Cette unité dépend du département Environnement et agronomie
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Contact : jean-luc.chotte@ird.fr
L’UMR Éco&Sols développe des recherches s’inscrivant dans les initiatives nationales (Grenelle de l’environnement) et internationales (Millenium Ecosystem Assesment) qui concernent les liens entre services rendus par les écosystèmes et bien-être humain. La conception d’écosystèmes durables, qui intègre la société et l’environnement naturel, doit ainsi guider les stratégies dédiées à l’augmentation de la productivité primaire. Dans ce contexte, l’UMR Éco&Sols étudie particulièrement les services majeurs de support : production primaire et cycles des nutriments majeurs) et services de régulation de l’environnement (stockage de carbone, émission de gaz à effet de serre, écodynamique des contaminants biologiques). L’UMR Éco&Sols étudie ainsi le fonctionnement des sols et des agrosystèmes, intégrant les organismes du sol, la physico-chimie et le fonctionnement des peuplements. Elle s’intéresse principalement aux cycles biogéochimiques du carbone et des nutriments (azote et phosphore) et à leur couplage dans les agroécosystèmes méditerranéens et tropicaux. Il s’agit, dans ces agroécosystèmes, de décrire, comprendre et prévoir les processus écologiques de régulation des flux de carbone et de nutriments.
Dans une démarche d’écologie fonctionnelle, l’UMR Éco&Sols se pose ainsi les questions :
- Du rôle des organismes du sol et des plantes, ainsi que des interactions entre eux et avec leur milieu, dans les cycles biogéochimiques au sein des agroécosystèmes ?
- Du devenir des contaminants biologiques (protéine Bt, prions, virus) dans les sols ?
L’unité constitue par ailleurs une pièce maîtresse du dispositif de recherche et de formation en écologie fonctionnelle à Montpellier. Son originalité est de s’inscrire dans une démarche pluridisciplinaire en regroupant, autour de questions communes, des microbiologistes, écophysiologistes, écologues et physico-chimistes, faisant tous appel à la modélisation pour intégrer leurs données et concepts.
L’unité travaille sur des agrosystèmes de référence méditerranéens et tropicaux :
- Cultures annuelles mixtes de céréales et légumineuses (blé dur + pois, maïs + desmodium).
- Plantations pérennes à vocation forestière ou agricole ( Eucalyptus grandis + Acacia mangium, Hevea brasiliensis).
- Systèmes agroforestiers à base de cultures pérennes ou annuelles (Coffea arabica sous Erythrina poeppigiana, Zea mays sous Faidherbia albida).
L’UMR Éco&Sols est organisée en 3 thèmes scientifiques :
► Sols, activités et réseaux biologiques
Cette thématique s’attache à comprendre, décrire et utiliser, dans un cadre d’ingénierie écologique :
- Les processus biologiques de régulation de la dynamique des nutriments azote et phosphore et leur biodisponibilité pour les plantes.
- Les processus biologiques de régulation de la séquestration de carbone.
- Les processus biologiques de régulation de l’écodynamique des contaminants biologiques (protéines prion, protéines insecticides Bt des plantes génétiquement modifiées, virus de la grippe aviaire).
L’originalité de ce thème est de confronter ces domaines fonctionnels et d’évaluer comment ils interagissent entre eux et déterminent, in fine, les flux à l'échelle du profil.
► Nutriments et intensification écologique
Cette thématique vise à répondre à une question générale de recherche : quels sont les processus biogéochimiques déterminant l’efficience d’acquisition, d’utilisation et de recyclage des ressources en nutriments dans les agroécosystèmes tropicaux et méditerranéens à bas niveaux d’intrants. Il s’agit :
- D'intégrer ces différents traits et processus dans un modèle spatialisé de dynamique des nutriments dans le système sol-plante et de confronter ce modèle à la mesure, en vue d’évaluer la hiérarchie des processus biologiques.
- De déterminer la contribution des horizons du sous-sol et des racines profondes qui les colonisent à l’acquisition des nutriments par la plante entière.
- D’appréhender le fonctionnement des peuplements complexes, combinant espèces non-fixatrices d’azote et légumineuses. L’approche privilégiée consiste à coupler expérimentation et modélisation numérique.
► Carbone et changements globaux
L’enjeu est de maîtriser les déterminants du cycle du carbone et des flux de gaz à effet de serre des agroécosystèmes en intégrant les compartiments sol et plante, ainsi que leurs interactions dans les approches expérimentales et les modèles. L’enjeu de ce thème est de coupler le fonctionnement de la plante et celui du sol. Les travaux sont organisés autour de la fonction « puits » et de la fonction « source » des composantes sol et plante. Pour la fonction « puits » des écosystèmes, l’enjeu porte sur le couplage du fonctionnement de la plante et du sol, le verrou scientifique majeur étant le rôle des litières aériennes et souterraines. Pour la fonction « source », il s’agit principalement d’étudier la production de CO2 par les plantes et le sol et de N2O et CH4 par le sol, les enjeux principaux étant une meilleure prise en compte de la respiration et de l’impact des changements d’échelle. L’approche privilégiée consiste à coupler expérimentation, modélisation, méta-analyses et à comparer divers scénarios de changement global.
Six ateliers techniques :
La force majeure de l’unité est de rassembler des compétences techniques et des outils complémentaires, en particulier en matière de métrologie des flux à différentes échelles (du microsite à la parcelle et au-delà) à Montpellier et dans plusieurs sites fortement instrumentés au Sud. Cela permet de mesurer tout ou partie des flux majeurs de carbone, d’eau et de nutriments et d’analyser les déterminants de ces flux liés aux variations climatiques et aux pratiques agronomiques, l'originalité de l’implantation de l’UMR Éco&Sols en métropole étant de disposer de l’agrément pour importer des sols tropicaux.
► Montpellier : 5 ateliers techniques : biologie-biologie moléculaire ; biochimie protéine ; physico-chimie ; L2Biosoltrop (étude de la matière organique en milieu confiné de niveau) ; expérimentation du vivant (dispositifs expérimentaux de culture en condition contrôlée).
► Afrique de l’Ouest : ateliers biologie moléculaire et activités microbiennes et nématologie au LEMSAT (Laboratoire d'écologie microbienne des sols et agrosystèmes tropicaux) à Dakar (Sénégal).
► Afrique Centrale : le CRDPI (Centre de recherches et de développement sur les plantes industrielles) dispose de dispositifs très instrumentés pour l’étude de cycles biogéochimiques en plantation d’eucalyptus, en savane et sur des parcelles d’essai sylvicole.
► Océan indien : Laboratoire des radio-isotopes à l’université d’Antananarivo (Madagascar)
► Amérique du Sud : le CATIE (Centre agronomico tropical de investigacion y enseñanza) possède une tour de mesure de flux appliquée au système agroforestier caféier.
► Asie du Sud-Est : le site de mesure « Rubberflux » et le Laboratoire de physiologie au Centre de recherche du caoutchouc de Chanchoengsao, les Laboratoires d’écophysiologie des universités de Katersat et de Prince of Songia.
L’UMR Éco&sols est de plus représentée dans les réseaux d’écologie globale comme Fluxnet, CarboAfrica, AsiaFlux, ce qui lui permet de valoriser les données qu’elle produit. Elle participe ou coordonne de nombreux autres réseaux tels que les réseaux Matières organiques, Écodynamique des micropolluants, Site management and productivity of tropical plantation forests et GRAM Méditerranée.
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