Contribution des espaces non cultivés à la biodiversification des agroécosystèmes méditerranéens via l'étude de la dispersion et la croissance de la végétation spontanée

Contribution of uncultivated areas to the biodiversification of Mediterranean agroecosystems by studying the dispersal and growth of spontaneous vegetation

• Auteur / Autrice : Martin Faucher
• Direction : Fabrice Vinatier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Eau
• Date : Soutenance le 13/12/2024
• Etablissement(s) : Institut Agro
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'étude des interactions sols-agrosystèmes-hydrosystèmes (Montpellier)
• Partenaire(s) de recherche : École d'inscription : L'Institut Agro Montpellier (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Alexia Stokes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Vinatier, Alexia Stokes, Aurore Degre, Anne Sara Puijalon, Francois Vasseur
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurore Degre, Anne Sara Puijalon

Mots clés

Mots clés libres

Écohydrologie

Agroécologie

Solutions basées sur la nature

Hydrochorie

Traits fonctionnels

Modèle mécaniste

Ecohydrology

Agroecology

Nature-Based solutions

Hydrochory

Functional traits

Mechanistic model

Résumé

Le changement global, à la fois anthropique et climatique, représente une menace grandissante sur les agroécosystèmes et leur biodiversité associée. Afin d'augmenter leur résilience aux multiples pressions engendrées par le changement global, une solution consiste à augmenter la part de biodiversité végétale sauvage dans les infrastructures agro écologiques (IAE), à l'origine de nombreux services écosystémiques. Dans ce contexte, le projet de thèse a visé à apporter des éléments de réponse concernant les effets des modes de production et des variables environnementales sur la circulation de la biodiversité végétale au sein des agroécosystèmes viticoles méditerranéens, à l'aide d'une approche combinant observation, expérimentation et modélisation. Le projet de thèse s'est intéressé aux interactions fines entre la biodiversité végétale et les flux d'eau sur trois processus clés: la structuration de la banque de graine du sol dans un milieu agricole marqué par un réseau hydrographique dense, la dispersion de la biodiversité végétale par hydrochorie, et la friction générée par la couverture végétale au sein des IAE ciblées. L'observation menée sur la banque de graines du sol, reposant sur l'identification des espèces végétales ayant germé au sein d'échantillons de sols, a notamment mis en évidence une prévalence des graines dispersées par la faune au sein des fossés lorsque la part des IAE est importante, ainsi qu'une déplétion possible de la banque de graines le long d'un gradient de pente malgré la présence d'une couverture végétale. Concernant l'hydrochorie, l'expérimentation à l'aide de graines marquées par fluorescence a montré l'importance de la couverture végétale des inter-rangs et du changement de rugosité associé dans la rétention des graines. Elle a également mis en évidence le biais potentiel à ne pas tenir compte de la forme des graines dispersées, les graines rondes étant plus sensibles à une variation du couvert végétal que les graines avec crochet ou plumets. Enfin, les observations et expérimentations ont permis d'alimenter MoVeGrowth, un modèle mécaniste simulant les flux d'eau et de graines traversant un couvert végétal. MoVeGrowth est à notre connaissance un des tout premiers modèles écohydrologique permettant une simulation journalière des interactions eau-végétation. L'exploration numérique de propriétés fonctionnelles du modèle, en l'occurrence l'impact du couvert végétal sur la rétention des graines et son effet de friction sur les écoulements a révélé une réduction potentielle de l'érosion des sols dans les inter-rangs de vigne, ainsi qu'une facilitation de la dispersion par hydrochorie au sein des fossés agricoles. En conclusion, le travail de thèse a ré-interrogé la place de la végétation dans les agroécosystèmes méditerranéens pour lesquels l'eau, d'abord facteur limitant de la production végétale, est également structurante de la biodiversité végétale associée. Cette thèse plaide pour une meilleure connaissance des propriétés fonctionnelles de la végétation en lien avec les écoulements, afin de choisir des solutions fondées sur la nature, intégrant les pratiques d'entretien des IAE, qui maximisent la ressource en eau et la biodiversité.

Global change, both anthropogenic and climatic, represents a growing threat to agroecosystems and their associated biodiversity. In order to increase their resilience to the multiple pressures generated by global change, one solution is to increase the proportion of wild plant biodiversity in agro-ecological infrastructures (AEIs), which are the source of many ecosystem services.Against this backdrop, the aim of the thesis project was to provide some answers concerning the effects of production methods and environmental variables on the circulation of plant biodiversity within Mediterranean wine-growing agroecosystems, using an approach combining observation, experimentation and modelling. The thesis project focused on the fine-grained interactions between plant biodiversity and water flows on three key processes: the structuring of the soil seed bank in an agricultural environment marked by a dense hydrographic network, the dispersion of plant biodiversity by hydrochory, and the friction generated by plant cover within targeted AEIs.Observation of the soil seed bank, based on the identification of plant species that had germinated in soil samples, highlighted the prevalence of seeds dispersed by fauna within ditches when the proportion of AEIs was high, as well as a possible depletion of the seed bank along a slope gradient despite the presence of plant cover.With regard to hydrochory, experiments using fluorescently-marked seeds demonstrated the importance of inter-row plant cover and the associated change in roughness in seed retention. It also highlighted the potential bias of ignoring the shape of dispersed seeds, round seeds being more sensitive to changes in plant cover than seeds with hooks or plumes. Finally, the observations and experiments were used to feed MoVeGrowth, a mechanistic model simulating the flow of water and seeds through a plant canopy. To our knowledge, MoVeGrowth is one of the very first ecohydrological models to simulate water-vegetation interactions on a daily basis. Numerical exploration of the model's functional properties, in this case the impact of plant cover on seed retention and its frictional effect on runoff, revealed a potential reduction in soil erosion in vineyard inter-rows, as well as a facilitation of dispersion by hydrochory within agricultural ditches.In conclusion, the thesis work re-interrogated the place of vegetation in Mediterranean agroecosystems for which water, primarily a limiting factor in plant production, is also structuring the associated plant biodiversity. This thesis argues for a better understanding of the functional properties of vegetation in relation to runoff, in order to choose nature-based solutions, integrating AEI maintenance practices, that maximize water resources and biodiversity.