Interactions entre espèces en plantations mélangées forestières et agroforestières - Université de Lorraine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Species interactions in mixed forestry and agroforestry plantations

Interactions entre espèces en plantations mélangées forestières et agroforestières

Anaïs Thomas

Résumé

Plantations of fast-growing species (e.g. poplars, willows, eucalyptus) are widely used for biomass supply. However, these plantations are often monospecific systems and are generally very resource demanding. This is particularly the case for plantations of species belonging to the Populus genus, which can be grown under intensive cultivation conditions, and which use large quantities of water and nitrogen to produce large volumes of biomass. In this context, mixed forest or agroforestry plantations appear as an interesting alternative to monocultures. Indeed, they can produce more by using more efficiently the resources necessary for the growth of the different components of the mixture by playing on the complementarity between the species. The introduction of nitrogen-fixing species in these mixtures can also be an additional asset to reduce the need for synthetic nitrogen inputs.In any plantation, forest or agroforestry, intraspecific interactions (individuals of the same species) or interspecific interactions (between individuals of two different species) can be negative, positive, or neutral. To date, the interactions between species that determine whether a given mixture will be more productive than the corresponding monocultures are still poorly understood and studies of their impact on resource-use efficiency are scarce. The overall objective of the PhD work was to evaluate the impact of several species mixtures, both forest and agroforestry, on tree growth performance through effects on functional (resource-use efficiencies), structural (crown architecture) and phenological (spring and fall bud and leaf phenology) determinants. The main hypothesis was that thanks to symbiotic nitrogen fixation and complementarity between species, trees in mixtures would be more productive and use resources more efficiently than in monoculture.This objective was pursued on an instrumented plantation on the La Bouzule site (54), installed in spring 2014, composed of mixtures of woody (poplars and alders) and herbaceous (legumes, graminoids) species, as well as their respective monocultures. The functioning of three types of mixtures including nitrogen-fixing species (poplars/alfalfa - clover succession; poplars/alders; alders/cereal - temporary grassland succession) was compared with monocultures of the two woody species. The originality of the work lies on the combination of the study of processes occurring at the organ and tree scales to describe the interaction processes between species and the overall performance of the different types of mixtures, compared to their respective monocultures.Species interactions in a plantation are not static but change as the stand develops. The nature of the interactions between poplars and legumes in the agroforestry plot evolved from a predominant competition at the beginning of the plantation to facilitation through soil nitrogen enrichment. The growth performances of the poplars were increased compared to the monoculture, associated with a higher water-use efficiency than in monoculture and a reduction of competition between the canopies allowing a better interception of light in agroforestry. In contrast, higher water-use efficiency of poplars associated with alder than in monoculture was not associated with better growth performances of both species compared to their respective monocultures. Overall, alder was only slightly affected by the mixtures.
Les plantations d'espèces à croissance rapide (par exemple les peupliers, les saules, les eucalyptus) sont largement utilisées pour l'approvisionnement en biomasse. Cependant, ces plantations sont souvent des systèmes monospécifiques et sont généralement très consommatrices en ressources. C'est notamment le cas des plantations des espèces appartenant au genre Populus, pouvant être cultivées en conditions de culture intensive, qui utilisent des quantités importantes d'eau et d'azote pour produire de grands volumes de biomasse. Dans ce contexte, les plantations mélangées, forestières ou agroforestières, apparaissent comme une alternative intéressante aux monocultures. En effet, elles peuvent produire plus en utilisant plus efficacement les ressources indispensables à la croissance des différentes composantes du mélange en jouant sur la complémentarité entre les espèces. L'introduction d'espèces fixatrices d'azote dans ces mélanges peut également être un atout supplémentaire pour réduire les besoins en intrants azotés de synthèse.Dans toute plantation, forestière ou agroforestière, les interactions intraspécifiques (individus d'une même espèce) ou interspécifiques (entre individus de deux espèces différentes) peuvent être négatives, positives, ou neutres. À ce jour, les interactions entre espèces qui déterminent si un mélange donné sera plus productif que les monocultures correspondantes sont encore mal comprises et les études de leur impact sur l'efficacité d'utilisation des ressources sont rares. L'objectif général des travaux de thèse a consisté à évaluer l'impact de plusieurs mélanges d'espèces, forestiers et agroforestiers, sur les performances de croissance des arbres à travers les effets sur les déterminants fonctionnels (efficiences d'utilisation des ressources), structuraux (architecture des houppiers) et phénologiques (phénologie printanière et automnale des bourgeons et des feuilles). L'hypothèse principale était que grâce à la fixation symbiotique de l'azote et à une complémentarité entre espèces, les arbres dans les mélanges seraient plus productifs et utiliseraient plus efficacement les ressources qu'en monoculture. Cet objectif a été poursuivi sur une plantation instrumentée sur le site de La Bouzule (54), installée au printemps 2014, composée de mélanges d'espèces ligneuses (peupliers et aulnes) et herbacées (légumineuses, graminées), ainsi que les monocultures correspondantes. Le fonctionnement de trois types de mélanges comprenant des espèces fixatrices d'azote (peupliers/succession luzerne - trèfle ; peupliers/aulnes ; aulnes/succession céréales - prairie temporaire) a été comparé avec les monocultures des deux espèces ligneuses. L'originalité des travaux réside notamment dans l'alliance de l'étude de processus intervenant aux échelles de l'organe et de l'arbre pour décrire les processus d'interactions entre espèces et les performances globales des différents types de mélanges, par rapport aux monocultures correspondantes. Les interactions entre espèces dans une plantation ne sont pas statiques mais changent au fur et à mesure que le peuplement se développe. La nature des interactions entre le peuplier et les légumineuses dans la parcelle agroforestière a évolué d'une compétition prédominante, au début de la plantation, vers une facilitation grâce à un enrichissement du sol en azote. Les performances de croissance des peupliers étaient accrues, par rapport à la monoculture, associées à une efficience d'utilisation de l'eau plus élevée qu'en monoculture ainsi qu'à une réduction de compétition entre les houppiers permettant une meilleure interception de la lumière en agroforesterie. En revanche, une efficience d'utilisation de l'eau plus élevée des peupliers associés à l'aulne qu'en monoculture n'a pas été associée à de meilleures performances de croissance des deux espèces comparativement à leurs monocultures respectives. Globalement, l'aulne n'était que très peu affecté par les mélanges.
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  • HAL Id : tel-04512825 , version 1

Citer

Anaïs Thomas. Interactions entre espèces en plantations mélangées forestières et agroforestières. Ecosystèmes. Université de Lorraine, 2023. Français. ⟨NNT : 2023LORR0079⟩. ⟨tel-04512825⟩
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