Restauration écologique de prairies humides à vocation agricole suite au comblement d'une ballastière en basse vallée de Seine : incidence du type de sol recréé sur les fonctions pédologiques associées et sur la dynamique de colonisation végétale

par Audrey Boigné

Thèse de doctorat en Sciences de l'univers

Sous la direction de Laurent Quillet.

Soutenue le 04-04-2017

à Normandie , dans le cadre de École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Rouen) , en partenariat avec Étude et compréhension de la biodiversité (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime) (équipe de recherche) , Laboratoire de microbiologie signaux et microenvironnement (Evreux) (laboratoire) , Laboratoire EcoDiv (laboratoire) et de Laboratoire de Microbiologie Signaux et Microenvironnement / LMSM (laboratoire) .

Le président du jury était Luc Abbadie.

Les rapporteurs étaient Jean-Christophe Clément, Thierry Dutoit.


  • Résumé

    Dans un contexte de destruction des zones humides à l’échelle mondiale, conséquence des activités d’origine anthropique, la restauration écologique de ces milieux et de leurs fonctions est devenue un enjeu écologique et sociétal. L’objectif de ce projet est de recréer des prairies humides à vocation agricole aux caractéristiques pédologiques et floristiques aussi proches que possible de celles des prairies totalement détruites par l’exploitation de matériaux alluvionnaires. L’étude présentée ici se focalise sur l’incidence des matériaux pédologiques utilisés pour la recréation de quatre sols sur les fonctions du sol et les cortèges floristiques associés. L’hypothèse principale est que la recréation d’un sol morphologiquement proche de celui détruit devrait permettre d’orienter la restauration écologique.L’hypothèse sous-jacente est qu’en utilisant différents matériaux pédologiques locaux, on hérite de leurs caractéristiques physico-chimiques et biologiques ce qui permettait de conserver les fonctions pédologiques qui leur sont associées et favorisait le retour d’un cortège floristique compatible avec un usage agricole. La première partie est consacrée à l’étude de deux fonctions remplies par les sols de zones humides à savoir le stockage du carbone organique et la dénitrification. Deux années et demi après la fin des travaux de comblement de ballastières, ces deux fonctions sont conservées au sein des quatre types de sols recréés. Les principaux résultats montrent un niveau d’efficience des matériaux pédologiques testés, fonction de leur sol origine et de leurs caractéristiques physico-chimiques. La deuxième partie est consacrée à l’étude des mécanismes de structuration des communautés végétales. Le suivi de la colonisation spontanée de la végétation a permis d’appréhender la forte contribution de la banque de graines issue des matériaux pédologiques locaux. Malgré la mise en évidence d’un début de trajectoires dynamiques au sein des quatre sols recréés, la similarité entre les communautés obtenues et les communautés cibles des prairies de référence n’excède pas 50 %. Les productions de biomasses aériennes associées à ces communautés sont comparables en quantité à celles des prairies de référence mais pas en qualité. La mise en place d’une gestion par semis associée à une fauche montre dès la première année une production de biomasses de qualité se rapprochant de celles des prairies locales.La dernière partie de ce manuscrit est consacrée à l’effet de trois niveaux d’engorgement des sols sur le processus de dénitrification et sur les traits de réponse d’une espèce prairiale, Holcus lanatus. Placer les quatre matériaux pédologiques dans des conditions identiques d’engorgement permet de souligner l’importance de l’héritage des communautés bactériennes dénitrifiantes sur le processus de dénitrification. Parallèlement, ces conditions expérimentales permettent de mettre en évidence les traits de réponses morphologiques et fonctionnels de l’espèce considérée. À l’issue de ces suivis, le meilleur compromis de restauration alliant sol, végétation et coûts économiques doit prendre en considération l’origine et l’histoire (i.e. gestion) des matériaux utilisés lors de la recréation écologique.

  • Titre traduit

    Ecological restoration of wet agriculture-oriented meadows after the filling of a ballast-pit in the Lower Valley of the Seine River : incidence of the recreated soil type on the pedological associated functions and on the dynamic of plant colonisation


  • Résumé

    In a worldwide context of wetland destruction, a consequence of anthropic activities, ecological restoration of such habitats and their functions has become a societal and ecological issue. The objective of this project is to recreate agriculture-oriented wet grasslands with pedological and floristical properties as similar as possible to typical grasslands destroyed by alluvial materials extraction. The study presented here focuses on the impact of pedological materials, used in the re-creation of four soils, on soil functions and associated floristic processions. The main hypothesis is that re-creation of a soil morphologically similar to the previously destroyed one should drive ecological restoration. The underlying hypothesis is that different local pedological materials inherit their previous physicochemical and biological properties. This should conserve associated pedological functions and favor the return of a floristic procession compatible with agricultural exploitation. The first part is dedicated to the study of carbon storage and denitrification, two wetlands soils functions. These two functions are retained within the four re-created soils two and a half year after gravel-pit filling. Main results highlight functional efficiency levels of tested pedological material inherited from their respective initial topsoil physico-chemical properties. The second part is devoted to the study of mechanisms structuring plant communities. The high contribution of local pedological materials seed bank during the colonization process and its impact on aforementioned mechanisms was highlighted from our monitoring. Despite demonstration of the start of a dynamic trajectory in the four created soils similarity between obtained and target communities never exceeds 50%. Aerial biomass production associated to these communities is comparable to the production in reference wet grasslands in terms of quantity, but not quality. Implementation of management (sowing and mowing) shows biomass production of comparable quality to reference grassland from the first year onwards. The last part focuses on the effect of three soil waterlogging levels on the denitrification process and the response traits of Holcus lanatus, a meadow species. Pedological materials placement in identical waterlogging conditions highlights the importance of denitrifying bacteria communities inheritance on the denitrification process. These experimental conditions also enabled us to highlight the considered species morphological and functional response traits. To conclude and following our monitoring the best compromise for concurrent restoration of soil and vegetation while considering cost-effectiveness needs to account for topsoils origin and history (i.e. management).



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