T. Chevallier, E. Blanchart, L. Bernard, L. Chapuis-Lardy, P. Battie-Laclau, J.P. Laclau, K. Assigbetsé, A. Brauman, J. Trap, J.L. Chotte Stabilité et résilience des diversités et activités biologiques des sols face aux changements climatiques Journées d’animation scientifique du LabEx CeMEB 29 sept. 2015

Activités biologiques des sols face aux changements climatiques Gradient climatique et biodiversité microbienne des sols Eco&Sols Perturbation climatique et stock organique des sols Mode de gestion et adaptation des activités biologiques du sol Perturbations climatiques et production végétale

Décrire, comprendre et prévoir les processus écologiques de régulation des flux de C et nutriments (N, P) Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des Sols et des agro-écosystèmes CO 2 Eau Dans les agrosystèmes méditerranéens et tropicaux C, N, P, CO 2 N 2 O

Un dispositif de recherche en partenariat Café sous Erythrine Eucalyptus + Acacia Blé dur + Pois- chiche Maïs + Desmodium Maïs sous Faidherbia Des situations agro-pédoclimatiques variées dans des contextes de développement différents Hevea

Quels sont les impacts ? Peuplements pluri-spécifiques Génotypes performants Intrants innovants (modalités d’apport, formes) Labour / non labour ± résidus de culture Quelles stratégies d’ingénierie écologique des agro-écosystèmes ? Matières organiques Organismes du sol Plantes / Peuplements Sol Pratiques agronomiques Changements d’usage des terres Changements Climatiques Serv. Ecosyst. Régulation Serv. Ecosyst. Support Cycles biogéochimiques couplés C et nutriments N, P  Production végétale  Séquestration du carbone  Cycle des nutriments  Qualité des sols Pour

Moins de pluies Pluies irrégulières Augmentation des températures Changement Climatique Stabilité et résilience des diversités et activités biologiques des sols face aux changements climatiques2/ Quelles modifications attendre de l’activité biologique des sols ? Quelles adaptations des systèmes sol-plante face à ces modifications ?

Activités biologiques des sols face aux changements climatiques Gradient climatique et biodiversité microbienne des sols Eco&Sols Perturbation climatique et stock organique des sols Mode de gestion et adaptation des activités biologiques du sol Perturbations climatiques et production végétale

Un projet à Madagascar, Cammisole, financement FRB Tamatave Maevatanana Antananarivo Diego-Suarez Antsirabe Morondava Toliara RN7 RN4 RN34 Mahajunga Miandrivazo Isalo Itasy Antananarivo Diego-Suarez Antsirabe Morondava Toliara RN7 RN4 RN34 Mahajunga Miandrivazo Isalo Itasy Maevatanana 1. Gradient climatique et biodiversité microbienne des sols Sous une même végétation et un même type de sol (ferrallitique) la biodiversité et les activités microbiennes sont-elles différentes ? Organisées /gradient climat ? Contact

Teneur en C du sol Biomasse moléculaire Minéralisation MOS Diversité Champignons Diversité Bactéries Qualité MO Température

BradyrhizobiaceaeHyphomicrobiaceae Xanthomonadaceae Burkholedriaceae Température Communautés dominées par des familles copiotrophes Communautés dominées par des familles peu connues, oligotrophes, à croissance lente, thermophiles, radiotolérentes

Sous une même végétation et un même type de sol, la biodiversité et l’activité des microorganismes du sol est modifié selon le gradient climatique. Avec la température disparition des microorganismes à croissance rapide (r stratèges) au profit d’espèces à croissance lente (K stratèges) et peu connues. Apparition d’espèces adaptées à la chaleur et au rayonnement. La minéralisation des MO des sols diminue dans les régions chaudes car les biomasses microbiennes et teneur en MO des sols plus faibles. La qualité de la matière organique est aussi plus évolué (C:N plus bas). Un projet à Madagascar, Cammisole, financement FRB 1. Gradient climatique et biodiversité microbienne des sols Contact:

Activités biologiques des sols face aux changements climatiques Gradient climatique et biodiversité microbienne des sols Eco&Sols Perturbation climatique et stock organique des sols Mode de gestion et adaptation des activités biologiques du sol Perturbations climatiques et production végétale Sous une même végétation et un même type de sol, la biodiversité et l’activité des microorganismes du sol sont modifiés selon le gradient climatique. Les pop. microbiennes à croissance lente (K-stratèges) sont favorisées sous climat chaud.

2. Perturbations climatiques et stock organique du sol Moyennes annuelles en Gt C pour (Le Quéré et al., 2014) Augmentation des température ou du régime des pluies ==> Une augmentation de la respiration ==> annulation du puits terrestre ? Augmentation des température ou du régime des pluies ==> Une augmentation de la respiration ==> annulation du puits terrestre ? Van’t Hoff Arrhenius Lloyd & Taylor O'Connell Van’t Hoff modif Century CO 2 émis, La respiration hétérotrophe du sol Température ? 35°C Théorie thermodynamique, mesures de labo, mesures in situ… Modélisation

20°C 30°C 40°C 50°C temps température Degré jour = Température x nb de jours Réaumur Emissions CO 2 = f (degré jour) ? Sol 2. Perturbations climatiques et stock organique du sol Hamdi, 2011, 2012

Sols incubés à 20, 30 ou 40 C Relation linéaire entre CO 2 émis et degré-jour 2. Perturbations climatiques et stock organique du sol °

Sols incubés à 50 C Sols incubés < 50 C Surminéralisation lorsque la température monte à 50°C ° ° Hamdi et al Perturbations climatiques et stock organique du sol

Un indice de sensibilité Q 10 = Rs à T +10°C / Rs à T Un indice de sensibilité Q 10 = Rs à T +10°C / Rs à T Q 10 moyen 2,6 ± 1,2 Hamdi et al de la plage de température, du type de sol, et de la teneur et nature du C de la plage de température, du type de sol, et de la teneur et nature du C 2. Perturbations climatiques et stock organique du sol

Activités biologiques des sols face aux changements climatiques Gradient climatique et biodiversité microbienne des sols Eco&Sols Perturbation climatique et stock organique des sols Mode de gestion et adaptation des activités biologiques du sol Perturbations climatiques et production végétale Sous une même végétation et un même type de sol, la biodiversité et l’activité des microorganismes du sol sont modifiés selon le gradient climatique. Les pop. microbiennes à croissance lente (K-stratèges) sont favorisées sous climat chaud. Jusqu’à 50 degrés, on explique l’augmentation de respiration du sol par une fonction degré jour. La respiration du sol augmente avec la température (Q 10 =2,6), le mode de gestion et la teneur en C diminue la sensibilité du stock de C à la température

Agroforesterie Culture conventionnelle 59 days à 25 ou 35 C avec ou sans compost 3. Mode de gestion et adaptation des activités biologiques du sol

Q 10 plus faible sous Agroforesterie Q 10 = Rs à T +10°C / Rs à T Apport de compost -> Q 10 + élevé Apport de compost (delta) positif sur disponibilité de l’N et P Pas d’effet température sur cet effet Apport de compost (delta) positif sur disponibilité de l’N et P Pas d’effet température sur cet effet Agroforesterie Cult. conventionnelle Agroforesterie + Fumier Cult. Conv. + Fumier AgroforesterieCult. conventionnelle 3. Mode de gestion et adaptation des activités biologiques du sol