{"id":1708,"date":"2013-10-14T11:47:52","date_gmt":"2013-10-14T11:47:52","guid":{"rendered":"https:\/\/mycor.iam.inrae.fr\/ARBRE\/?page_id=1708"},"modified":"2015-06-16T11:23:29","modified_gmt":"2015-06-16T11:23:29","slug":"nutrition-et-resilience-a-la-secheresse","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/mycor.iam.inrae.fr\/ARBRE\/?page_id=1708","title":{"rendered":"Nutrition et r\u00e9silience \u00e0 la s\u00e9cheresse"},"content":{"rendered":"

Doctorant\u00a0:\u00a0 <\/strong>Yoran Bornot
\nUniversit\u00e9 \/ Institution\u00a0:\u00a0 <\/strong>Universit\u00e9 de Lorraine
\nDur\u00e9e du contrat \u2014\u00a0<\/strong>Trois ans\u00a0 (2013-2016)<\/p>\n

Titre de la th\u00e8se\u00a0\u2014 <\/strong>Effet du statut nutritif des arbres sur leur r\u00e9silience \u00e0 la s\u00e9cheresse<\/p>\n

\u00c9quipe d\u2019accueil et encadrant(s)\u2014\u00a0<\/strong>
\n\u00c9quipe\u00a0: \u00c9quipe PhytoEcologie,\u00a0UMR INRA-UL (1137) \u00c9cologie et \u00c9cophysiologie Foresti\u00e8res (EEF)<\/p>\n

Directeur de th\u00e8se<\/strong>:\u00a0 Nathalie Br\u00e9da
\nCo-directeur de th\u00e8se:\u00a0 <\/strong>St\u00e9phane Ponton<\/p>\n

______________________<\/p>\n

Contexte \u2014<\/strong>\u00a0Des travaux en dendro\u00e9cologie effectu\u00e9s dans notre laboratoire ont mis en \u00e9vidence l’effet d\u00e9pressif que pouvait avoir l’apport d’azote, et dans une moindre mesure de phosphore, sur la sensibilit\u00e9 de l’\u00e9pic\u00e9a et du h\u00eatre (Picard\u00a0et al.<\/em>\u00a01999) ou du sapin (Becker 1992) \u00e0 la s\u00e9cheresse. Ils ont \u00e9galement soulign\u00e9, \u00e0 l’inverse, l’impact positif des apports de calcium sur la r\u00e9silience de ces esp\u00e8ces \u00e0 la s\u00e9cheresse. Plus r\u00e9cemment, l\u2019analyse de d\u00e9p\u00e9rissements de Douglas, dans le cadre du projet ANR Dryade, a mis en \u00e9vidence une meilleure reprise de croissance apr\u00e8s une succession de s\u00e9cheresses s\u00e9v\u00e8res sur les peuplements install\u00e9s sur sols \u00e0 meilleure richesse trophique (Sergent et al. 2012).<\/p>\n

Bien que les pratiques de fertilisation et d’amendement soient assez r\u00e9pandues, notamment en Europe du nord, leurs effets sur le fonctionnement des arbres sont encore tr\u00e8s largement m\u00e9connus. Ainsi, il est la plupart du temps impossible d’expliquer les r\u00e9sultats contradictoires observ\u00e9s entre esp\u00e8ces (Sikstrom 1997), entre les effets d’un nutriment ajout\u00e9 seul ou en association (Picard\u00a0et al.<\/em>\u00a01999), ou encore l’effet des doses des fertilisants (Saarsalmi\u00a0et al.<\/em>\u00a02012).<\/p>\n

Par ailleurs, la croissance radiale et la concentration en r\u00e9serves glucidiques de ch\u00eanes ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9duites par le d\u00e9ficit hydrique subi en 2003, induisant des mortalit\u00e9s diff\u00e9rentes selon l\u2019intensit\u00e9 des d\u00e9ficits hydriques et \u00e9ventuellement la richesse trophique des massifs \u00e9tudi\u00e9s. La d\u00e9gradation transitoire puis la r\u00e9cup\u00e9ration de l\u2019\u00e9tat des cimes d\u2019une h\u00eatraie dans les Vosges avait \u00e9t\u00e9 meilleure apr\u00e8s 2003 dans une parcelle amend\u00e9e comparativement \u00e0 une parcelle t\u00e9moin (Ponton et al. 2009). Un travail de th\u00e8se r\u00e9cemment men\u00e9 dans l’\u00e9quipe (Genet 2009, dirig\u00e9 par N. Br\u00e9da) a montr\u00e9 que, contrairement \u00e0 l\u2019hypoth\u00e8se formul\u00e9e \u00e0 l\u2019issue\u00a0des observations de mortalit\u00e9 post-2003, la fertilisation n’avait pas d’effet significatif durable sur les sch\u00e9mas d’allocation du carbone dans le contexte \u00e9tudi\u00e9 (h\u00eatre et ch\u00eane, dispositif INRA de la FD des Pot\u00e9es). Par ailleurs, il a \u00e9t\u00e9 montr\u00e9 que le chaulage\u00a0: (1) augmente l\u2019allocation \u00e0 la fonction reproduction (Garbaye & Leroy 1974), et (2) influence durablement les communaut\u00e9s d\u2019ectomycorhizes (Rineau et al. 2010) dont le r\u00f4le dans la r\u00e9sistance \u00e0 la s\u00e9cheresse des arbres a par ailleurs \u00e9t\u00e9 montr\u00e9 (Parke et al 1983, Garbaye & Churin 1997).<\/p>\n

Objectifs et questions de recherche\u00a0\u2014<\/strong>\u00a0Il s’agira de d\u00e9terminer quelles fonctions de l’arbre sont impact\u00e9es \u00e0 long terme par une modification de son statut nutritif et qui pourraient lui conf\u00e9rer une meilleure r\u00e9silience, ou au contraire l’exposer davantage \u00e0 des \u00e9v\u00e8nements de fortes contraintes hydriques. Cette question sera pos\u00e9e pour deux esp\u00e8ces, le ch\u00eane sessile (Quercus petraea<\/em>) et le sapin de Douglas (Pseudotsuga menziesii<\/em>), aux fonctionnements hydrique, carbon\u00e9 et nutritionnel\u00a0a priori<\/em>\u00a0contrast\u00e9s. Les deux esp\u00e8ces font l\u2019objet de r\u00e9flexions des gestionnaires en termes de strat\u00e9gie d\u2019adaptation au changement climatique, une des pistes \u00e9tant d\u2019am\u00e9liorer leur r\u00e9silience aux al\u00e9as s\u00e9cheresse.<\/p>\n

Les recherches men\u00e9es in situ<\/em>\u00a0 auront aura pour objectif de valider ou d’infirmer plusieurs hypoth\u00e8ses \u00e9l\u00e9mentaires et non ind\u00e9pendantes. Un travail d’int\u00e9gration visera ensuite \u00e0 concilier les m\u00e9canismes mis en \u00e9vidence dans un sch\u00e9ma de compr\u00e9hension g\u00e9n\u00e9rale. Cette conceptualisation contribuera \u00e0 l\u2019effort collectif de mod\u00e9lisation entrepris dans le projet multidisciplinaire QLSPIMS<\/em> du Labex Arbre<\/em> et avec l’unit\u00e9 ESE.<\/p>\n

Hypoth\u00e8ses \u00e0 tester :<\/em><\/p>\n

1. Le changement de fertilit\u00e9 du sol modifie l\u2019acquisition de carbone. Lorsque la fertilit\u00e9 du sol est am\u00e9lior\u00e9e, plus que la photosynth\u00e8se elle-m\u00eame (Green & Mitchell 1992, Dreyer et al. 1994), ce sont la quantit\u00e9 (surface foliaire) et la qualit\u00e9 (masse sp\u00e9cifique, teneur en azote) du feuillage qui sont modifi\u00e9es.<\/p>\n

2. Le changement de fertilit\u00e9 du sol am\u00e9liore l\u2019acquisition des ressources hydro-min\u00e9rales en modifiant la distribution et le fonctionnement des racines. Lorsque la fertilit\u00e9 du sol est am\u00e9lior\u00e9e\u00a0:<\/p>\n

2.1. le profil vertical de distribution des racines fines n\u2019est pas modifi\u00e9 (Fabiao et al. 1995, Genet 2009)<\/p>\n

2.2. l\u2019efficience d\u2019acquisition de l\u2019eau et la conductance hydraulique totale sont am\u00e9lior\u00e9es\u00a0gr\u00e2ce aux mycorhizes. La communaut\u00e9 de symbiontes fongiques et leurs fonctions enzymatiques sont modifi\u00e9es (Rineau & Garbaye 2009, Rineau et al. 2010) et permettent \u00e0 l’arbre, en cas de contrainte hydrique, l’acc\u00e8s \u00e0 un r\u00e9servoir d’eau et de nutriments plus grand (Tobar et al. 1994, Courty et al. 2007, Rennenberg et al. 2009).<\/p>\n

3. \u00a0Le changement de fertilit\u00e9 du sol modifie les sch\u00e9mas d\u2019allocation du carbone [diminution de l’allocation de C aux racines (Ericsson 1995, Bakker et al. 1999, Litton et al. 2007, Epron et al. 2011) et r\u00e9duction du turn-over des racines fines (Bakker 1999), modification des relations allom\u00e9triques des arbres (aubier\/surface foliaire), augmentation (Wargo 2002) ou diminution (Goodsman et al, 2010) du stockage de r\u00e9serves dans les racines, augmentation de l\u2019allocation \u00e0 la fonction reproduction (Garbaye & Leroy 1974)].<\/p>\n

Originalit\u00e9 du projet \u2014\u00a0<\/strong>Les effets des amendements sur la croissance des arbres et sur les sols ont \u00e9t\u00e9 bien identifi\u00e9s par des travaux d\u00e9j\u00e0 anciens conduits en collaboration entre notre \u00e9quipe et l\u2019unit\u00e9 Biog\u00e9ochimie des Ecosyst\u00e8mes Forestiers d\u2019une part ou avec l\u2019UMR Interaction Arbre-Microorganismes d\u2019autre part. Cependant, les processus \u00e9cophysiologiques impliqu\u00e9s dans l\u2019am\u00e9lioration de la r\u00e9silience \u00e0 la s\u00e9cheresse par l\u2019\u00e9tat nutritionnel de l\u2019arbre ont \u00e9t\u00e9 peu \u00e9tudi\u00e9s de mani\u00e8re coupl\u00e9e entre les diff\u00e9rents compartiments sol, rhizosph\u00e8re, arbre. Ceci constitue une marge de progr\u00e8s importante qui a d’ailleurs bien \u00e9t\u00e9 identifi\u00e9e par nos \u00e9quipes et constitue le projet \u00ab\u00a0structurant\u00a0\u00bb QLSPIMS <\/em>financ\u00e9 par le Labex Arbre<\/em>.<\/p>\n

L’originalit\u00e9 du travail de th\u00e8se r\u00e9side aussi dans le choix d’\u00e9tudier des arbres adultes sur une \u00e9chelle de temps longue. Nous prenons r\u00e9solument le parti de consid\u00e9rer l’expression des m\u00e9canismes \u00e9cophysiologiques mis en jeu par le changement de statut nutritif sur de longues p\u00e9riodes et durables dans le temps. Les r\u00e9ponses \u00e0 court-terme seront abord\u00e9es dans des travaux compagnons dans le cadre du Labex.<\/p>\n

Enjeux scientifiques et socio-\u00e9conomiques\u00a0<\/strong>\u00a0\u2014<\/strong>\u00a0Les for\u00eats fran\u00e7aises sont souvent install\u00e9es sur des sols que l’agriculture a d\u00e9laiss\u00e9s \u00e0 cause de leur fertilit\u00e9 m\u00e9diocre ou de contraintes pour leur mise en valeur agronomique (topographie, pierrosit\u00e9, hydromorphie,…). Bien que la for\u00eat elle-m\u00eame permette un enrichissement en mati\u00e8re organique gr\u00e2ce aux retomb\u00e9es annuelles de liti\u00e8res, l’exploitation foresti\u00e8re peut concourir \u00e0 abaisser la fertilit\u00e9 min\u00e9rale du sol, \u00e0 long terme, en stockant puis en exportant une partie des \u00e9l\u00e9ments min\u00e9raux dans la biomasse ligneuse. La valorisation \u00e9conomique r\u00e9cente et grandissante des r\u00e9sidus d’exploitation (branches, \u00e9corces, …) pour la production de biomasse-\u00e9nergie et le raccourcissement des rotations pour r\u00e9duire l\u2019exposition aux al\u00e9as climatiques ne font qu’accro\u00eetre ce ph\u00e9nom\u00e8ne (Ranger et al. 2002). Pour rem\u00e9dier aux carences min\u00e9rales ou aux d\u00e9s\u00e9quilibres nutritionnels, induits par la gestion et par les d\u00e9p\u00f4ts atmosph\u00e9riques azot\u00e9s, des op\u00e9rations de fertilisation ou d\u2019amendement tendent \u00e0 se r\u00e9pandre dans les for\u00eats fran\u00e7aises, en particulier sur les sols acides. Des restitutions de cendres de chaufferies sont \u00e9galement envisag\u00e9es.<\/p>\n

Par ailleurs, les changements climatiques attendus exposeront les for\u00eats \u00e0 des \u00e9pisodes de s\u00e9cheresse estivale plus fr\u00e9quents et plus extr\u00eames que par le pass\u00e9. L’effet du niveau de fertilit\u00e9 du sol sur la r\u00e9sistance ou sur la r\u00e9silience des arbres adultes expos\u00e9s \u00e0 des \u00e9pisodes de contraintes hydriques fortes est pour l’instant mal connu. Diff\u00e9rentes \u00e9tudes ont montr\u00e9 que les d\u00e9s\u00e9quilibres nutritionnels pouvaient \u00eatre un facteur de vuln\u00e9rabilit\u00e9 au d\u00e9p\u00e9rissement des peuplements forestiers sur sol acide (Zoettl et al. 1989, Huettl et al. 1990, Le Goaster et al. 1990). Par ailleurs, des observations faites sur les dispositifs exp\u00e9rimentaux de fertilisation et d’amendement montrent des sensibilit\u00e9s distinctes des arbres aux s\u00e9cheresses, selon le traitement nutritif appliqu\u00e9. Les gestionnaires anticipent des strat\u00e9gies d\u2019adaptation face au changement climatique combinant raccourcissement des rotations, intensification des exportations et compensation par des amendements. L’\u00e9tude de l’interaction entre nutrition min\u00e9rale et alimentation hydrique nous appara\u00eet aujourd’hui comme une \u00e9tape cl\u00e9 pour l’appr\u00e9hension de la r\u00e9silience des peuplements forestiers.<\/p>\n

Equipements disponibles, mat\u00e9riel et approches m\u00e9thodologiques<\/strong>\u00a0\u2014<\/strong>\u00a0Le travail de th\u00e8se utilisera plusieurs dispositifs de fertilisation\/amendement mis en place par l’INRA, le FCNA ou l’ONF qui permettront de comparer des arbres croissant dans des conditions de fertilit\u00e9 diff\u00e9rentes. La s\u00e9lection des dispositifs s\u2019appuiera aussi sur l\u2019\u00e9valuation des bilans hydriques, pour disposer d\u2019ann\u00e9es de s\u00e9cheresses s\u00e9v\u00e8res survenues depuis l\u2019application du traitement.<\/p>\n

Les hypoth\u00e8ses 2.1 et 2.2 seront test\u00e9es par la description quantitative de la distribution verticale des racines fines (pr\u00e9l\u00e8vements, endoscopie, cartographies sur front de fosses p\u00e9dologiques) ainsi que par le suivi de transpiration (flux de s\u00e8ve) et des potentiels hydriques foliaires estivaux. L’hypoth\u00e8se 2.2. sera \u00e9galement \u00e9valu\u00e9e par inventaires de morphotypes sur apex racinaires, et \u00e9ventuellement dissection pour tests enzymatiques (en collaboration).<\/p>\n

Des mesures directes des param\u00e8tres cl\u00e9s permettront de tester les hypoth\u00e8ses 1 (LAI, masse surfacique) et 3 (compos\u00e9s glucidiques et azot\u00e9s dans le tronc et les racines).<\/p>\n

La r\u00e9silience \u00e0 la s\u00e9cheresse sera appr\u00e9hend\u00e9e par l’analyse r\u00e9trospective de la croissance radiale annuelle (dendrochronologie) suivant un \u00e9pisode de fortes contraintes hydriques. L’estimation r\u00e9trospective du niveau de contraintes hydriques sera r\u00e9alis\u00e9e par calculs de bilan hydrique journalier. Un stage de master II r\u00e9alis\u00e9 en amont de la th\u00e8se, au 1er<\/sup>\u00a0semestre 2013, permettra d’identifier les dispositifs les plus ad\u00e9quats.<\/p>\n

En compl\u00e9ment de l’analyse dendrochronologique, des approches dendroisotopiques (d13<\/sup>C, d18<\/sup>O, d15<\/sup>N) et dendrochimiques (Mg, Ca, Mn) seront mobilis\u00e9es pour caract\u00e9riser la dynamique \u00e0 long terme de la r\u00e9ponse des arbres \u00e0 la fertilisation (et permettront d’aborder les hypoth\u00e8ses 1.1 et 2.1 principalement).<\/p>\n

 <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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