Étude de la VUB : les sols ont eux aussi une mémoire

Dans le cadre de sa thèse de doctorat, Elias Goossens, chercheur à la VUB, a étudié comment les plantes influencent le sol dans lequel elles poussent, et comment ce sol modifié détermine à son tour la croissance d’autres plantes. Les plantes ne se contentent pas de puiser des nutriments dans le sol, elles le modifient également. Par leurs racines, elles influencent la composition chimique du sol, sa structure ainsi que la communauté de bactéries, de champignons et d’autres micro-organismes qui y vivent. Ces modifications ont ensuite un effet sur les plantes qui pousseront plus tard au même endroit et constituent en quelque sorte la mémoire du sol.

Dans ce contexte, les scientifiques parlent de « rétroaction plante-sol » : une interaction continue entre les plantes et leur environnement. « On peut considérer le sol comme la mémoire des plantes qui y ont poussé auparavant », explique Goossens. « Les plantes laissent leurs traces, et celles-ci contribuent à déterminer quelles espèces pourront s’y développer avec succès par la suite. »

Par le passé, cette rétroaction plante-sol était généralement étudiée dans le cadre d’expériences en laboratoire portant sur une seule espèce végétale à la fois. De telles monocultures n’existent pratiquement pas dans la nature. Les prairies se composent de dizaines d’espèces qui sont en constante concurrence et coopèrent entre elles. Goossens a donc étudié ce qui se passe dans de véritables communautés végétales. Les résultats montrent que les expériences portant sur une seule espèce ne permettent pas de prédire de manière fiable ce qui se passe dans les prairies naturelles. Les interactions entre les différentes espèces sont bien plus importantes qu’on ne le pensait.

Il est frappant de constater que, dans les prairies riches en espèces, les espèces végétales dominantes sont souvent freinées par leur propre influence sur le sol. Elles créent des conditions qui entravent leur propre croissance, car elles favorisent la prolifération d’agents pathogènes dans le sol, qui affectent principalement les plantes de la même espèce. Les espèces plus rares en tirent ainsi des effets positifs et bénéficient de meilleures chances, car ces espèces dominantes voient leur performance diminuer. Ce mécanisme contribue à empêcher qu’une seule espèce ne supplante toutes les autres. « Cette rétroaction négative agit comme un frein naturel sur les espèces dominantes », explique Goossens. « Cela permet à de nombreuses espèces végétales différentes de coexister. »

Cette étude apporte également un nouvel éclairage sur les plantes envahissantes, ces espèces exotiques qui se propagent rapidement et peuvent perturber les écosystèmes locaux. Une théorie courante avance que ces plantes prospèrent parce qu’elles échappent aux agents pathogènes et aux organismes du sol qui les freinent dans leur habitat d’origine. Les scientifiques appellent cela l’« hypothèse de la libération des ennemis ».

Les résultats montrent toutefois une réalité plus nuancée. Dans les prairies riches en espèces, les plantes envahissantes ne semblent pas bénéficier automatiquement d’un avantage. Ce n’est que lorsque la biodiversité diminue et que le nombre d’espèces présentes baisse que les plantes envahissantes peuvent tirer davantage profit de l’absence de leurs prédateurs naturels. Cela rend les écosystèmes pauvres en espèces plus vulnérables aux invasions, ce qui correspond aux observations faites dans la nature. Un autre mécanisme entre également en jeu : plus une végétation compte d’espèces indigènes, plus il y a de niches écologiques occupées, ce qui rend plus difficile pour une espèce exotique d’occuper une telle niche – il y en a moins de disponibles – et donc de s’établir et de devenir envahissante. « Nous avons travaillé aussi bien avec des sols stérilisés qu’avec des sols non stérilisés, ce qui nous a permis de déterminer séparément l’importance de ces deux mécanismes », explique le chercheur.

Goossens a également étudié le rôle des nutriments dans le sol. Il a constaté que ce n’est pas seulement la quantité de nutriments, mais aussi le rapport entre, par exemple, l’azote et d’autres éléments, qui détermine l’intensité des interactions plante-sol. C’est important car les activités humaines perturbent de plus en plus souvent cet équilibre. La fertilisation, la pollution par l’azote et les espèces végétales envahissantes peuvent modifier la chimie du sol. Ainsi, la verge d’or géante (Solidago gigantea),une espèce envahissante, est connue pour augmenter la disponibilité de l’azote dans le sol en accélérant la décomposition de la matière organique.

Selon Goossens, ces changements peuvent compromettre les mécanismes naturels qui préservent la biodiversité. « Lorsque des espèces végétales disparaissent, nous ne perdons pas seulement des espèces en surface », explique-t-il. « Les interactions complexes au sein du sol sont également perturbées. De ce fait, certaines espèces dominantes peuvent prendre le dessus et il devient plus facile pour les plantes envahissantes de s’implanter. »

L’étude montre que la biodiversité ne se résume pas à un simple ensemble d’espèces. Une prairie riche en espèces recèle également un réseau caché d’interactions entre les plantes, les organismes du sol et les nutriments. C’est précisément cette interaction souterraine qui assure la stabilité des écosystèmes. Lorsque la diversité diminue, une réaction en chaîne peut se produire, qui s’autoalimente et ouvre la voie à une dégradation accrue de la nature.

Avec sa thèse, Elias Goossens apporte un nouvel éclairage sur les processus cachés qui déterminent le fonctionnement des prairies et expliquent pourquoi la biodiversité est essentielle à la santé et à la résilience des écosystèmes.

Titre de la thèse : Impact des rétroactions plante-sol sur les plantes envahissantes et la coexistence dans les communautés de prairies

Plus d’informations :

Elias Goossens : elias.goossens@vub.be

Directeur de thèse : Professeur Harry Olde Venterink

Publications :

Frans Steenhoudt

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