Academic literature on the topic 'Traits et exsudation racinaires'

Le changement climatique auquel nous sommes confrontés est caractérisé notamment par une modification des profils thermiques en termes d’intensité, de durée et de répétition des vagues de chaleur. Ces vagues de chaleur surviennent lors des stades reproducteurs des plantes qui sont également les plus critiques pour l’élaboration des composantes de rendement et des critères de qualité grainière des grandes cultures. Les oléagineux tels que le colza et la caméline sont des espèces particulièrement impactées par le stress thermique, causant de fortes pertes de rendement et une diminution de la qualité grainière. Ainsi, il est nécessaire d’identifier de nouveaux leviers d’acclimatation, telles que des stratégies reposant sur l’acclimatation des plantes. Le thermopriming consistant à préparer les plantes à répondre de façon plus rapide, efficace, intense et/ou sensible à un stress thermique par une exposition préalable à un stress de même nature pourrait permettre d’acclimater les plantes qui mettraient en place des mécanismes de réponses adaptés. L’inoculation des plantes avec des PGPR est un levier d’acclimatation de plus en plus étudié, qui permet de limiter les impacts du stress thermique. Cependant, bien que ces deux types de stratégies d’acclimatation soient principalement étudiés pour limiter l’impact des stress sur le développement des parties aériennes et sur le rendement, peu d’études se sont intéressées à leurs effets sur la morphologie et les fonctions racinaires comme l’exsudation racinaire. Dans le cadre de cette thèse, nous avons analysé chez le colza et la caméline (i) d’une part les effets d’une augmentation graduelle de température précédant un stress thermique, sur le rendement et la qualité grainière et sur la morphologie et l’exsudation racinaire et (ii) d’autre part les effets de l’inoculation de deux Pseudomonas présentant des activités PGPR afin de limiter les impacts du stress thermique sur le rendement et la qualité grainière. De plus, afin de connaitre l’impact du stress thermique et de l’inoculation de PGPR (combinés ou non) sur la plante et la rhizosphère associée, les effets de ces traitements ont été étudiés sur l’exsudation racinaire, l’allocation de carbone (C) dans le système sol-plante, les traits morphologiques racinaires et les communautés microbiennes du sol. Nos résultats ont montré que le colza et la caméline présentent des stratégies contrastées quant à leur réponse au stress thermique. En effet, la caméline semble réagir au stress en augmentant son investissement dans les parties racinaires, en améliorant qualitativement son exsudation et en stimulant l’activité des communautés microbiennes à l’inverse du colza qui semble plutôt endurer le stress. De plus, ces deux espèces ont réagi différemment aux deux stratégies d’acclimatation appliquées. En effet, chez le colza, le thermopriming a permis de diminuer l’exsudation en C et de maintenir son rendement et sa qualité grainière alors qu’il a eu un impact plus négatif sur l’exsudation et la morphologie racinaire chez la caméline. L’inoculation des PGPR est une stratégie d’acclimatation qui tend à limiter les effets du stress thermique sur le rendement et la qualité grainière chez le colza. Cependant, les PGPR agissent comme un puits supplémentaire chez le colza impactant son développement, son exsudation ainsi que l’activité et la composition des communautés microbienne. A l’inverse, la caméline est peu impactée par l’apport de PGPR et semble par conséquent piloter les interactions plante/bactéries plutôt que les subir. En résumé, ces leviers d’acclimatation semblent démontrer des effets bénéfiques pour les plantes. De plus, il pourrait être intéressant d’intégrer les effets de la sélection variétale sur les stratégies de réponses des plantes face au stress et notamment la variabilité des fonctions racinaires et des interactions avec la rhizosphère, à la lumière de la sélection variétale différentiellement subie par le colza et la caméline
The on-going climate changes that we are facing are characterized in particular by modifications of temperature profiles in terms of intensity, duration and repetition of heat waves. These heat waves occur during the reproductive stages of the crops, which are also the most critical for seed yield elaboration and grain quality in crops. Oleaginous species such as rapeseed and camelina, are species particularly impacted by heat stress that cause yield penalties and a lower seed quality. Therefore, to cope with heat stress, it has become necessary to identify new acclimation levers that differ avec genetic and agronomic levers, such as strategies based on plants acclimation. Thermopriming which consist in priming the plants in a way to help them respond more rapidly, effectively, intensively and/or sensitively to heat by a prior exposure of a stress of the same nature could allow the plants to acclimate and develop appropriate response mechanisms. The plant inoculation with Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR)-type bacteria is also an acclimation lever increasingly studied, that limit the impacts of abiotic stress such as heat stress. However, although these two types of acclimation levers are mainly studied to limit stress impact on aboveground development and yield, few studies have observed their effects on root morphology and functions such as root exudation. In this thesis we analysed in rapeseed and camelina (i) the effects of a gradual increase in temperature prior a heat stress on yield and grain quality and on root morphology and exudation and (ii) the effects of inoculating two Pseudomonas with PGPR activities in order to limit the impact of heat stress on yield and grain quality. Moreover, in order to understand the impact of heat stress and PGPR inoculation (combined or not) on the plant and associated rhizosphere, the effects of these treatments were studied on root exudation, carbon (C) allocation in the soil-plant system, root morphological traits and soil microbial communities. Our results showed that rapeseed and camelina have contrasting strategies in terms of response to heat stress. Indeed, camelina seems to respond to the stress by increasing its investment to the roots thus improving the quality of exudation and stimulating the activity of microbial communities, unlike rapeseed, which seems to undergo heat stress. In addition, these two species respond differently to the two acclimation strategies applied. In rapeseed, thermopriming reduced C exudation and maintained yield and grain quality, whereas it had a more negative impact on exudation and root morphology in camelina. PGPR inoculation is an acclimation strategy that tends to limit the effects of heat stress on yield and grain quality in rapeseed. However, PGPRs act as an additional sink in rapeseed, impacting its development, exudation and the activity and composition of microbial communities in the rhizosphere. By contrast, camelina is slightly affected by the addition of PGPRs and seems to control the plant/bacteria interactions rather than be affected by them. In short, beneficial effects on plants of these acclimation levers have been evidenced. In addition, it could be interesting to integrate the effects of varietal selection on plant response strategies to stress, and in particular the variability of root functions and interactions with the rhizosphere, in the light of the varietal selection differentially undergone by rapeseed and camelina

L'exsudation racinaire est connue pour avoir une influence sur le fonctionnement des communautés microbiennes, en particulier celles impliquées dans le cycle de l'azote (Haichar et al, 2012). Elle est liée à la physiologie de la plante, cette dernière pouvant être évaluée via les traits fonctionnels végétaux, permettant une classification des plantes en fonction de leur performance dans leur environnement. Ainsi, nous pouvons distinguer d'une part les espèces exploitatrices, avec une efficience de la photosynthèse élevée et une acquisition rapide de l'azote dans les sols, et d'autre part les plantes conservatrices, possédant des caractéristiques contraires (Aerts & Chapin, 1999) et des plantes intermédiaires dont les caractéristiques sont intermediaires.L'objectif de ces travaux de thèse est de déterminer l'influence de la stratégie de gestion des ressources de 6 poacées, réparties le long d'un gradient de stratégie de gestion des ressources, allant de stratégies conservatrices (Sesleria caerulea et Festuca paniculata), intermédiaires (Antoxanthum odoratum, Bromus erectus) à des stratégies exploitatrices (Dactylis glomerata et Trisetum flavescens), sur la diversité et le fonctionnement des communautés totales et dénitrifiantes. I) Dans un premier temps nous avons étudié le lien entre la stratégie de gestion de ressources des plantes et la quantité d'exsudats racinaires dans le sol adhérent aux racines (SAR). Nous avons ensuite déterminé l'influence de la quantité d'exsudats racinaire sur les activités microbiennes potentielles des communautés microbiennes du SAR (respiration et dénitrification potentielles), puis par une approche ADN-SIP (Stable Isotope Probing) couplée à du séquençage haut-débit, l'influence de l'exsudation racinaire sur la structure et la diversité des communautés bactérienne colonisant le SAR et le système racinaire. II) Dans un second temps, nous avons étudié le lien entre la stratégie de gestion des ressources des plantes et la nature des exsudats racinaires libérés au niveau du SAR et présents dans les extraits racinaires en analysant les profils des métabolites primaires chez Festuca paniculata, Bromus erectus et Dactylis glomerata, représentant respectivement des stratégies de gestion des ressources conservative, intermédiaire et exploitatrice
Root exudation is known to influence microbial communities functioning, in particular those involve in nitrogen cycle. (Haichar et al, 2012). It’s linked to plant physiology, which can be evaluated with functional traits, allowing a plant distribution in function of their performance in their environment. Thus, we can distinguish competitive species, with higher photosynthetic capacity and rapid rates of N acquisition, conservative species with the opposite characteristics (Aerts & Chapin, 1999) and intermediate plants, with intermediate characteristics.The objective of this work is to determinate the influence of nutrient management strategiy of 6 poaceae, along a strategies gradient from conservative strategy (Sesleria caerulea and Festuca paniculata), intermediate (Antoxanthum odoratum and Bromus erectus) to competitive strategy (Dactylis glomerata and Trisetum flavescens), on diversity and functioning of total and denitrifying communities.I) Firstly, we studied the link between the plant nutrient management strategy and the root exudates quantity in the root adhering soil (RAS). Then, we determined the influence of the rate of root exudation on potential microbial activities (respiration and denitrification), and with a DNA-SIP (Stable Isotope Probing) approach coupled to high-throughput sequencing, the influence of root exudation on the bacterial structure and diversity of communities colonizing the RAS and the root system. II) Secondly, we studied the link between the plant nutrient management strategy and the nature of molecules exuded in RAS and present in root extracts by analyzing primary metabolites profile to Festuca paniculata, Bromus erectus and Dactylis glomerata, respectively a conservative, an intermediate and a competitive plant. Then, we determined the influence of primary metabolites profile of each plant on semi-real denitrification of communities colonizing RAS of plants. III) Finally, an mRNA-SIP approach is in progress to determine the influence of exuded metabolites on active bacterial communities functioning and the expression of genes involved in denitrification process in RAS and root system. Our results show an influence of the nutrient management strategy on the rate of carbon exudation, the competitive plants exuding more than conservatives ones

Les prairies semi-naturelles constituent des espaces multifonctionnels susceptibles de rendre de nombreux services à la société. Ce sont en particulier des agro-écosystèmes favorables à l'expression d'une grande diversité floristique et faunistique permettant de concilier enjeux écologiques et agronomiques. Ce travail de thèse vise à analyser (i) l'influence des facteurs environnementaux sur l'assemblage des communautés in situ et (ii) les relations entre la structure fonctionnelle des assemblages (i.e. valeurs de traits agrégées et diversité fonctionnelle) et leurs performances (i.e. production de biomasse et digestibilité de cette biomasse). Cette étude s'appuie sur des approches expérimentales et de terrain dans les prairies humides pâturées du Marais Poitevin. Nos résultats montrent des réponses très différentes des traits aériens et racinaires étudiés aux gradients de stress et de perturbation rencontrés dans ces prairies. Ils ont également permis de mettre en évidence l'influence prépondérante des valeurs de traits agrégées sur la fourniture de services écosystémiques (i.e. productivité et digestibilité du fourrage), en accord avec la "Biomass ratio hypothesis" énoncée par Grime. L'influence du niveau de diversité fonctionnelle sur les services rendus par les assemblages varie selon le service considéré. Contrairement aux résultats attendus selon la "Diversity hypothesis" énoncée par Tilman, le niveau de diversité fonctionnelle est lié négativement à la productivité des assemblages. En revanche, un effet positif de la diversité fonctionnelle sur la digestibilité a été mis en évidence. Cette étude a par ailleurs permis de montrer un compromis entre la productivité des assemblages et la digestibilité de la biomasse produite dans ces prairies humides. Ce travail suggère que des outils de diagnostics de la valeur fourragère du couvert peuvent être construits sur la base de la structure fonctionnelle des assemblages, et ce avec un haut niveau de fiabilité. Il met également en avant les bénéfices agronomiques associés à l'hétérogénéité des couverts végétaux rencontrés dans ces prairies.

Les plantes cultivées peuvent modifier la disponibilité en ressources et les perturbations perçues par les communautés d’organismes présentes dans les agroécosystèmes et en conséquence, influencer les fonctions écosystémiques utiles à la production agricole telles que la minéralisation de N et de S ou la compétition culture-adventices. Notre objectif était d’évaluer l’effet du pois (Pisum sativum L.), introduit dans une succession de cultures, sur les communautés d’adventices et les communautés microbiennes impliquées dans la minéralisation de N et S. Pour ce faire, nous avons mené des expérimentations en conditions contrôlées et utilisé les données d’une expérimentation au champ conduite pendant 5 ans. En conditions contrôlées, nous avons montré que le pois influence via ses traits racinaires certaines activités enzymatiques liées à la minéralisation de N. En revanche au champ, les variables climatiques influencent principalement le fonctionnement des communautés microbiennes impliquées dans la minéralisation de N et S. Par ailleurs, nous avons observé que le pois sélectionnait des communautés d’adventices fonctionnellement différentes de celles d’autres cultures, comme le colza, mais cet effet du pois ne persistait pas sous la culture suivante. En conclusion, les effets du pois sur les communautés microbiennes impliquées dans la minéralisation de N et S sont faibles comparés à ceux d’autres facteurs comme les conditions climatiques. En revanche l’effet du pois sur les communautés d’adventices est fort mais limité dans le temps. Ces résultats montrent la nécessité de mener les expérimentations au champ sur plusieurs années afin de prendre en compte la variabilité climatique
Crops species modify resources availability and perturbation regimes perceived by the communities of organisms residing in the agroecosystems and, as a consequence, can lead to alteration of ecosystem functions useful to crop production, such as nitrogen and sulfur mineralization or crop-weeds competition, realized by weeds or microorganisms. Our objective was to study the effect of a legume, pea, when introduced in a crop succession, on weed communities and microbial communities involved in protein decomposition and sulfate ester mineralization, which are the main forms of N and S, respectively, in agricultural soils. To do so, we performed experiments in controlled conditions used data from a 5-years field experiment. In controlled conditions, we showed that pea during its development modify through its root functional traits several enzymatic activities involved in N decomposition/mineralization. However, in the field experiment, climatic factors were the main drivers of the microbial communities involved in N and S decomposition/mineralization. Moreover, pea selected weed communities that were functionally different from weed communities growing in other crops such as oilseed rape. However, this effect did not persist under the following crop. As a conclusion, our results suggest that pea modifications of microbial communities are weak compared to other factors such as climatic factors. However, pea effects on weed communities are strong but short lived. Those results highlight the complementarity of microcosm and field experiments, and the necessity of long term field experiments to take into account climate variability

La Chine est actuellement confrontée à de sérieux problèmes environnementaux et est listée parmi les pays qui contribuent le plus à la pollution et à la destruction de l'environnement mondial. En particulier, la Chine du Sud est une zone naturellement sujette aux glissements de terrain à cause de conditions tectoniques, climatiques et anthropiques particulièrement défavorables. Depuis la fin des années 1990, l'Etat chinois a mis en place des politiques de reforestation de grande envergure. mais il existe des lacunes de connaissances qu'il convient de combler. En particulier, le choix des espèces les plus adaptées n'est pas aisé parce que les processus par lesquels les plantes stabilisent les pentes ont besoin d'être mieux compris.En introduction, afin de mieux préciser les périmètres qui cadrent cette thèse, sont présentées la situation de la Chine du Sud au regard des glissements de terrain, la discipline d'éco-ingénierie et les solutions qu'elle peut apporter. Ainsi, ce travail (i) se concentre sur des espèces végétales locales, (ii) se limite aux glissements de terrain superficiels, et (iii) concerne à la fois les processus mécaniques et hydriques entre le sol et les racines. A l'intérieur de ces cadres, la thèse a pour objectif de répondre à la question scientifique : quels sont les propriétés racinaires qui influencent la stabilisation des pentes ? La réflexion est ensuite appliquée aux plantes de Chine du Sud afin d'identifier les meilleures espèces-outils. Pour répondre à cette question, à la fois les données de terrain (en Chine du Sud), les expériences de laboratoire (en France) et la formulation de concepts sont mobilisées. Les résultats sont organisés en deux chapitres. Le premier pose la question de l'efficacité de la présence de racines pour stabiliser les pentes, tous d'abord sous l'angle des processus mécaniques, puis sous l'angle des processus hydriques. Le deuxième chapitre permet d'identifier un panel de traits pertinents et non redondants évaluant l'efficacité d'une espèce pour la stabilisation des pentes puis s'appuie sur ce panel afin de sélectionner les espèces chinoises les plus efficaces. Enfin, la discussion aborde les limites de ce travail et propose de nouvelles pistes de recherche.Du point de vue mécanique comme du point de vue hydrique, c'est la conjonction des effets des racines de structure et des racines fines qui importe. Les racines de structure sanas racines fines ne sont pas optimales et peuvent même faire apparaître des lignes de fragilité. Plus précisément, les racines de structure sont particulièrement bienvenues vers l'aval de la pente pour des raisons à la fois mécaniques et hydriques. Les racines fines seules ne sont pas optimales non plus, elles peuvent faire apparaître localement des zones de faiblesse qui, si elles sont proches, participeront au déclenchement d'un glissement de terrain. Des ramifications racinaires denses améliorent la stabilité mécanique. Orientées vers l'aval de la pente, elles améliorent la stabilité hydrique. Les autres traits racinaires pertinents pour évaluer l'efficacité des racines à stabiliser le sol sont la contrainte et la déformation maximale en tension, la concentration en azote et la concentration en sucres solubles.

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

En Europe, les prairies permanentes représentent l'une des principales formes d'utilisation des terres. La durabilité des services rendus par ces écosystèmes est étroitement liée à la structure et au fonctionnement des communautés végétales qui les composent. La stabilité des processus écosystémiques, sous l'impact des fluctuations environnementales, va alors dépendre des mécanismes de résistance et de récupération propres à ces communautés. Les risques d'apparition d'extrêmes climatiques liés à l'évolution du climat, rendent nécessaire une adaptation des agro-écosystèmes à cette fluctuation climatique accrue. Cela implique de mieux comprendre les mécanismes par lesquels la variabilité du climat influe sur le fonctionnement et la structure des communautés végétales, et comment les pratiques agricoles impactent ces réponses. Cette thèse à pour objectif d'évaluer la vulnérabilité des prairies permanentes à un extrême climatique combinant une canicule et une sécheresse, dans un contexte de changement climatique. Afin d'identifier et de caractériser les mécanismes intrinsèques de la résistance à la sécheresse des communautés végétales, une démarche expérimentale mobilisant les concepts de l'écologie fonctionnelle a été développée. Les effets de la variabilité climatique sur la structure (diversité, composition) et le fonctionnement des communautés végétales ont d'abord été analysés in situ pendant 3 ans, après simulation d'une canicule-sécheresse dans les conditions climatiques actuelles et sous climat modifié (réchauffement et réduction des précipitations). Pour évaluer l'influence de la gestion sur la réponse des communautés végétales aux perturbations climatiques, deux fréquences de fauches ont été appliquées. Ce travail présente l'originalité d'avoir étudié conjointement le fonctionnement aérien et souterrain de la végétation. Sont considérées la production de biomasse, la démographie et la durée de vie des racines, afin de déterminer le rôle du système racinaire dans la résistance et la récupération des communautés végétales après une canicule sécheresse. Nous montrons un effet direct de l'extrême climatique sur la sénescence aérienne et la croissance racinaire dans les deux régimes de fauches. En réponse à un déficit hydrique modéré, la stratégie d'évitement au stress par le maintien de la croissance racinaire a été favorisée par des fauches non fréquentes. A l'automne suivant, les précipitations ont permis un reverdissement rapide de la couverture végétale et la production de nouvelles racines. Une baisse significative de la production de biomasse aérienne annuelle sous climat modifié, et suite à l'application de l'extrême climatique, a été observée pendant les 3 années d'expérimentation. En revanche, la production racinaire n'a pas été significativement affectée. Néanmoins une acclimatation de la croissance racinaire a été mise en évidence un an après l'extrême, en particulier dans les communautés de fauches non fréquemment. Ces changements de fonctionnement aériens et souterrains peuvent s'expliquer en partie par des modifications de la composition botanique. De plus, en réponse aux perturbations climatiques, la mortalité racinaire a été interrompue. Ces résultats inattendus ont donc entrainé une augmentation de la durée de vie des racines et suggèrent un effet négatif sur le turnover racinaire et les cycles biogéochimiques. Une expérimentation complémentaire à l'étude in situ a été menée en conditions semicontrôlées pour déterminer les mécanismes intrinsèques de la résistance à la sécheresse de la prairie permanente. Des traits morphologiques et physiologiques, aériens et souterrains, ont été mesurés sur des monocultures de sept populations prairiales en conditions optimales, puis en conditions de sécheresse afin de caractériser leurs stratégies de survie. Les résultats ont mis en évidence le rôle du système racinaire dans la survie des plantes. (...)

La séquestration du carbone (C) fait l'objet d'une attention scientifique et politique croissante dans le cadre de la réduction des gaz à effet de serre. Les sols géotechniques ont été négligés en raison de leur potentiel de séquestration du carbone, et l'attention étant concentrée sur les sols agricoles et naturels. Nous visons à évaluer le potentiel des talus géotechniques comme puits de carbone et, par l'étude des espèces végétales et des sols présentant des caractéristiques contrastées, à mettre en lumière les mécanismes de séquestration du carbone organique et les rôles des différents acteurs impliqués. Nous visons non seulement à quantifier le C gagné et perdu dans le sol, mais aussi son origine (nouveau C frais et ancien C préexistant) et comment il est réparti dans différents pools de C qui montrent une stabilité du C différente (qualité du C stocké). Tout d'abord, nous avons évalué la séquestration du carbone dans différents pools de carbone sous un sol semé de 12 espèces herbacées différentes sur une période de 10 mois. La caractérisation des différents traits de racine a permis de comprendre l'influence de la stratégie d'alimentation des ressources en racines (représentée par le spectre économique de la racine) sur la séquestration du carbone. Nous avons montré que les espèces dont les caractéristiques racinaires sont associées à une production élevée de C labile entraînent une augmentation plus élevée de C dans le pool stable de SILT+CLAY (<20µm). Les espèces dont les traits de racine sont associés à un faible apport de C récalcitrant favorisent plutôt l'accumulation dans la fraction POM instable. Ensuite, grâce à une expérience de marquage isotopique stable de 183 jours (CO2 constamment enrichi en 13C), nous avons pu étudier la dynamique du C dans différents pools de C sous deux espèces (L. perenne et M. sativa) sur deux sols (terre végétale, profondeur 0-30 cm et sol remonté, profondeur 110-140 cm) aux caractéristiques opposées. Nous avons mis en évidence le grand intérêt de faire le pont entre l'origine du C et les pools de C lors de l'étude des destins du C du sol, ce qui permet de dévoiler des processus que les méthodes plus traditionnelles cachent. Le nouveau C et l'ancien C présentaient une covariation synergique, avec des pertes plus faibles de l'ancien C associées à de nouvelles entrées de C plus élevées. Ceci est conforme à l'hypothèse de l'utilisation préférentielle du substrat. Cette hypothèse a également été validée par l'étude de l’effet d’amorçage et de la respiration du sol. Celle-ci a montré que la teneur en CO2 inhalé était plus élevée lorsque les entrée C de la plante étaient élevées, tout en augmentant la minéralisation de l’ancien C lorsque les entrées de C de la plante étaient faibles, c’est-à-dire dans le sous-sol. De plus, nous avons validé l'hypothèse de réconciliation entre 'l'hypothèse de l'Utilisation Préférentielle des Substrats' et 'l'hypothèse de la Concurrence', cette dernière déterminant le 'priming effect' dans le sous-sol à faible fertilité. Nous avons observé de nouveaux apports significatifs de C d'origine végétale dans la fraction SILT+CLAY (<20µm, très stable) à l'appui de la preuve de l'effet d'ensevelissement in vivo dans l'hypothèse de la pompe à carbone microbienne du sol. L'effet de l'espèce s'est produit principalement sur les entrées de nouveaux C, mais il a été maîtrisé par l'effet du sol, avec un stockage de C plus faible dans un sol de faible qualité (faible activité et biomasse d'azote et microbienne). Les conditions microbiologiques ont été le principal moteur de la nouvelle accumulation de C et de l'ancienne perte de C et ont aidé à expliquer pourquoi aucun effet de la saturation en C du sol - une théorie centrale dans des études récentes sur la séquestration de C - n'a été trouvé dans le carbone protégé. Cette compréhension fondamentale des interactions plantes-sol nous aide à mieux optimiser la gestion des sols et de la végétation des talus des routes
Carbon (C) sequestration is receiving increasing scientific and political attention in a framework of greenhouse gasses mitigation. However, geotechnical soils have been neglected for their C sequestration potential, with the global attention focusing on agricultural and natural soils. In the present thesis project we aim to assess the potential of geotechnical embankments as C sink, and, through the study of plant species and soils showing contrasting features, shed light on SOC sequestration mechanisms and the role of the different actor involved. We aim not only to quantify the C gained and lost in soil, but even its origin (fresh new C input or old preexistent C) and how it is partitioned in different C pools characterized by different C stability (quality of stored C). First, we evaluated the C storage in different pools under soil sowed with 12 different herbaceous species in a 10 months experiment. Assessing different root traits allowed understanding the influence of root economic spectrum on C storage. We showed how traits linked to high labile C are linked to a higher C increase in the stable SILT+CLAY pool (<20µm). Root traits related to a low input of recalcitrant, instead, favor accumulation in the unstable POM fraction. Thanks to a 183 days stable isotope labelling experiment (CO2 constantly enriched with 13C) we were able to study the C dynamics in different C pools under two species (L. perenne and M. sativa) sowed on two soil (topsoil, 0-30cm depth and subsoil brought to the surface, 110-140 cm depth) showing contrasting characteristics. We evidenced the great interest of bridging C origin and C pools when studying soil C fates, allowing unveiling processes those more traditional methods would hide. New C and old C showed synergetic covariation, with lower old C losses associated to higher new C inputs. This is in good accordance with the Preferential Substrate Utilization hypothesis (Cheng and Kuzyakov, 2005). The Preferential Substrate Utilization hypothesis was also validated with the study of priming effect and soil respiration, that showed higher plant derived C in respired CO2 when plant C input were high, while increasing old C mineralization when plant C input were low, i.e. in subsoil. We observed significant plant derived new C input in the SILT+CLAY fraction (<20µm, highly stable) supporting evidence of the in vivo entombing effect in the soil Microbial Carbon Pump hypothesis (Liang et al., 2017). The species effect mainly occurred on new C input, but it was overpowered by the soil effect, with lower C storage in low quality soil (low nitrogen and microbial biomass and activity). In general, microbiological conditions were the main driver for new C accumulation and old C loss, and helped to explain why no effect of soil C saturation – a central theory in recent studies on C sequestration - was find in the protected carbon. Such fundamental understanding of plant-soil interactions help us to better optimize soil and vegetation management for road embankment revegetation