Relations entre la structure d'une communauté végétale et la dynamique de la matière organique du sol

• Cathy Neill
  Doctorante, Laboratoire d'Ecologie, Paris 6 (France)
• Dr. Jacques Gignoux
  Chercheur CNRS, Laboratoire d'Ecologie, Paris 6 (France)

Evaluer l'impact local et global des activités humaines sur l'environnement passe non seulement par une compréhension approfondie des cycles de nombreux éléments chimiques, mais aussi par la capacité de les modéliser. Parmi ces éléments, le carbone arrive en première ligne en raison du brutal réchauffement que pourrait provoquer la non moins brutale augmentation de CO_{2} dans l'atmosphère terrestre. Les plantes, producteurs primaires, et les autres compartiments de la biocénose, notamment les décomposeurs, interagissent avec le cycle du carbone via plusieurs processus : celui de la production de matière organique vivante et celui de la décomposition et de la minéralisation de matière organique morte. D'où l'importance des relations entre la biodiversité et ces processus à l'échelle de l'écosystème, qui sont aujourd'hui un axe de recherche privilégié.

Il ressort du débat en cours sur les relations entre biodiversité et fonctionnement des écosystèmes, que la composition d'une communauté végétale semble jouer un rôle plus important sur le contrôle des processus écosystémiques que le nombre d'espèces en jeu. En effet, les espèces d'une communauté diffèrent par leurs caractéristiques fonctionnelles, c'est-à-dire les traits qui déterminent chez les individus les processus évoqués plus haut. Ces différences interspécifiques ont, a fortiori, des conséquences à l'échelle de l'écosystème. L'objectif de cette thèse est de modéliser les processus de production et de décomposition, et, partant, la dynamique du carbone du sol, en utilisant des traits fonctionnels simples, propres à une espèce, et non à un individu, voire à une feuille d'individu comme c'est le cas dans de nombreux modèles de croissance végétale. Certains de ces traits peuventêtre définis d'un point de vue théorique, et leur mesure se faire de façon indirecte, via la modélisation. C'est le cas, par exemple, des "besoins" d'un organisme en ressources diverses.

L'originalité de la démarche proposée est d'appliquer un formalisme commun aux processus de production et de décomposition car ils sont l'un et l'autre la résultante de la croissance d'organismes, les plantes dans un cas, les microorganismes de l'autre. Le formalisme adopté considère un organisme dans sa totalité, quel qu'il soit, et en calcule la croissance en fonction des flux entrants respectifs de plusieurs ressources non substituables : carbone et azote pour les microorganismes, lumière, eau et azote pour les plantes. Il constitue une avancée par rapport aux modèles actuels de stoechiométrie écologique car il permet de prendre en compte un nombre potentiellement illimité de ressources, ainsi que les situations où ces ressources colimitent la croissance : ce cas de figure, favorisé par l'évolution, est sans doute le plus courant et est susceptible de perturber notablement les dynamiques en jeu, comme cela semble être le cas lors de la décomposition de litière fraîche (ce qu'on appelle le "priming effect"). Les deux modèles seront couplés afin de suivre la dynamique des ressources. A l'échelle de l'individu plante, on supposera que toutes les composantes fonctionnelles de la communauté microbienne sont potentiellement actives. Ainsi on s'intéressera bien à l'effet des traits fonctionnels d'une espèce végétale sur la dynamique de la matière organique du sol.

Dans un second temps, les modèles seront utilisés pour des simulations à l'échelle de la communauté végétale, où celle-ci sera décrite par sa
structure fonctionnelle et spatiale. L'approche adoptée ici est résolument modélisatrice, mais s'appuiera sur des expérimentations de validation.

Impact of grazing on soil N cycling and associated microbial functional groups in savanna ecosystems

Soil microorganisms are of paramount importance for the functioning and stability of ecosystems. In particular, a number of microbial functional groups, in addition to plants, are responsible for the cycling of nitrogen (N). Nitrifiers, denitrifiers and N-fixers largely determine N availability in soils (in terms of both mineral N quantity and NO3-/NH4+ balance), and N losses by nitrate leaching or gaseous N emissions. In grasslands and savannas, herbivores generally enhance soil N cycling (Ruess 1986; McNaughton et al. 1988), which strongly influences plant growth (Loreau, 1995; Leriche et al. 2001 and 2003).
However, whether grazing affects only the activity of the key microbial functional groups driving soil N dynamics, or also affects the cell number and/or composition of these groups remains largely unknown. In Lamto, we study the enzyme activity, cell number and composition of soil microbial functional groups driving N dynamics: nitrifiers, denitrifiers and free N-fixers in field sites experiencing contrasting grazing regimes (no versus intensive grazing) and contrasting N fertilization levels (no inorganic N input versus N input equivalent to 80% of export by herbivores). The community structures of the functional microbial communities are characterized by PCR-RFLP or DGGE targeting group-specific genes.