Objectifs
Les arbres dans des parcelles agricoles fournissent des mosaïques d’habitats spécifiques en raison de leurs structures pérennes aériennes et souterraines. Ils ont un fort impact sur l'hétérogénéité du microclimat des parcelles qui varie selon les saisons en fonction de la phénologie et de la morphologie des arbres. En conséquence, ils modifient la biodiversité associée et l'activité des autres organismes. Enfin, la présence d'arbres et parfois, de bandes herbacées associées, entraîne des concentrations locales de ressources organiques issues de la production de litière aérienne et souterraine, une augmentation locale du carbone organique du sol et des teneurs en nutriments. La structure du sol et la stabilité des agrégats peuvent être améliorées sous les lignes d'arbres conduisant sans doute à une hétérogénéité spatiale des caractéristiques des microhabitats du sol.
L’objectif général de ce projet est de mettre en évidence la réponse de réseaux d’interactions écologiques et des fonctions à l’organisation spatiale du milieu après l’implantation d’arbres et de bandes enherbées dans des grandes cultures. L’hypothèse principale du projet est que la modification de l’organisation spatiale des parcelles par l’implantation d’arbres aboutit à une augmentation de la diversité et de la multifonctionnalité des parcelles agricoles. Les objectifs opérationnels sont de (A) caractériser les modifications de biodiversité au sein des taxons et par groupe trophique, (B) inférer les réseaux d’interactions entre les organismes étudiés, (C) établir les relations entre les réseaux d’interactions écologiques, le fonctionnement physicochimique des sols et la croissance des plantes pour comprendre la multifonctionnalité de ces parcelles.
Démarches
Cette étude a été réalisée sur le Dispositif Instrumenté en Agroforesterie Méditerranéenne sous contrainte hydrique (DIAMs) au sud de Montpellier sur une station expérimentale INRAE (UE Diascope, Mauguio). Il s’agit d’un dispositif expérimental factoriel de 5 ha, en trois blocs. Dans chaque bloc, 3 modalités sont comparées : des placettes de plantations forestières (Robinier), un système agroforestier et des placettes en grande culture . Au sein du système agroforestier, plusieurs habitats sont dissociés : (i) le linéaire d’arbres et la bande enherbée à leur pied et (ii) l’allée cultivée. Les cultures (succession de cultures céréales/légumineuses) sont menées en agriculture conventionnelle, à bas niveau d’intrants. Le site instrumenté permet le suivi du rayonnement arrivant au sol, de la température et humidité du sol à différentes profondeurs, de la croissance racinaire et des teneurs en nutriments de la solution du sol.
Quatre modalités liées à des usages du sol sont étudiées : le témoin agricole (C), le témoin forestier (F) et en agroforesterie : le linéaire sous arboré (AF-LSA) et l’allée cultivée (AF-C).
Cinq points géoréférencés ont été choisis au sein de chaque modalité et bloc et représentent cinq répétitions terrain. Ces points sont répartis sur l’ensemble des placettes agricoles et de plantation forestière pour en saisir la variabilité. Au total, pour chaque variable mesurée (biodiversité, fonction), soixante valeurs sont obtenues sur le dispositif.
Les mesures de biodiversité ont été obtenues par différentes approches : métaséquençage de l’ADN environnemental (bactéries, champignons, protistes), extraction par appareil de Baerman (nématode), Macfadyen (microarthropodes), tri manuel des sols (macroinvertébrés dans les sols), piège barber (macroarthropodes de surface des sols), pièges colorés (arthropodes volant dans la canopée), dissection de rameaux de feuilles (arthropodes foliaires), caméra automatique (mammifères), photographie (pollinisateur).
La mesure des fonctions a été réalisée par différentes méthodes :
- La régulation biologique post-dispersion des graines d’adventices a été évaluée à l’aide de carte de graines ;
- La capacité du sol à supprimer les nématodes phytoparasites a été évaluée dans un essai de laboratoire avec Meloidogyne javanica ;
- L’analyse du taux de dégradation de litière de Robinier a été mesurée dans une expérience de litterbag ;
- La stabilité de la structure des sols a été évaluée par mesure du diamètre moyen pondéré (DMP) des macroagrégats du sol après désagrégation à l’eau.
- La croissance et les rendements des cultures, la croissance et les stratégies d’allocation des ressources des robiniers ont été suivis.
Résultats
Sur la biodiversité
L’identification morphologique ou moléculaire a permis de caractériser les communautés d’ingénieurs du sol, de macro-arthropodes de surface, de nématodes libres et parasites (phytophages et entomopathogènes), de champignons et de bactéries (libres dans le sol et associés aux nématodes parasites), d’adventices, d’invertébrés aériens phytophages, prédateurs et parasites. Plusieurs centaines de taxas ont été identifiées donnant accès à un inventaire quasi exhaustif des différents taxa et groupes trophiques présentant sur le site durant la saison de croissance de la végétation (certains protocoles ont été réalisés trois fois pendant le printemps).
- Mammifères et herbivorie : l’activité-densité des lapins était plus importante en agroforesterie qu’en culture monospécifique.
- Insectes volants : la diversité d’invertébrés volants est plus importante en présence d’arbres qu’en zone cultivée. Toutefois, plus d’individus ont été collectés dans les pièges colorés posés en culture monospécifique que dans ceux posés en plantation forestière. Les parcelles d’agroforesterie présentent des valeurs intermédiaires. L’attribution des taxons aux différents groupes trophiques montrent un effet marqué des différents usages, qui change au cours de la saison de végétation.
- Macrofaune de surface : la présence d’arbres n’impacte pas l’abondance et la diversité des invertébrés à la surface du sol (ce qui est différent de ce qui est trouvé dans la littérature où un impact positif significatif de l’agroforesterie sur l’abondance et la diversité des organismes du sol, par rapport aux cultures sans arbres a été montré).
- Nématodes libres : une plus grande diversité d'herbivores et une plus faible diversité de prédateurs est observée dans la culture monospécifique que dans les autres modalités.
Sur les fonctions des sols
Les réseaux d’interactions ont été reconstruits à l’aide des observations de terrain soit directement comme les interactions bipartites soit inférées en combinant les données de cooccurrence des taxons avec un graphe de connaissances sur les interactions trophiques dans les sols (via des bases de données). L’intensité de la réponse des différents groupes taxonomiques et trophiques est analysée en comparant les valeurs obtenues à celles obtenues dans le témoin agricole et dans le témoin forestier. La réponse de la structure/composition des modules reconstruits est testée face à l’organisation spatiale des placettes agroforestières.
- Régulation des adventices : la consommation des graines est la plus forte dans le témoin agricole (~70%), la plus faible dans le témoin forestier (~30%). Les communautés de granivores de fin d’hiver (Carabidae sur ce dispositif) sont plus actives dans les parcelles agricoles que dans leur équivalent agroforestier et forestier, probablement par la sélection d’un cortège d’espèces adaptées.
- Régulation des nématodes phytoparasites : dans les échantillons prélevés sous couvert végétal, cette capacité de régulation est plus importante que dans les échantillons prélevés dans les cultures monospécifiques.
- Régulation des insectes : Les nématodes entomopathogènes (NEPs) sont des organismes piliers des réseaux trophiques du sol jouant un rôle dans la régulation de populations d’insectes et sont utilisés comme agent de biocontrôle. L’agroforesterie semble avoir un impact positif sur le cycle parasitaire des NEPs.
- Stabilité structurale : La vitesse d'infiltration de l’eau dans les sols est significativement augmentée dans le linéaire sous arboré en comparaison à l’allée cultivée en agroforesterie, indiquant un rôle positif de l’implantation d’allées d’arbres sur le comportement hydrique de la parcelle. La stabilité structurale et la vitesse d’infiltration de l’eau est fortement corrélée à la teneur en C des sols, indiquant le rôle structurant de l’amélioration du statut organique des sols sur les autres fonctions.
Ces résultats demandent encore une certaine maturation, notamment pour interconnecter les patrons de diversité et de fonctions dans ces agroécosystèmes. Certains résultats sont publiés ou le seront prochainement. D’autres ne le seront pas mais serviront de support à une réflexion plus générale sur l’évaluation de la biodiversité au cours de la diversification des agroécosystèmes soumis aux contraintes climatiques méditerranéennes.
Participants
Structures INRAE
- UMR Eco&Sols - Écologie fonctionnelle & biogeochimie des sols & des agro-ecosystemes - IRD / Institut Agro Montpellier / Cirad
- UE DIASCOPE - Unité expérimentale Diversité (des plantes et de la biodiversité en général) et de leurs capacités d’Adaptation à des environnements divers
- UMR DGIMI - Diversité, Génomes & Interactions Microorganismes-Insectes
- UMR PHIM - Plant Health Institute Montpellier - Cirad
