[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le Cemagref ETNA

Titre du projet

Rôle des espèces fixatrices symbiotiques d'azote dans l'embroussaillement de zones en érosion en altitude

Type d'aléa
Erosion - crues et laves torrentielles 
Année

1993 / 94

Mots-clés
Erosion en montagne – Végétalisation – Espèces fixatrices d’azote – Symbiose – Aulnes – Expérimentation in situ
Champs disciplinaires
Biogéographie, botanique, physiologie végétale


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
Cemagref (PE)
Organisme(s) associé(s)
Labo. d'Ecologie Microbienne (Univ. Claude Bernard), Labo. de Biologie alpine (UJF) et RTM38
Coordonnateur
Alain BEDECARRATS
Participants
Françoise DINGER, etc.


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
Ouvrages terrassés édifiés lors de la construction d’une plage de dépôt sur le torrent de la Lignarre près de Bourg d’Oisans (740m d’altitude)
Contexte de l'étude

Les phénomènes de la symbiose entre un végétal supérieur et des microorganismes jouent de façon générale un rôle important sur le plan économique. En effet, ce phénomène est utilisé quand on veut enrichir un sol en semant ou en plantant des végétaux dits « améliorants ». Ceux-ci reconstituent les capacités nutritives des sols qui peuvent alors être utilisés pour réaliser des productions de type agricole ou forestier. C’est pourquoi de nombreux laboratoires de recherche travaillent dans le monde dans l’objectif de comprendre et de maîtriser les mécanismes de la symbiose.

Parmi les végétaux ligneux fixateurs de l’azote, de l’air qui abritent dans leurs racines des microorganismes du genre Frankia, les Aulnes, à cause de leurs propriétés colonisatrices des sites dénudés, constituent un matériel végétal très intéressant dans le domaine de la lutte contre l’érosion. Il en existe de nombreuses espèces parmi lesquelles trois sont ordinairement utilisées dans les Alpes du Nord : l’Aulne Blanc (Alnus incana), l’Aulne glutineux (Alnus glutinosa) et l’Aulne à feuilles en cœur (Alnus cordata). Des plants obtenus en pépinière sont installés sur les sites à traiter ; on escompte qu’au terme de quelques années, leur appareil racinaire constitue un ancrage naturel des sols ainsi qu’une voie de pénétration en profondeur des eaux de ruissellement pendant que leur appareil aérien protège le sol contre les impacts des gouttes de pluie. Dans le même temps, ces végétaux redonnent enfin vie à des substrats stériles en restituant au sol lors de la chute des feuilles une matière organique riche en composés azotés, grâce à laquelle une végétation pourra s’implanter. Ils constituent de ce fait le premier maillon pour la reconstitution d’un écosystème. La réussite d’une opération de plantation est donc déterminée par une bonne croissance des plants introduits. Or, la croissance des Aulnes utilisés pour l’embroussaillement peut être notablement améliorée en adjoignant aux plants élevés en pépinières des organismes fixateurs d’azote du genre Frankia sélectionnés pour leur grande capacité à fixer l’azote de l’air (ou efficience) ainsi que des symbiotes mycorhiziens.

C’est la raison pour laquelle un programme a été développé dès 1991 dans le cadre du contrat de plan Etat-Région Rhône-Alpes. Les objectifs étaient les suivants :

a) Mettre au point une technique simple d’’inoculation de racines d’Aulnes avec une souche efficiente d’une bactérie fixatrice d’azote du genre Frankia et un champignon ectomycorhizien de l’espèce Paxillus filamentosus ;

b) Réaliser ces inoculations en conditions de pépinière sur un grand nombre de plants appartenant à quatre espèces (Alnus incana, Alnus rugosa, Alnus tenuifolia, Alnus sinuata) ;

c) Mettre en place à l’automne 1992 ces individus inoculés sur un site naturel.

A cet effet, 637 individus ont été installés sur un site présentant des conditions de pauvreté des sols (absence de matière organique), telles que la croissance des plants est a priori conditionnées par le bon fonctionnement des processus symbiotiques. Ces aulnes ont été répartis en conditions de biotope différentes (une pente exposée au Nord, une au Sud et et une zone de terrain horizontal fortement compacté) et des aulnes blancs non inoculés ont aussi été installés comme témoins. L’exploitation de ce dispositif expérimental mis en place a pu être réalisée en 1993 et en 1994 grâce au soutien du PGRN.

Programme plus vaste
Contrat de plan Etat-Région Rhône-Alpes
Initiation du projet
Participation du PGRN
Montant du financement (k€)
18,29 k€ (120 kF : 60 en 1993 et 60 en 1994)
Part du CG38 - PGRN
~ 50%
(Co)-Financements
Contrat de plan Etat-Région Rhône-Alpes, Cemagref
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
Ce genre de financement joue un rôle très important permettant d’initier des idées, de lancer des projets finalisés (le Cemagref a pris en charge le temps de travail)


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs
 

- Vérifier que les jeunes plans d’aulnes, munis de souches performantes pour la fixation de l’azote et de mycorhizes, présentent en condition de plantation naturelle des performances de croissance intéressante.

- Comparer le comportement d’individus inoculés artificiellement qui appartiennent à 4 espèces d’aulnes différentes.

- Quantifier les entrées en azote assimilable dans les sols qui en sont initialement dépourvus par le biais de la décomposition des feuilles des aulnes.

- Comprendre les relations qui s’établissent en conditions naturelles entre l’accroissement des plants, leur état physiologique et l’activité fixatrice des micro-organismes symbiotes afin de donner une interprétation correcte des résultats de l’expérimentation.

Il s’agissait donc de disposer d’un descripteur mesurable qui rende compte de l’évolution de l’état physiologique des plants.

Méthodologie

Suivi des paramètres relatifs à l’évolution de l’état de l’eau dans la plante :

1) Caractérisation de l’état hydrique des plants par des mesures de paramètres microclimatiques (station météo), de transpiration foliaire (poromètre) et de potentiel hydrique (cambre de pression de Scolander). Elaboration d’un modèle du comportement hydrique journalier des aulnes sur le site d’étude en fonction de la demande hydrique journalière.

2) Croissance comparée entre des plants d’aulnes blancs inoculés artificiellement avec des témoins (longueur d’accroissement des pousses terminales).

3) Bilan relatif à la survie et à la croissance des espèces d’aulnes allochtones inoculées (Alnus rugosa, Alnus tenufolia, Alnus sinuata) ; comparaison avec l’aulne blanc.

4) Etude de la fixation de l’azote dans les feuilles chez l’aulne blanc : dosage, par chromatographie en phase gazeuse, de l’éthylène produit par des lobes nodulaires ou des jeunes nodosités prélevés sur les racines des arbres et introduits dans un récipient hermétique contenant 10% d’acétylène (dont une partie est réduite en éthylène par la nitrogénase).
Estimation des stocks d’azote foliaire (méthode Kjehldal et évaluation de la biomasse foliaire)

Utilisation de la méthode « isotopique naturelle » pour s’assurer de la provenance (sol ou atmosphère) de l’azote contenu dans les feuilles : mesure du rapport isotopique N15/N14 (qui varie selon le compartiment air ou sol) des feuilles du végétal fixant symbiotiquement l’azote de l’air d’une part et d’un végétal non fixateur d’autre part, qui permet de caler les mesures.

Résultats

Les résultats (cf. résultats détaillés) montrent que :

  • Les espèces allochtones (Alnus rugosa, Alnus tenufolia, Alnus sinuata) ont un moins bon comportement en matière de survie et de croissance que l’espèce autochtone Alnus incana,
  • Les microorganismes symbiotiques sélectionnés améliorent la croissance des jeunes arbres : cependant leur effet est fonction e l’état physiologique des plans et certainement de leur constitution génétique,
  • Les bilans de restitution d’azote au sol lors de la chute des feuilles sont très remarquables ;

En effet, les chiffres obtenus lors des analyses, extrapolés à l’hectare d’une plantation de 2500 aulnes installés à 2 m les uns des autres indiquent qu’un tel peuplement restitue au sol, après 2 ans d’installation, 9 kg de nitrates et 20,5 kg de matière organique immédiatement métabolisable par la microflore. L’azote combiné provient pour 95% de la symbiose, c’est-à-dire que la quasi-totalité de ce nitrate est synthétisée par des voies biologiques.

Des acquis méthodologiques basés sur la compréhension du fonctionnement de l’aulne dans un continuum sol-plante-atmosphère ont aussi été obtenus. Ils permettent d’améliorer les techniques de l’expérimentation comparative de ligneux en site naturel. Ce travail a permis une quantification de l’effet améliorant des aulnes, qui intervient très tôt après l’installation des plants sur le site.

Ce travail de recherche appliquée ouvre des perspectives nouvelles pour la compréhension et l’utilisation des espèces ligneuses et de leurs symbioses dans le cadre de la lutte contre l’érosion en montagne.



4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
Cemagref, RTM, Pépiniéristes (transfert des savoir-faire)
Production scientifique
- Méthodologie innovante
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Produits délivrables
 
Partenariats
- Préexistant
- Qui s’est poursuivi jusqu’à l’abandon de cette problématique au Cemagref
Retombées du projet

Poursuite par un travail intitulé «  Amélioration des techniques de prévention contre l’érosion torrentielle par la végétalisation. Mise au point et évaluation d’un matériel végétal performant à partir d’espèces fixatrices d’azote » mis en œuvre dans le cadre du programme de recherche sur les risques naturels du XIème plan Etat-Région Rhône-Alpes, ce qui a permis d’étendre les collaborations et de travailler sur d’autres espèces fixatrices.

Ce travail plus opérationnel a été mené avec le RTM, l’Université Claude Bernard, l’ONF des Alpes du Sud et un pépiniériste (privé), pour voir dans quelle mesure on pouvait mettre en application ces résultats.

Cela a renvoyé sur une deuxième question traitée dans le cadre d’un projet Cemagref et collaboration sur l’association entre végétal (autre espèce : olivier de Bohème, etc.), micro-organisme symbiotique et champignon mycorhizien. Ce système ternaire constituait un outil permettant d’élargir la palette d’intervention pour fixer les sols, avec une grande efficacité.

Ces recherches ont également un lien avec la redéfinition à l’échelle du bassin versant des zones d’intervention par la végétalisation, pour mieux comprendre et spatialiser les processus d’érosion sur terrains difficiles, ce qui a donné suite à différents travaux (notamment ceux de Freddy Rey) à l’Unité EPM (devenue EM : Ecosystèmes Montagnards). D’une végétalisation généralisée, on est passé à une démarche plus ciblée (fixation des accumulations produites par l’érosion torrentielle).

Alain Bedecarrats souligne le problème de manque de valorisation liés aux nombreuses contraintes existantes pour la mise en œuvre et le transfert opérationnel de ce savoir-faire.


5) Valorisation du projet

Publications et communications
Une communication à un congrès international en Angleterre sur la restauration écologique (poster)
Pages Web
 

 

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