Modélisation des relations entre la diversité microbienne et végétale dans les agroécosystèmes multi-spécifiques - MODIMIV

Contexte

Les approches classiques de modélisation traitent généralement des composantes végétales et microbiennes de manière isolée et avec des traits constants. MODIMIV bénéficie des avancées réalisées dans le consortium Biosefair DIMIVEA (2022-2023) qui a proposé un prototype de modélisation intégrée des flux de matière pour les micro-organismes et pour les végétaux permettant de prendre en compte la synchronie entre nutriments disponibles et besoins des plantes et des bactéries.

Objectifs

• Explorer les interactions entre la diversité végétale et microbiologique en étudiant le rôle de la diversité biologique dans la régulation des cycles de carbone et de nutriments dans les prairies permanentes, afin de mieux comprendre la dynamique complexe au sein de ces écosystèmes.
• Développer des simulateurs dynamiques, outils qui intègrent la diversité végétale et microbiologique dans les écosystèmes prairiaux, afin d’améliorer la modélisation des processus écologiques associés aux couverts herbagers et d’ouvrir la voie à une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents.
• Évaluer les implications des interactions biologiques pour des services écosystémiques en examinant comment la diversité végétale et microbienne influence la régulation du cycle des nutriments et la séquestration du carbone et en  mettant en lumière l'importance de ces mécanismes pour la durabilité des écosystèmes.
• Fournir des modèles de prédiction à long terme afin de contribuer à soutenir des pratiques durables en fournissant des informations pour la gestion agricole.

Moyens

En évaluant les prototypes développés grâce aux données acquises pendant six ans d’essais en mésocosmes et lors d’essais récents, MODIMIV vise à démontrer leur efficacité pour des agrosystèmes faibles en intrants, les prairies permanentes. Ces agrosystèmes ont en effet démontré que certaines communautés végétales pérennes sont capables d'ajuster dynamiquement l'approvisionnement en nutriments solubles dans le microbiote du sol en fonction de leurs besoins spécifiques notamment grâce à la modification de la diversité microbienne dans leur rhizosphère pour sélectionner les microorganismes bénéfiques à leur croissance. 

MODIMIV vise donc à changer le paradigme de modélisation des relations entre processus et services écosystémiques en prairie permanente (figures 1 à 3 : Paradigmes changeants du point de vue de la modélisation dans la relation entre les processus fondamentaux et les services écosystémiques dans un système herbacé multi-espèces).

Figure 1 : approche conventionnelle, absence d'intégration explicite de la biodiversité biologique

Figure 2 : approche développée dans le projet MODIPRAS (financement métaprogramme ECOSERV), introduction  des dynamiques de la biodiversité végétale

Figure 3 : approche proposée par MODIMIV, intégration des interactions complexes entre la diversité végétale et microbienne

Légende des figures 1 à 3 :

• Flèches grises : contrôles exercés par les processus biologiques, physiques et chimiques sur les processus de soutien et de dégradation
• Flèches jaunes : contrôle exercé par les processus de soutien et de dégradation sur les processus de croissance des plantes (qui à leur tour influent les processus fondamentaux et différents services écosystémiques)
• Flèches vertes : impacts de la dynamique de la biodiversité biologique sur les processus fondamentaux et les services écosystémiques

La poursuite des travaux de modélisation intégrée va notamment permettre de prendre en compte la biomasse vivante, morte, reproductive et végétative. Ceci permettra de simuler des processus tels que la rhizodéposition et les allocations au sol de résidus de biomasse végétale, offrant ainsi une meilleure compréhension globale des processus et une précision accrue dans les prédictions des interactions entre la végétation et les processus biogéochimiques.

Structures INRAE

• Département ECODIV
  • UMR UREP
• Département ACT
  • UMR SADAPT
• Département AGROECOSYSTEM
  • UMR EMMAH
  • UR P3F

Partenaires

• CREA Research Centre for Agriculture and Environment, Italy
• CREA Research Centre for Animal Production and Aquaculture, Italy
• CNRS LIEC Laboratoire interdisciplinaire des environnements continentaux
• VetAgroSup Campus Agronomique de Clermont-Ferrand

Contacts et coordination

Gianni BELLOCCHI, Unité Mixte de Recherche sur l’Écosystème Prairial (UREP)

Sébastien FONTAINE , Unité Mixte de Recherche sur l’Écosystème Prairial (UREP)