Etude multi-sites de la réponse et résilience de la fertilité chimique des écosystèmes forestiers dans un contexte de changement (dépôts atmosphériques et substitution d’essence) (OT134)

Contexte du projet

En France, les écosystèmes forestiers métropolitains sont généralement localisés sur des sols acides et peu fertiles. Ces écosystèmes ont pu par le passé subir des contraintes fortes (dépôts acidifiants N et S, exploitations importantes de la ressource…) et ils font aujourd’hui face à de nouvelles pressions d’ordre nutritionnel et/ou sylvicole et/ou climatique. Dans un tel contexte, la durabilité des écosystèmes forestiers est remise en question et la fertilité des sols préoccupe le monde forestier. Les gestionnaires forestiers doivent entre autres trouver le juste équilibre entre la production de biomasse et le maintien de la fertilité chimique, ce qui requiert des outils fiables pour évaluer et/ou prédire l’évolution de cette fertilité dans un contexte changeant.

Plusieurs approches peuvent être utilisées pour évaluer l’évolution de la fertilité chimique d’un écosystème forestier : étude des concentrations foliaires, des solutions du sol et des réservoirs du sol à deux dates, ou calcul d’un bilan « entrées-sorties » (flux de nutriments entrants dans l’écosystème moins ceux sortants, sur une période donnée). De nombreuses études ont utilisé ces approches pour comprendre l’effet des changements de dépôts atmosphériques et d’essence sur la fertilité chimique, mais elles sont pour la plupart mono-approche, mono-site et/ou se sont souvent limitées à investiguer ces effets sur un seul compartiment de l’écosystème. Il est donc aujourd’hui nécessaire d’approfondir nos connaissances sur les relations entre pressions subies et l’évolution de la fertilité chimique des écosystèmes sur plusieurs décennies. Par ailleurs, l’évaluation quantitative de l’incertitude associée à l’évolution de fertilité est rarement faite (ou partiellement). Cette connaissance est pourtant essentielle lorsque ces données servent de base à la prise de décision associée à la gestion forestière.

L’enjeu majeur de ce projet est de mieux comprendre la réponse et la résilience des écosystèmes forestiers localisés en France métropolitaine (notamment ceux à faible fertilité chimique, par définition plus sensible aux perturbations extérieures) dans le contexte des changements globaux, en particulier le changement de régime des dépôts atmosphériques (apports d’azote en baisse mais toujours influents, diminution des apports de Mg, Ca et K) et les évolutions de choix d’essences forestières (enrésinement FFN passé, nouvelles questions de substitution possible liées aux enjeux de production et d’adaptation aux changements climatiques). Une meilleure compréhension de cette dynamique et des incertitudes associées est aujourd’hui nécessaire, afin de prédire au mieux l’avenir des forêts françaises. Ce projet revêt un intérêt tout particulier dans le cadre de la gestion durable des sols forestiers et de leur fertilité chimique, afin d’assurer la durabilité sur le long terme des écosystèmes forestiers et pérenniser les services qu’ils procurent à la société humaine.

Objectifs du projet

L’objectif est d’améliorer i) l’évaluation des incertitudes autour des différentes approches de diagnostic de fertilité chimique et ii) notre compréhension de la réponse et la résilience des écosystèmes forestiers (notamment ceux à faible fertilité chimique, par définition plus sensible aux perturbations extérieures) face à ces changements, afin d’assurer leur durabilité sur le long terme et pérenniser les services qu’ils procurent à la société humaine.

Les questions de recherche proposées au candidat sont les suivantes :

Quelle est l’évolution de la fertilité chimique des écosystèmes forestiers français face à des pressions extérieures (substitution d’essence, changement de régime de dépôts atmosphériques) et quelle est leur capacité de résilience ?
Quels sont les drivers et les mécanismes expliquant l’évolution de la fertilité chimique des écosystèmes étudiés ?
Les différentes approches de diagnostic de l’évolution de la fertilité chimique des écosystèmes forestiers convergent-elles ?

Matériels et méthodologie envisagée

Ce projet s’appuiera sur plusieurs placettes permanentes niveau III du réseau RENECOFOR (EPC08, EPC87, HET30, PS67A, SP38, SP57, CHS41, CPS77 ; http://www1.onf.fr/renecofor) et sur le site atelier très fortement instrumenté de Breuil-Chenue (http://www.gip-ecofor.org/f-ore-t/breuil.php). Ces dispositifs expérimentaux in situ sont bien documentés et un monitoring environnemental a été réalisé sur les 20-25 dernières années (solution dans l’écosystème, chute de litières, feuilles vertes, sol et humus…). Quelques campagnes de terrain seront réalisées pendant la thèse pour compléter les jeux de données existants.

Un bilan de fertilité « entrées-sorties » sera réalisé sur chaque placette afin d’évaluer les évolutions de fertilité au cours des 20 à 30 dernières années, en s’appuyant sur les données mesurées sur site et sur des modèles existant lorsque nécessaire. En condition de relief modéré et en climat tempéré, les entrées considérées sont les apports atmosphériques et l’altération des minéraux du sol ; les sorties sont les pertes par drainage en bas de profil de sol et l’immobilisation dans la biomasse arborée. Le bilan correspond à la différence entre les entrées et les sorties d’un écosystème forestier sur une période donnée, et permet alors d’évaluer l’évolution de la fertilité chimique sur cette même période. Une estimation des incertitudes associées au calcul du bilan sera également réalisée.

Des approches complémentaires seront également mises en oeuvre pour estimer l’évolution de la fertilité chimiques des écosystèmes étudiés : évolution des réservoirs de nutriments bio disponibles dans les sols à 20-25 ans d’intervalle et évolution des concentrations dans la solution du sol et des concentrations foliaires (indicateur de la nutrition des arbres) sur cette même période. Après avoir estimé les incertitudes associées à chaque approche, les résultats seront comparés à ceux obtenus par l’approche « bilan ».

La réponse et la résilience des écosystèmes étudiés face aux changements seront ensuite qualifiées et la confrontation des différentes approches utilisées devrait permettre d’avancer dans la compréhension des processus à l’origine des évolutions observées.

Ce projet s’appuiera également sur le partenariat scientifique déjà établi entre l’ONF, l’Université Catholique de Louvain (Belgique), l’Université de Lund (Suède) et l’Unité BEF. Ces partenariats progressivement développés depuis 2010 visent notamment à mieux comprendre l’évolution de la fertilité chimique des écosystèmes forestiers européens sur le moyen et long terme, pour en assurer la durabilité.

Compétences recherchées

Formation requise : M2 ou équivalent
Connaissances requises : biogéochimie, pédologie, éventuellement hydrologie et écophysiologie
Maitrise des statistiques
Aptitude au travail en équipe (en interne et avec les différents acteurs du projet)

Dossier de candidature et informations supplémentaires

Lettre de motivation et CV à envoyer par courriel avant le 30/06/2019 à :

Contrat de 36 mois (2019-2022) : ½ bourse l'ONF et ½ bourse département EFPA INRA.

Laboratoire d’accueil : UR 1138-Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers - INRA Centre Grand Est

Nancy -54280 Champenoux.

Directeur de thèse : Bernhard Zeller

Encadrants de thèse : Gregory van der Heijden & Arnaud Legout

Le descriptif de l’offre est téléchargeable ici.