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Invasion et biodiversité dans les prairies et les abords des parcelles

Projet de recherche EV/13 (Action de recherche EV)


Personnes :


Description :

Les invasions biologiques sont considérées comme une menace accrue pour la diversité biologique, mais les principes sous-jacents en sont insuffisamment connus. De même, la manière dont les changements de climat globaux influencent les processus d’invasion est peu claire. Le but de cette proposition est de développer un meilleur cadre mécaniste pour pouvoir (a priori) déterminer quelles communautés de plantes sont les plus sensibles à une invasion (‘invasibilité’) et quelles sortes peuvent potentiellement devenir les plus invasives (‘pouvoir invasif’) dans certaines conditions. Le projet est axé en grande partie sur les pâturages, étant donné que les herbes ont été responsables de certaines des invasions les plus destructives du passé.

En ce qui concerne l’invasibilité, nous vérifierons comment la diversité des communautés de plantes agit comme promoteur ou comme résistant à l’invasion, mais aussi comment la diversité est elle-même modifiée par l’établissement de sortes invasives. En exposant les plantes à des vagues de chaleur simulées (expériences d’exposition aux rayons infrarouges), on détermine dans quelle mesure l’invasion est favorisée par des climats extrêmes via la mortalité et la formation de ‘gap’ (endroits vides) dans la végétation. Les changements dans les processus des écosystèmes (photosynthèse, respiration, évapotranspiration) qui sont la suite de telles perturbations climatologiques et les invasions découlant des ‘gap’ sont également étudiés. De cette manière, la résistance et la résilience des pâturages aux perturbations ayant un impact sur l’équilibre en carbone peut être évaluée. A côté de cela, le projet vise une meilleure caractérisation de la base physiologique/morphologique de la sensibilité des sortes de pâturages à une chaleur extrême et à la sécheresse. Ceci doit permettre de répondre à la question, quels pâturages seront les plus robustes dans un climat futur. Un modèle probabiliste de l’influence de la diversité sur le fonctionnement des écosystèmes sous des conditions extrêmes (qui a été développé dans PFDD I) sera utilisé pour analyser les données.

En ce qui concerne le pouvoir invasif, les facteurs critiques pour la survie des envahisseurs dans des conditions fortement ombragées, typiques pour les ‘gaps’ dans des pâturages avec importante couverture de végétation, seront identifiés. La compétition pour les nutriments entre les envahisseurs et les plantes voisines sera également étudiée. Ici l’accent sera mis, non pas sur des envahisseurs connus à partir d’autres études, mais sur des sortes avec pouvoir invasif non connu. Techniquement le processus d’invasion est simulé dans des modèles d’écosystème synthétisés, afin de pouvoir étudier principalement les phases de l’établissement initial et de la persistance. A côté de cela, des expériences sur terrain étalées sur une plus longue période seront effectuées. Dans une de ces expériences, les envahisseurs sont surveillés dans 288 petits champs récemment mis en place et qui comprennent un grand nombre de combinaisons au niveau de la diversité initiale et de la gestion (fumage et fréquence des coupes).

Une des causes principales des invasions biologiques est la modification de l’utilisation du sol. La gestion de l’agriculture en Europe de l’Ouest vise la réduction de l’agriculture intensive et la promotion de la biodiversité, mais l’influence de cet aspect sur les invasions biologiques est incertaine. Nous étudions cet aspect de la question pour la tendance récente aux lisières de parcelle. Celles-ci sont mises en place sur les champs comme tampon pour les efflux de nutriments et de biocides et sont considérés comme un réservoir pour la biodiversité dans nos paysages fragmentés. L’installation de lisières de parcelles représente toutefois une perturbation importante et l’afflux des sortes y est moins contrôlé que dans les cultures, celles-ci peuvent donc devenir des ‘hot spots’ pour l’invasion. Dans ce projet, nous comparerons d’abord des techniques pour la maximalisation de la biodiversité dans les lisières de parcelles (introgression spontanée, application de semences commerciales vs. locales, etc.). Ensuite l’invasibilité des lisières de parcelles sera testée en introduisant des sortes du modèle d’écosystème. L’objectif est de déterminer des mesures de gestion qui minimisent le risque d’invasion tant dans les lisières de parcelles qu’à partir des lisières vers les champs.

L’objectif général du projet est de développer une base scientifique plus fondée pour l’élaboration de stratégies de protection contre l’invasion dans les pâturages et les lisières de parcelles. Ce faisant des mesures de gestion pro-actives doivent devenir possibles au lieu de la politique curative actuelle.

Méthodologie

UIA:
1) Mécanismes sous-jacents à l'installation d’espèces invasives.
Huit espèces d'herbes sont utilisées en tant qu'envahisseur et en tant que système envahi. Une monoculture par espèce, chacune avec 8 trous prévus au préalable pour l'insertion des semences de 8 envahisseurs potentiels. Mesures des envahisseurs en ce qui concerne leur capacité invasive (germination, croissance, survie etc.). Mesures des monocultures envahies en ce qui concerne leur invasibilité (e.a. rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) dans les trous).

2) Effet de la diversité des espèces et des conditions climatiques extrêmes sur l'invasion.
Assemblage de 24 communautés de plantes différentes avec 1 à 8 espèces d'herbes. Trois séries répétées croissent sans perturbations, 3 autres sont soumises à une vague de chaleur simulée. Les 3 espèces les plus agressives de l'expérience 1 sont insérés en tant qu’envahisseurs dans les trous. Mesures: conditions du trou; survie de l’envahisseur/croissance; caractéristique de la capacité invasive et invasibilité; changement de processus dans le complexe sol-végétation.

3) Prédiction de la sensibilité des prairies par rapport aux conditions climatiques extrêmes.
Les espèces sont exposées à un stress chaleur/sécheresse dans le champ (système FATI) afin de vérifier quelle est la base physiologique/morphologique de la sensibilité aux conditions climatiques extrêmes.

RUG :
1) Création de réservoirs de diversité dans les abords des parcelles.
Comparaison de 3 mesures de gestion (2 coupes sans, avec 1 ou 2 enlèvements des produits de la fauche) pour 4 différentes communautés de plantes installées:

a) végétation spontanée;
b) mélange commercial d'herbes, de légumineuses et de dicotyles à des fins non agricoles;
c) idem que b) recouvert du produit coupé et haché des abords de chemin environnants à riche variété botanique;
d) herbes et dicotyles localement cultivés rassemblés dans les environs immédiats.

Mesures: caractérisation de la banque de semences; recueillement des semences apportées et détermination, production de biomasse et qualité; PAR; statut nutritionnel du sol et de la végétation; présence et développement de mauvaises herbes, d'invasions et de maladies dans les cultures avoisinantes.

2) Effet de la lumière et perturbation sur l'invasion.
Installation d'abords de champs le long d'une allée composée de 2 rangées uniformes de hêtres âgés de 50 ans, orientés est-ouest avec côté ensoleillé et côté ombragé. Facteurs analysés: effet de la lumière et effet perturbateur (passage du tracteur au milieu du terrain étudié) sur des envahisseurs sélectionnés semés dans les abords des parcelles.


Interaction entre les différents partenaires

Les équipes de recherche analysent les différents aspects de la diversité et de l'invasion biologique donnée, l'UIA s'attachant aux processus théoriques-écologiques et la RUG à son application dans les abords de parcelles, dans le but d'optimaliser la gestion de la diversité. La plus grande partie de l'interaction consistera en l'intégration des informations provenant des expériences détaillées plus artificielles et des informations provenant des expériences sur terrain.


Résultats et/ou produits attendus

- Publications dans des revues internationales avec comité de lecteurs scientifiques
- Présentation des résultats lors de conférences nationales et internationales
- Collaboration à des banques de données (IWETO, SSTC, banque de données ‘Understanding and conserving biodiversity in Europe’)
- Rentrée du projet en tant que ‘Core Project’ pour IGBP-GCTE Focus 4
- Participation au ‘Global Invasive Species Programme’ - GISP
- Traduction du concept sous-jacent en un modèle mathématique

Partenaires

Activités

- UIA - Groupe de recherche Ecologie des plantes et de la végétation:
Recherches concernant la physiologie des plantes, l'écologie physique, la micro-météorologie des cultures, la physiologie des écosystèmes, la sociologie des plantes et l'écologie des paysages. Ces dernières années, le groupe a été impliqué dans des études d'impact concernant la pluie acide, l'augmentation du CO2, les changements climatiques globaux, le renforcement des rayons UV-B, les modifications au niveau de la biodiversité et l'invasion biologique. La recherche expérimentale est souvent couplée à des modèles existants ou nouvellement développés.

- RUG - Unité d'enseignement et de recherche Production végétale:
La recherche est centrée sur la sélection végétale et les systèmes de rotation des cultures : cultures alternantes contre monocultures; étude phytotechnique et écologique de la terre à pâturage et des cultures de légumes ; étude des systèmes d'exploitation de pâturages extensifs. Les impératifs écologiques sont prioritaires dans toute les études et sont axés sur le développement de systèmes agricoles durables.


Coordonnées

- Promoteur: Prof. Dr. Ivan Nijs
Onderzoeksgroep Planten- en Vegetatie-ecologie (PLECO)
Universiteit Antwerpen (UIA), Departement Biologie
Universiteitsplein 1, B-2610 Wilrijk
Tel: +32 (0)3 820 22 57; Fax: +32 (0)3 820 22 71
e-mail: inijs@uia.ua.ac.be

- Promoteur: Prof. Dr. ir. Dirk Reheul
Faculteit Landbouwkundige en Toegepaste Biologische Wetenschappen
Vakgroep Plantaardige Productie
Universiteit Gent (RUG)
Coupure Links 653, B-9000 Ghent
Tel: +32 (0)9 264 60 96, Fax: +32 (0)9 264 62 24
e-mail: dirk.reheul@rug.ac.be


Comité d'utilisateurs

- Barenbrug-Maes, entreprise de semences
- V.T.I. Land- en Tuinbouwschool, Ecole d'agriculture et d'horticulture- formation postscolaire
- Travaux sur terrain
- Ministère de la communauté flamande, A.L.T. Département agriculture et horticulture
- Province Flandre occidentale


Documentation :

Invasion and Biodiversity in Grasslands and Field Borders : final report  Milbau, Ann - Nijs, Ivan - De Cauwer, Benny ... et al  Brussels : Federal Science Policy , 2008 (SP1931)
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