Quelle influence des symbioses mycorhiziennes et des traits racinaires sur l'érosion des sols tropicaux ? Application à la restauration écologique des écosystèmes forestiers dégradés de Nouvelle-Calédonie sur Ferralsols développés sur substrats ultramafiques

Influence of mycorrhizal symbiosis and root traits on the erosion of tropical soils? Application to the ecological restoration of degraded forest ecosystems of New Caledonia on Ferralsols developed on ultramafic substrates

• Auteur / Autrice : Julien Demenois
• Direction : Alexia Stokes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle
• Date : Soutenance le 26/06/2017
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire AMAP - Laboratoire de modélisation mathématique et d'architecture des plantes (Montpellier) - AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Claude Plassard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Plassard, Roland Marmeisse, Sébastien Barot, Bruno Ferry, Renaud Jaunatre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Roland Marmeisse, Sébastien Barot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse

Tests

Cypéracées

Restauration écologique

Dégradation forestière

Technique minière

Nouvelle-Calédonie

Lutte contre

Sols -- Dégradation

Mots clés libres

Stabilité des agrégats du sol

Substrats ultramafiques

Traits racinaires

Mycorhizes

Restauration écologique

Nouvelle-Calédonie

Soil aggregate stability

Ultramafic substrates

Root traits

Mycorrhiza

Ecological restoration

New Caledonia

Résumé

Les écosystèmes forestiers tropicaux représentent près de la moitié de la superficie forestière mondiale. Ces écosystèmes qui fournissent des services fondamentaux pour le bien-être de nos sociétés (e.g. régulation des flux de matières, maintien des sols) sont particulièrement touchés (perte et dégradation des forêts) par les changements globaux. La Nouvelle‐Calédonie, et ses substrats ultramafiques, ne font pas exception à cette tendance. L’activité minière et les feux sont responsables de la régression, de la fragmentation, de la dégradation des forêts et de l’érosion des sols. L’archipel est classé parmi les points chauds de la biodiversité mondiale et la restauration écologique de ces écosystèmes revêt de forts enjeux. L’objectif appliqué de cette thèse est de contribuer à la restauration écologique des forêts de NouvelleCalédonie afin de limiter l’érosion des sols sur substrats ultramafiques, et s’inscrit dans le champ disciplinaire de l’écologie de la restauration. L’objectif scientifique est d’étudier l’influence des symbioses mycorhiziennes et des traits racinaires sur l’érosion des Ferralsols développés sur substrats ultramafiques à travers une approche multi-échelle. Dans la première partie, nous mettons en évidence les caractéristiques floristiques et structurales de communautés végétales sur substrats ultramafiques. Celles-ci laissent présager une expression accrue des traits racinaires des espèces dominantes dans les forêts monodominantes. La place centrale du feu et des cyclones dans la dynamique de succession végétale est également soulignée, tout comme celle des symbioses mycorhiziennes dans le maintien de la monodominance de Nothofagus aequilateralis. Dans la deuxième partie, notre travail permet de suggérer l’existence d’un seuil biotique entre les maquis lignoherbacés dégradés et les maquis ligno-herbacés. Les feux répétés seraient la cause principale du franchissement de ce seuil. L’augmentation de la biomasse végétale constituerait en effet le facteur-clé contribuant à accroître la stabilité des agrégats entre ces deux stades. Ainsi, la protection contre les feux, associée à la promotion des successions végétales à travers l’utilisation d’espèces potentiellement facilitatrices comme Costularia arundinacea pourrait constituer une stratégie efficiente pour limiter l’érosion des Ferralsols. De plus, l’influence des communautés végétales (e.g. composition floristique) et fongiques (e.g. biomasse) sur la stabilité des agrégats est clairement mise en exergue. La troisième partie vise à évaluer la capacité d’espèces végétales, associées à des champignons mycorhiziens, à accroître la stabilité des agrégats, mais aussi à identifier les traits racinaires et les associations mycorhiziennes contribuant à cet accroissement. Dans cette partie, nous mettons en évidence que la combinaison de valeurs élevées des traits racinaires « Root Mass Density – Root Length Density – pourcentage de racines fines » est efficace pour augmenter la stabilité des agrégats. Par ailleurs, l’efficacité de cette combinaison de traits racinaires est accrue par les symbioses mycorhiziennes. Ainsi, des trois espèces végétales évaluées, Costularia arundinacea serait l’espèce-outil la plus efficace pour accroître la stabilité des agrégats. Ce travail a ainsi permis de mettre en évidence l’influence des traits racinaires et des symbioses mycorhiziennes sur la stabilité des agrégats des Ferralsols sur substrats ultramafiques, que ce soit à l’échelle des espèces ou des communautés végétales. A notre connaissance, ces résultats sont les premiers acquis sur ce type de sol. Ces résultats permettent de formuler des propositions en vue de la restauration écologique des milieux forestiers de Nouvelle-Calédonie afin de limiter l’érosion des sols sur substrats ultramafiques, mais aussi d’esquisser de nouvelles pistes de recherche.

Tropical forest ecosystems cover nearly half of the world's forest area. These ecosystems provide basic services for the well-being of our societies (e.g. regulation of material flows, soil preservation) are particularly affected (loss and degradation of forests) by global changes. New Caledonia, and its ultramafic substrates, is no exception to this trend. Mining and fires are responsible for forest regression, fragmentation, degradation and soil erosion. The archipelago is ranked among the hotspots of global biodiversity and the ecological restoration of these ecosystems is a major challenge. The objective of this thesis is to contribute to the ecological restoration of the forests of New Caledonia in order to limit the erosion of soils on ultramafic substrates and is part of the disciplinary field of the ecology of restoration. The scientific objective is to study the influence of mycorrhizal symbiosis and root traits on the erosion of Ferralsols developed on ultramafic substrates through a multi-scale approach. In the first part, we highlight the floristic and structural characteristics of plant communities on ultramafic substrates. These suggest an increased expression of the root traits of dominant species in monodominant forests. The central place of fire and cyclones in the dynamics of plant succession is also emphasized, as well as mycorrhizal symbioses in maintaining the monodominance of Nothofagus aequilateralis. In the second part, our work suggests the existence of a biotic threshold between degraded ligno-herbaceous maquis and ligno-herbaceous maquis. Repeated fires would be the main cause of crossing this threshold. The increase in plant biomass would be the key factor contributing to the stability of the aggregates between these two stages. Thus, fire protection combined with the promotion of plant successions through the use of potentially facilitating species such as Costularia arundinacea could be an efficient strategy for limiting erosion of Ferralsols. In addition, the influence of plant (e.g. floristic composition) and fungal communities (e.g. biomass) on the stability of aggregates is clearly highlighted. The third part aims to evaluate the ability of plant species, combined with mycorrhizal fungi, to increase the stability of aggregates, but also to identify root traits and mycorrhizal associations contributing to this increase. In this section, we demonstrate that the combination of high values for “Root Mass Density - Root Length Density – percentage of fine roots” is effective in increasing aggregate stability. Moreover, the efficacy of this combination of root traits is enhanced by mycorrhizal symbiosis. Thus, of the three plant species evaluated, Costularia arundinacea would be the most effective tool species for increasing the stability of aggregates. This work allowed us to highlight the influence of root traits and mycorrhizal symbiosis on the stability of soil aggregates on Ferralsols on ultramafic substrates, at the scale of plant communities or at the level of plant species. To our knowledge, these results are the first to be acquired on this type of soil. These results make it possible to formulate proposals for the ecological restoration of forest ecosystems in New Caledonia in order to limit soil erosion on ultramafic substrates, but also to sketch new avenues of research.