Plasticité de la qualité des litières foliaires d’arbres : conséquences sur le recyclage de l'azote de sols forestiers et les interactions entre plantes

Offre de thèse de doctorat 2025/2028

Plasticité de la qualité des litières foliaires d’arbres :

conséquences sur le recyclage de l'azote du sol et les interactions entre plantes

dans les écosystèmes forestiers

Contexte         

Le réchauffement climatique va considérablement augmenter la fréquence et la gravité des épisodes de sécheresses au sein des écosystèmes forestiers, avec des répercutions importantes pour leur fonctionnement^1,2. Une adaptation de la gestion forestière est ainsi nécessaire pour faire face aux risques accrus de mortalité des arbres pouvant conduire à un dépérissement forestier². La réduction de la densité des peuplements forestiers par intensification des éclaircies (prélèvement partiel d’arbres au cours du cycle sylvicole) et le mélange d’espèces d’arbres sont actuellement débattus en France comme des outils potentiels pour augmenter la résistance des peuplements forestiers aux stress hydriques, et assurer ainsi la durabilité de la production sylvicole^3,4.

De précédentes recherches ont montré que la réduction de la densité des peuplements forestiers induisait une forte dégradation de la qualité biochimique de la litière foliaire du chêne sessile par plasticité phénotypique⁵. L’étude a également pu établir un lien entre cette dégradation de la qualité des litières et des changements en termes d’exposition de la canopée à la lumière, ainsi que de composition en espèces de la communauté des plantes du sous-bois⁵. L'idée générale est que cette plasticité de la litière pourrait être une stratégie adaptative de conservation des nutriments par les arbres vis-à-vis des plantes concurrentes dans les trouées forestières^5–7. Les répercussions en termes de recyclage des nutriments du sol, d’interactions mycorhiziennes et de compétition entre les plantules de chêne et les autres plantes du sous-bois restent néanmoins encore largement à explorer. Ceci permettrait de mieux comprendre les conséquences de l'adaptation de la gestion forestière au changement climatique pour le fonctionnement et la régénération naturelle des écosystèmes forestiers.

Objectif de la thèse    

L’objectif de cette thèse de doctorat sera d’étudier comment la réduction de la densité des peuplements forestiers de chêne sessile, via la dégradation de la qualité biochimique des litières foliaires du chêne qu’elle induit, affecte : i) les processus de recyclage de l’azote du sol, ii) l'acquisition de l’azote par les plantules de chêne, iii) leur compétition avec les plantes du sous-bois. Nous testerons également l’effet du mélange d’espèces d’arbres (pin sylvestre et chêne sessile), en interaction avec la densité des peuplements forestiers.

Combinant une étude terrain basée sur un réseau expérimental d’ampleur nationale (GIS-Coop et OPTMix) et des expériences en conditions contrôlés couplées à l’utilisation d'outils innovants tels que le marquage isotopique (¹⁵N/¹³C)^8,9 et le métabarcoding de la communauté des champignons du sol¹⁰, nous testerons deux hypothèses: (i) la dégradation de la qualité de la litière foliaire liée aux réponses plastiques des arbres à la réduction de la densité des peuplements induit un ralentissement du recyclage de l'azote du sol, inhibant la minéralisation de l'azote du sol et favorisant la dominance du recyclage de l'azote organique du sol associée aux champignons ectomycorhiziens ; (ii) ce recyclage plus lent de l'azote du sol favorise la croissance des plantules d'arbres ectomycorhiziens en améliorant leur acquisition d'azote, au détriment des plantes de sous-bois.

Bibliographie  

1.         Anderegg, W. R. L., Kane, J. M. & Anderegg, L. D. L. Consequences of widespread tree mortality triggered by drought and temperature stress. Nat. Clim Change 3, 30–36 (2013).

2.         Millar, C. I. & Stephenson, N. L. Temperate forest health in an era of emerging megadisturbance. Science 349, 823–826 (2015).

3.         Elkin, C., Giuggiola, A., Rigling, A. & Bugmann, H. Short- and long-term efficacy of forest thinning to mitigate drought impacts in mountain forests in the European Alps. Ecol. Appl. 25, 1083–1098 (2015).

4.         Temperli, C., Bugmann, H. & Elkin, C. Adaptive management for competing forest goods and services under climate change. Ecol. Appl. 22, 2065–2077 (2012).

5.         Henneron, L. et al. Plant interactions as biotic drivers of plasticity in leaf litter traits and decomposability of Quercus petraea. Ecol. Monogr. 87, 321–340 (2017).

6.         Trap, J. et al. Slow decomposition of leaf litter from mature Fagus sylvatica trees promotes offspring nitrogen acquisition by interacting with ectomycorrhizal fungi. J. Ecol. 105, 528–539 (2017).

7.         Northup, R. R., Dahlgren, R. A. & McColl, J. G. Polyphenols as Regulators of Plant-litter-soil Interactions in Northern California’s Pygmy Forest: A Positive Feedback? Biogeochemistry 42, 189–220 (1998).

8.         Wanek, W., Mooshammer, M., Blöchl, A., Hanreich, A. & Richter, A. Determination of gross rates of amino acid production and immobilization in decomposing leaf litter by a novel 15N isotope pool dilution technique. Soil Biol. Biochem. 42, 1293–1302 (2010).

9.         Hart, S. C., Stark, J. M., Davidson, E. A. & Firestone, M. K. Nitrogen mineralization, immobilization, and nitrification. in Methods of Soil Analysis: Part 2—Microbiological and Biochemical Properties (eds. Page, A. L., Miller, R. H. & Keeney, D. R.) 985–1018 (Soil Science Society of America, Madison, USA, 1994).

10.       Anthony, M. A. et al. Forest tree growth is linked to mycorrhizal fungal composition and function across Europe. ISME J. 16, 1327–1336 (2022).

Le laboratoire ECODIV assure une double mission de Recherche et d’Enseignement. Les activités de recherche sont centrées autour de l'étude des relations biodiversité - fonctionnement à l’interface sol-végétation. Les formations sont principalement dispensées au sein du département de Biologie de l’UFR des Sciences et Techniques. Le laboratoire assure la responsabilité pédagogique de plusieurs filières depuis la licence 3 SVT (parcours Ecologie et Biologie des Organismes), aux masters Gestion de l’Environnement (parcours Biodiv) et MEEF (parcours Enseignement)

Le ou la candidat(e) devra être titulaire d'un Master 2 recherche (ou autre M2 en justifiant d'une expérience significative dans un laboratoire de recherche). Il (elle) devra posséder de bonnes bases théoriques dans une ou plusieurs des spécialités suivantes : biogéochimie, écologie des écosystèmes, écologie fonctionnelle, écologie microbienne. Il (elle) devra maitriser des outils statistiques sous R, d'excellente capacité rédactionnelle et orale en anglais. Des compétences en termes de manipulation en laboratoire et une aptitude au travail de terrain seront aussi appréciées. Il (elle) devra être titulaire du permis B.