Effet d'une augmentation de la concentration atmosphérique en CO2 sur la prairie permanente et sur la compétition entre espèces prairiales associées

Effect of an elevated atmospheric CO2 concentration on grassland and on the competition between grass species

• Auteur / Autrice : Florence Teyssonneyre
• Direction : Jean-François Soussana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Azote

Graminées

Lumière

Résumé

Le premier objectif de cette thèse a été d'étudier l'impact de l'augmentation de la concentration atmosphérique en CO2, ([CO2]a), sur la composition botanique d'une prairie permanente et d'analyser les conséquences de ces changements pour sa valeur agronomique. Des monolithes d'une prairie permanente de moyenne montagne ont été soumis durant trois ans à deux rythmes de coupe et à deux teneurs en CO2 (350/600 ppm). L'augmentation de la [CO2]a a entraîné le développement des légumineuses en coupes fréquentes et des dicotylédones non fixatrices en coupes peu fréquentes. La production aérienne a augmenté sous l'effet du CO2 après un an d'enrichissement. Cette augmentation a été favorisée par le développement des légumineuses. Au bout d'un an, la valeur alimentaire a augmenté du fait d'effets directs, mais aussi d'effets indirects via les changements de composition botanique. A plus long terme, le développement accru d'espèces de faible valeur pastorale pourrait toutefois avoir un impact négatif sur la valeur alimentaire. Le second objectif a été de comprendre la réponse à l'augmentation de la [CO2]a de graminées prairials en compétition pour la lumière et pour l'azote. Des associations artificielles de graminées (Lolium perenne-Festuca arundinace & Lolium perenne-Holcus lanatus) ont été soumises à deux rythmes de coupe et à deux teneurs en CO2 (350/700 pm) pendant une saison de végétation. Les espèces dont les feuilles étaient le mieux éclairées dans le mélange ont répondu plus fortement au CO2 en association qu'en culture pure. Des différences d'efficience d'utilisation de l'azote entre graminées ont été mesurées et pourraient, en partie, expliquer leurs différences de réponse au CO2 en culture pure. Ce travail a permis de simuler le rôle de traits morphologiques et d'économie d'azote pour la réponse au CO2 en association. Ces traits pourraient être utilisés à l'échelle de la communauté naturelle afin de comprendre les modifications de composition botanique observées.

The first objective of the thesis was to study the impact of an increase of the atmospheric CO2 concentration ([CO2]a) on the botanical composition and on the agricultural value of a semi-natural grassland. Monoliths of a permanent grassland were subjected to two cutting frequencies and two CO2 levels (350/600 ppm) during three years. An elevated [CO2]a increased the proportion of legumes and forbs in frequently and infrequently cut swards, respectively. The annual dry-matter yield has been enhanced by elevated CO2 during the second year of experiment. This positive effect has been partly explained by an increased legume development. After one year, the feeding value of the herbage was enhanced by elevated CO2 because of both direct and indirect effects, via botanical changes. An increased development of forb species characterised by a low pastoral value could reduce, in a longer term, the positive effect observed after one year. The second objective was to understand the elevated CO2 effects on grass species competing for light and nitrogen. Artificial mixtures (Lolium perenne-Festuca arundinacea & Lolium perenne-Holcus lanatus) were submitted to two cutting frequencies and to two CO2 levels (350/700ppm) during one growing season. Species that absorbed more light per unit leaf area responded more in mixture than in monoculture. Differences in NUE between grass species were observed and could explain their different responsiveness to elevated CO2 in monoculture. Finally, we simulated the role of morphological and physiological plant traits that can affect plant species response to elevated CO2 on the plant species dynamics in managed grassland.