Prédire les processus écologiques à une échelle globale : les conditions micro-locales ne sont pas un détail !



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Article paru dans la revue Nature Ecology & Evolution (novembre 2017)

Le processus de décomposition de la matière organique contrôle la remise en circulation dans les écosystèmes de la matière minérale et du CO2 auparavant stockés dans les débris végétaux et animaux. La décomposition de la matière organique est donc un processus fondamental pour comprendre les cycles de la matière et du carbone. 

La température et la disponibilité en eau dans le sol font partie des paramètres environnementaux qui seront parmi les plus impactés dans le cadre du changement climatique en cours et à venir. Ce sont également des facteurs de contrôle importants du processus de décomposition et donc des cycles biogéochimiques. Evaluer et comprendre comment le changement climatique fera varier le taux de décomposition est donc essentiel pour prédire les changements induits par les changements climatiques sur (1) le cycle des éléments biogéochimiques constitutifs de la matière dont le carbone sous forme de CO2 et l’azote, ainsi que (2) la fertilité des sols qui dépend du processus de décomposition.

Jusqu’à présent, les modèles prédisent l’effet du changement climatique sur les cycles biogéochimiques en considérant des données climatiques qui sont des « moyennes » pour chaque localité : ce faisant, ils négligent donc l’hétérogénéité spatiale des conditions climatiques (micro-climatique) alors même qu’elle peut être à la source de contrastes d’une ampleur proche à ceux observés du nord au sud de l’Europe. Cette simplification est basée sur le postulat selon lequel les variables contrôlant la décomposition agissent de façon identique aux échelles locales et régionales. Cette théorie hiérarchique (« hierarchical model of litter decomposition ») est très souvent utilisée mais rarement testée.

Le travail publié en novembre 2017 dans la revue Nature Ecology Evolution par Mark A. Bradford et ses co-auteurs, dont Anne Bonis (ECOBIO, CNRS, UR1) remet en question ce postulat : six équipes de recherche ont en effet réalisé une expérience de décomposition de litière sur le terrain, dans 6 localités (sites) distribuées du nord au sud de l’Europe (FIG 1). Ce travail a mesurée la décomposition de la matière organique sur le terrain, dans des prairies, à une échelle locale et régionale, en prenant en compte l’hétérogénéité micro-locale (intra-site) des conditions climatiques.



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Les résultats de cette expérience montrent que la variabilité micro-locale des conditions environnementales doit être prise en compte pour prédire avec fiabilité les taux de décomposition de la matière à l’échelle globale et leurs réponses aux changements climatiques. Les relations mesurées entre la décomposition et l’humidité du sol s’avèrent en effet différentes à l’échelle micro-locale et à l’échelle régionale. L’effet de la température apparait par contre plus invariante entre les échelles spatiales mais les contrastes micro-locaux sont de plus faible ampleur. Ce test rigoureux de terrain invalide donc le postulat général selon lequel les relations entre conditions climatiques et processus écologiques ne varient pas en fonction de l’échelle spatiale.

Cette étude s’intéresse également à la biomasse microbienne, qui constitue le moteur biologique de la décomposition de la matière. Souvent négligée car considérée comme peu limitante par rapport aux paramètres climatiques, les résultats obtenus montrent que la prise en compte de la variabilité micro-locale de la biomasse microbienne est essentielle à la qualité des modèles : il a été montré qu’elle impacte directement le taux de décomposition de la matière mais également sa réponse aux variations climatiques.

Ce travail montre donc que les variations micro-locales climatiques et biologiques peuvent être aussi importantes, voire plus importantes que des variations à l’échelle régionale. Elles doivent par conséquent être intégrées dans les modèles pour produire des prédictions fiables de l’effet des changements globaux sur le fonctionnement écologiques des éco- et agro-systèmes et apprécier leurs conséquences sur le cycle des éléments biogéochimiques.


Référence
A test of the hierarchical model of litter decomposition. Mark A. Bradford, G. F. (Ciska) Veen, Anne Bonis et al., Nature Ecology & Evolution (2017). doi:10.1038/s41559-017-0367-4


Contact OSUR
Anne Bonis (ECOBIO) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @


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