion de

pâturage.(en bleu : Intensif en rouge : Extensif)

Source personnelle d’après données INRA

B

A

croissance rapide pour un accès à la lumière, indispensable pour la photosynthèse. Des restes de litière de tiges de graminées restent observables. Ceci peut s’expliquer par la composition de ces dernières qui les rend plus longues à se décomposer.

Au mois de Mai, le trèfle peut être aperçu dans les deux traitements quand le couvert est suffisamment bas pour lui permettre un accès à la lumière et ainsi se développer. Le pic de végétation est marqué par la fin de l’épiaison et les premiers épis secs.

Enfin, le couvert plus bas de fin de saison de pâturage, permet d’observer des Dicotylédones et des Légumineuses. Une accumulation de matière morte forme la litière.

La parcelle Intensive a pour rappel un chargement animal* plus important et un apport minéral. Cependant la phénologie est comparable.Il est possible de voir que le couvert végétal est différent de celui de l’extensive que ce soit pour la hauteur ou la nature du contact. Ceci est dû à la pression de pâturage qui retarde l’épiaison au printemps et la senescence à l’automne par rapport à la parcelle extensive ce qui limite l’accumulation de matière morte sur le sol. Par conséquence, la litière n’est plus visible à la saison de l’année suivante.

Concernant le développement d’autres espèces, le trèfle se développe malgré une hauteur d’herbe plus importante en parcelle extensive qu’en intensive. Il est surtout possible de retrouver le trèfle dans les zones rases à la fin de l’été, ce qui participe largement à l’hétérogénéité du couvert végétal extensif.

III.2.2) Mesures de Biomasses* produites et offertes

Le potentiel de production annuelle (figure 18 A) de la parcelle intensive est largement supérieur (plus de 2 fois) à celui de la parcelle extensive. Cependant, celui-ci évolue différemment dans les deux parcelles au cours d’une saison de pâturage.

En effet, la production de biomasse* de la parcelle intensive est élevée au début de la saison puis diminue progressivement lorsque les conditions climatiques sont moins favorables (chaud et sec).

Figure 19 : Biomasse produite ou offerte en fonction de la parcelle et le protocole qui

lui est associé

Protocole du SOERE : parcelle intensive (Laq INT) Protocole ICOS : parcelle Fauche (Laq Fauche)

Quant à la production d’AGB* de la parcelle extensive, elle reste plus ou moins constante tout au long de l’année, compte tenu de sa faible croissance en lien avec sa biodiversité fonctionnelle (espèces exploratrices) et son niveau nutritionnel plus faible que sur la parcelle intensive.

En ce qui concerne la biomasse* disponible (figure 18 B) pour les animaux pâturant sur la parcelle, elle ne suit pas la même tendance que la production potentielle. La Biomasse* offerte de la parcelle extensive est supérieure à celle de l’intensive. Ceci s’explique par une pression de pâturage moins importante (donc moins de défoliation) permettant à la végétation de développer plus de limbes*, tige et fleurs.

La quantité de biomasse* offerte met en évidence les deux périodes de croissance végétatives (Printemps et Automne). Sur la parcelle intensive la biomasse* offerte au mois de Juillet est presque nulle. Ceci est dû à des conditions climatiques pas favorables (chaud et sec) combinées à une pression de pâturage important, qui oblige parfois d’enlever des animaux afin d’adapter le chargement* à la ressource en herbe disponible.

III.3) Comparaison et faisabilité des protocoles

(SOERE/ICOS) entre les parcelles

III.3.1) Résultats des Biomasses

Après l’agrandissement de la parcelle (parcelle pâturée de 6ha), la biomasse* offerte aux animaux (figure 19) est significativement plus importante (en moyenne 0,29 ± 0,07 t MS/ha/date) dans « l’ancienne » parcelle intensive, par rapport à la parcelle fauchée (0,04± 0,01 t MS/ha/date). Ceci peut s’expliquer par la présence d’espèces plus appétentes sur la parcelle de fauche, ce qui entraine un pâturage plus important sur cette zone par rapport à « l’ancienne » intensive. Il y a donc moins de refus sur la parcelle fauchée.

Tandis que la production de biomasse* sous cage est plus élevée dans « l’ancienne » parcelle fauchée (3,10 ± 0,30 t MS/ha/date) que dans la parcelle intensive (1,87 ± 0,45 t MS/ha/date). En effet, la conduite agricole des parcelles étant jusqu’à présent différente en utilisation (fauche/pâturage) et fertilisation (apport N minéral/fumier),

Figure 20 : Biomasse offerte en fonction de la hauteur d'herbe et selon la gestion de la

parcelle (2018)

la biodiversité fonctionnelle ainsi que les espèces dominantes ne sont pas les mêmes. Par exemple, sur une parcelle fauchée, les grandes espèces seront avantagées au détriment d’espèces tel que le trèfle. Alors que sur une parcelle pâturée, la défoliation fréquente par les animaux permettra le développement de plantes herbacées plus petites.

De plus, la sélection naturelle faite par les animaux et par le piétinement sur la parcelle intensive contrairement à un prélèvement uniforme de la parcelle fauchée a créé une hétérogénéité.

III.3.1.1) Comparaison entre biomasse et hauteur d’herbe

La comparaison des mesures destructives versus non destructive ; ici l’évolution de la biomasse* offerte en fonction de la hauteur du couvert végétal (figure 20) confirme des résultats précédents. En effet, la parcelle anciennement intensive offre plus de biomasse* que la parcelle de fauche pour une hauteur quasiment équivalente. Ceci confirme la présence de refus dans cette parcelle étant en pâturage depuis 15 ans. Ces refus sont peu visibles par des mesures de hauteurs malgré le fait qu’un protocole géostatique soit appliqué.

Une comparaison avec la parcelle extensive confirme ceci, montrant deux agglomérats de données : hauteur végétation et biomasse* élevées/faible biomasse* et faible hauteur. De plus, pour obtenir la même biomasse* offerte, le couvert de la parcelle extensive doit avoir une hauteur supérieure. Une explication possible est la pression de pâturage* plus importante sur la parcelle intensive. En effet, la coupe régulière des talles* va stimuler la multiplication végétative plutôt que la floraison et ainsi densifier le couvert.

III.3.2) Résultats GAI

Les mesures de PAR obtenues avec le ceptomètre linéaire permet l’étude de la photosynthèse. En effet, la différence entre la lumière incidente (au-dessus) et celle diffuse sous le couvert végétal (en dessous) correspond à la partie de la lumière absorbée par les plantes pour la réalisation de la photosynthèse et l’ombrage.

Figure 21 : Moyenne des trois mesures de PAR par zone selon le mode de gestion

(2018)

Source personnelle d’après données INRA

Figure 22 : Valeurs de GAI déterminées à partir des mesures du PAR selon la parcelle

Source personnelle d’après données INRA

PA R ( µm ol d e ph ot on s. m -2.s -1)

Les mesures pour les deux parcelles (Intensive et Extensive) et les anciennes conduites d’élevages sont données dans le graphique (figure 21). Il est donc possible d’observer une grande hétérogénéité des valeurs obtenues. Ceci s’explique par le fait que les relevés ont été réalisés à deux dates et ensoleillement différents. Pour une qualité minimale de GAI, le protocole de l’AccuPAR exige un niveau de PAR* entrant

supérieur à 600 µmol.m-2_.s-1 _{pour réaliser la calibration nécessaire à chaque début de}

relevé. De plus, il est indispensable pour la qualité des données de réaliser une série de mesures par un temps ensoleillé ou uniformément nuageux. Il est possible de voir que ces conditions n’ont pas été respectées par des obligations temporelles. Les données récoltées ne sont donc pas d’une qualité suffisante pour pouvoir être exploitées.

Concernant le GAI*, on observe une large hétérogénéité des mesures (figure 22) ce qui est cohérent avec les refus de la parcelle. En effet, le GAI* de l’ancienne parcelle « fauchée » est significativement plus faible (0,24±0,02 m2/m2) qu’en intensif (0,39±0,04 m2/m2) ou en extensif (0,38±0,07 m2/m2) ce qui valide les résultats de biomasse* offerte.

III.3.2.1) Comparaison entre GAI destructive et non-destructive (ceptomètre versus planimètre)

Une comparaison des GAI* par mesure destructive (planimètre) et non destructive (ceptomètre), montre une relation forte entre les deux approches avec un coefficient de détermination R² de 0,73 (figure 23). Les valeurs de GAI* mesurées par surface foliaire sont généralement plus faibles que celles du ceptomètre (coefficient directeur de 0,58) avec un biais (ordonnée à l’origine de 0,26). Ceci s’explique par la différence entre la mesure du couvert végétal en verticale au champ (interception de la lumière) ou en horizontale au laboratoire après un tri de biomasses. Les interceptions de lumière à travers un couvert végétal sont plus importantes qu’en mesure individuelle à cause des chevauchements des feuilles.

Figure 23 : Résultats de GAI non destructives en fonction du GAI destructive

Conclusion

La mise en place des mesures et des protocoles ICOS a entraîné un nombre conséquent de modifications du cahier des charges protocolaires par rapport à ceux du SOERE appliqués jusqu’à présent. En effet, les exigences de l’infrastructure ICOS étant plus importantes (nombre de répétitions), avec des lieux de mesures géoréférencés (localisation GPS), un compromis entre protocole de mesures, faisabilité (personnel technique impliqué) et représentativité du terrain a dû être trouvé. Celui-ci permet de convertir les résultats d’un protocole à l’autre (ICOS vers SOERE). De ce fait, le suivi de la croissance de la biomasse* prairiale (par méthodes destructives et non destructives, par la hauteur d’herbe et par la mesure de surfaces foliaires) exige un matériel de mesures (terrain et laboratoire) et du personnel (nombre et temps) importants. Une réflexion approfondie était nécessaire avec l’ensemble de l’équipe afin de mettre en place des pratiques faciles et économes en temps tout en fournissant des données de qualité avec une traçabilité.

Les résultats de hauteur de l’herbe et la nature du contact, en lien avec la biomasse* produite et offerte, ont permis de mettre en évidence les effets que peuvent avoir l’intensité d’utilisation (conduite d’élevage) d’une prairie pâturée.

En effet, une comparaison des résultats des années précédentes montre que la fertilisation et le chargement animal influence la biodiversité fonctionnelle d’une prairie. Par exemple, la diversité botanique est différente avec des espèces végétales à stratégie de croissance plus ou moins rapide selon la fertilité du milieu (intensif/extensif). Enfin, les premières mesures réalisées durant le stage, sur la nouvelle parcelle ICOS (composée de deux parcelles : une intensive et une fauchée), a révélé une certaine hétérogénéité. Ayant un couvert plus appétissant pour les bovins, la partie anciennement fauchée a été plus pâturée que l’intensive (hauteur végétale et surface foliaire en moyenne plus faibles : moins de zone de refus).

Néanmoins, il est difficile à savoir combien de temps l’ancienne parcelle de fauche va mettre, pour tendre vers un fonctionnement semblable (production, botanique, bilans de flux, sol) à celle de la parcelle intensive, pour former un écosystème à part entière.

BIBLIOGRAPHIE

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26-mars-2012. [En ligne]. Disponible sur:

https://www1.clermont.inra.fr/urep/activites/index.htm. [Consulté le: 23-avr-2018]. [2] INRA, « Système d’Observation et d’Expérimentation pour la Recherche en Environnement ACBB », INRA, 08-juin-2017. [En ligne]. Disponible sur: http://www.ara.inra.fr/Outils-et-Ressources/SOERE. [Consulté le: 24-avr-2018]. [3] ICOS, « ICOS Ecosystèmes France », ICOS Ecosystèmes France, 2013. [En

ligne]. Disponible sur: http://icos-eco.fr/. [Consulté le: 23-avr-2018]. [4] F.LOUAULT et K.KLUMPP, « Démarche expérimentale ». 2015.

[5] ICOS, INRA, et CNRS, « INAUGURATION DU RÉSEAU NATIONAL ECOSYSTÈMES DE L’INFRASTRUCTURE EUROPÉENNE ICOS ». 18-sept-2015.

[6] M.Op de Beeck, S.Sabbatini, et D.Papale, « ICOS Ecosystem Instructions for Ancillary Vegetation Measurements in Grasslands ». ICOS Ecosystem Thematic Centre, 29-janv-2018.

[7] M.Op de Beeck, S.Sabbatini, et D.Papale, « ICOS Ecosystem Instructions for AccuPAR LP-80 Ceptometer Instrument Use ». ICOS Ecosystem Thematic Centre, 24-mai-2017.

[8] D. Loustau, C. Aluome, et D.Papale, « ICOS Ecosystem Instructions for Foliar Samples Collection and LMA Ratio Determination ». ICOS Ecosystem Thematic Centre, 15-avr-2018.

[9] D. Papale et G. Nicolini, « ICOS Ecosystem Instructions for Setting Up the Spatial Sampling Scheme ». ICOS Ecosystem Thematic Centre, 02-août-2017.

[10] M.Op de Beeck et D.Papale, « ICOS Ecosystem Instructions for Site Characterization Measurements in Grasslands ». ICOS Ecosystem Thematic Centre, 17-mai-2017.

[11] D. Papale, E. Canfora, et D. Polidori, « ICOS Ecosystem Instructions for Use the ICOS BADM ». ICOS Ecosystem Thematic Centre, 13-oct-2017.

Table des sigles et abréviations

Sigle / Acronyme

Signification

ACBB Agro-écosystèmes, Cycles Biogéochimiques et Biologiques

AGB Aboveground Biomass

ANPP Aboveground Net Primary Production

C Carbone

EC Eddy Covariance

EFPA Écologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques

EPST Établissement Public à caractère Scientifique et Technologique

GAI Green Area Index

GDEC Génétique Diversité et Écophysiologie des Céréales

GES Gaz à Effet de Serre

ICOS Integrated Carbon Observation System

INRA Institut National de la Recherche Agronomique

IRSTEA Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour

l’Environnement et l’Agriculture

MS Matière Sèche

N Azote

PAR Photosynthetically Active Radiation

PHACC Phénotypage Au Champ des Céréales

PIAF Physique et physiologie Intégratives de l’Arbre en environnement

Fluctuant

PPNA Production Primaire Nette Annuelle

SOERE Système d’Observation et d’Expérimentation pour la Recherche en

Environnement

Glossaire

Agroécologie :Démarche scientifique attentive aux phénomènes biologiques qui

combine développement agricole et protection/régénération de l’environnement naturel.

Agrosystème :Écosystème modifié et contrôlé par l'Homme et dédié à l'exercice de

l'agriculture (cultures, élevage, échanges de produits, …)

Andosol : Sol humique peu évolué de montagne avec une couche supérieure riche en

matière organique et une roche mère d’origine volcanique

Biodiversité fonctionnelle : Diversité des espèces vivantes présentes dans un milieu

ayant un impact positif sur le développement durable

Biologie désintégrative : Concept reposant sur l’association de données allant du

génome à la plante entière et de la plante entière au peuplement du champ cultivé

Biomasse : Masse de matière vivante végétale présente à un moment donné dans un

milieu donné.

Chargement animal : nombre de bovins en UGB par hectare de prairie Source :http://agreste.agriculture.gouv.fr/IMG/pdf/R2506A26.pdf

Écosystème :Ensemble vivant formé par un groupement de différentes espèces en

interrelations (nutrition, reproduction, prédation…), entre elles et avec leur environnement (minéraux, air, eau), sur une échelle spatiale donnée.

Écophysiologie : Discipline scientifique qui cherche à comprendre les réponses

comportementales et physiologiques d’un organisme dans son environnement et face à des contraintes (hydriques, températures, nourriture, etc)

Épiaison : Stade phénologique correspondant à l’apparition de l’épi hors de la gaine de

la dernière feuille

Fluctuations turbulentes : Transport des molécules est gouverné par des turbulences

dues au mouvements d’air.

Groupe fonctionnel :Regroupement d’espèces végétales selon des similarités de leurs

attributs biologiques.Ici, les Légumineuses (Fabacées), les Graminées (Poacées) et les plantes diverses (Dicotylédones) constitue les trois groupes fonctionnels.

Indice de Surface verte : La moitié de la surface photosynthétiquement active totale de

Limbe : Partie élargie d’une feuille située au bout d’un pétiole.

Phénotypage : Détermination des caractères apparents (phénotype) d’un individu Pression de Pâturage : Fréquence à laquelle l’herbe va être coupée par les animaux. Rayonnement Photosynthétiquement Actif : Rayonnement dont les longueurs

d’ondes sont comprises entre 400 et 700 nm (domaine visible) et utilisé par les plantes pour la photosynthèse

Talle : Pousse formée à partir d’un bourgeon proche de la base de la plante

Unité Gros Bétail (UGB) :Unité de référence permettant de calculer les besoins

nutritionnels ou alimentaires de chaque type d’animal d'élevage.Elle permet par extension d'évaluer les surfaces nécessaires pour l'élevage de ces animaux.

Lexique

Anglais Traduction en français

Aboveground Biomass(AGB) Biomasse aérienne

Aboveground Net Primary Production(ANPP) Production Primaire Nette Annuelle

Dry Matter(DM) Matière Sèche

Green Area Index(GAI) Indice de surface verte

Photosynthetically Active Radiation (PAR) Rayonnement Photosynthétiquement

Table des figures

N° Titre de la figure Source

Figure 1

Station météorologique du dispositif expérimental SOERE-ICOS de Laqueuille avec des capteurs de mesures de rayonnements (global, direct, diffus), vents, pluviométrie, température, humidité du sol et de l’air, hauteur de neige, etc.

INRA

Figure 2 Nouveau mât de mesures de flux (COplaquettes explicatives Analyseur de méthane (CH4) couplé2,H2O,CH4) ICOS avec

aux autres mesures de flux INRA

Figure 3 Analyseur de méthane (CH4) couplé aux autres mesures de_flux INRA

Figure 4 Chambres statiques automatiques de mesures N2O sur la

parcelle intensive INRA

Figure 5 Schéma de mesures de flux par la méthode des fluctuations_{turbulentes (Eddy Covariance)}

Personnelle d’après https://www.licor.com/env/p roducts/eddy_covariance/sy

stem_config.html

Figure 6 Quadrat (80 x 80cm) et mini-tondeuse pour réaliser les_{prélèvements de biomasse} INRA

Figure 7 protéger l’herbe du pâturage pour les mesures de production Cage d'exclusion de pâturage (80 x 80 cm). Elle permet de

de biomasse. INRA

Figure 8 Herbomètre "Stick" et sa commande d'enregistrement de_{hauteur d'herbe et de nature de contact végétal} INRA

Figure 9 Herbomètre enregistreur à plateau pour mesures la densité_d’herbe Personnelle

Figure 10 Schéma des principaux échanges gazeux plante/atmosphère Personnelle

Figure 11 Ceptomètre linéaire AccuPAR LP-80 mesurant l’interceptionlumineuse dans le couvert végétal (A) et son capteur de PAR

externe mesurant le rayonnement direct(B) Personnelle

Figure 12 Carte de la parcelle ICOS (intensif et fauche) avec les zones de_{mesures (SP-I) sur l'aire d'échantillonage} INRA/ICOS

Figure 13 Exemple de la répartition des points d'échantillonage_{géoréférencés (SP-II) dans une zone (SP-I)} INRA/ICOS

Figure 14 Mesure de hauteur d'herbe et de la nature du premier contact à_{l'aide d'un herbomètre enregistreur "Stick"} INRA

Figure 16 Schémas récapitulatifs de l'ensemble des mesures pour ICOS(A) et des méthodes employées pour le prélèvement des

biomasses (B) Personnelle

Figure 17 cours d'une saison de pâturage sur les parcelles intensive (A)Evolution de la hauteur d'herbe et de la nature du contact au

et extensive (B)

Personnelle d’après données INRA

Figure 18 Evolution de la Biomasse Produite (A) et Offerte (B) selon la_{gestion de pâturage} Personnelle d’après

données INRA

Figure 19 Biomasse produite ou offerte en fonction de la parcelle et le_{protocole qui lui est associé} Personnelle d’après

données INRA

Figure 20 Biomasse offerte en fonction de la hauteur d'herbe et selon la

gestion de la parcelle (2018)

Personnelle d’après données INRA

Figure 21 Moyenne des trois mesures de PAR par zone selon le mode de

gestion (2018)

Personnelle d’après données INRA

Figure 22 Valeurs de GAI déterminées à partir des mesures du PAR selon

la parcelle

Personnelle d’après données INRA

Figure 23 Résultats de GAI non destructives en fonction du GAI

destructive

Personnelle d’après données INR

Table des tableaux

N° Titre du tableau Source

Tableau I Comparatif des protocoles SOERE et ICOS selon le type de_mesure Personnelle

Tableau

Table des Annexes

Annexe 1 : Carte du dispositif expérimental de Laqueuille ( 1/2500°)

Annexe 2 : Equations pour déterminer la GAI avec les données du ceptomètre AccuPar LP-80 (Instructions for ancillay vegetation measurements in Grasslands) Annexe 3 : Calendrier des mesures

Annexe 1 : Carte du dispositif expérimental de Laqueuille ( 1/2500e₎