Swiss FACE

Le groupe de recherche du Prof. Dr. J. Nösberger, en collaboration avec des groupes de recherche de Suisse, d’Europe et d’outre-mer, a étudié les effets de l’augmentation de la concentration de CO₂ dans l’atmosphère et de l’intensification de l’utilisation sur les prairies. Des interactions surprenantes entre l’atmosphère, les plantes et le sol ont été découvertes, qui n’auraient pas eu lieu dans des expériences en serre ou en chambre climatique.

La technique d’enrichissement en CO₂ à l’air libre (FACE, Free Air CO₂ Enrichment), développée pour les écosystèmes forestiers, a été adaptée et perfectionnée pour les écosystèmes prairiaux par le Brookhaven National Laboratory, Lupton, USA, à la station expérimentale de l’Institut des sciences végétales à Eschikon. Cela a permis d’étudier les effets des concentrations atmosphériques de CO₂ attendues dans 50 à 75 ans sur six zones de 200 m².

Les essais contenaient un éventail extraordinaire d’aspects. Des cultivars très productifs des deux espèces les plus importantes pour la production de fourrage dans les climats tempérés, le trèfle blanc (Trifolium repens) et le ray-grass anglais (Lolium perenne), ont été étudiés, mais aussi un large éventail d’espèces et d’écotypes provenant de prairies naturelles. Outre la concentration de CO₂, l’intensité d’utilisation (fertilisation azotée et fréquence de coupe) a également fortement varié. D’une part, cela a permis de comparer l’ampleur de l’effet de l’augmentation du CO₂ à celui d’une intensification de l’utilisation. D’autre part, les différentes disponibilités en azote ont permis d’identifier et de mieux comprendre les principaux processus de la réponse au CO₂ de l’écosystème.

Dans les essais en serre, l’élévation de la concentration atmosphérique de CO₂ a toujours conduit à une augmentation de la photosynthèse et de ce fait à une augmentation significative du rendement. Dans les essais FACE, l’augmentation du CO₂ a étonnamment entraîné une réduction du rendement des graminées lorsque la fertilisation azotée était faible, malgré que la photosynthèse ait augmenté. En revanche, les espèces de trèfle en ont fortement bénéficié. Ils ont produit des rendements plus élevés et ont été beaucoup plus compétitifs dans les peuplements mixtes.

Des expériences de marquage avec des isotopes du carbone (¹³C, ¹⁴C) ont montré que l’augmentation de la photosynthèse chez les graminées n’a pas affecté le rendement car les assimilats ont été investis dans les racines. En utilisant l’isotope stable ¹⁵N, il a été démontré que les espèces de trèfle ont fortement augmenté la fixation symbiotique de l’azote atmosphérique sous un taux élevé de CO₂. C’est la clé de leur succès en atmosphère enrichie en CO₂.

Bien que la concentration de CO₂ dans le sol soit beaucoup plus élevée que dans l’atmosphère et qu’elle ne soit pas directement influencée par cette dernière, la fumigation de l’air ambiant au CO₂ a entraîné des changements majeurs dans le sol. Ceux-ci ont manifestement été déclenchés par les plantes fumigées. Ainsi, sous un taux élevé de CO₂ atmosphérique, la dénitrification a augmenté, la structure des populations de microorganismes du sol a été modifiée et la disponibilité de l’azote assimilable par les plantes a été réduite, ce qui a eu des effets en retour sur les plantes et pourrait expliquer la réponse différentielle du trèfle et des graminées.

La collaboration d’experts reconnus de différentes disciplines a donné lieu à plus de 100 publications dans des revues internationales. Les résultats montrent la grande importance des effets de rétroaction entre l’atmosphère, la plante et le sol, qui ne peuvent être étudiés que par des expériences conduites dans des conditions de terrain réalistes.