Effets conjugués de l’expansion des plantations d’arbres et du changement climatique sur le fonctionnement hydro-sédimentaire des bassins versants tropicaux de montagne: la diversité microbienne aquatique comme un proxy de la conversion d’usage des terres – TecItEasy

Des outils de traçage innovants (radionucléides, isotopes stables, marqueurs génétiques ...) seront utilisés pour étudier l'origine spatiale et les temps de transfert de l'eau et des particules qu’elle véhicule dans un réseau de bassins versants imbriqués.
Pour conduire cette approche, TECITEASY repose sur un consortium interdisciplinaire impliquant des spécialistes reconnus en agronomie, pédologie, hydrologie, microbiologie et biogéochimie de quatre laboratoires français et d’un laboratoire laotien. Ce dernier assurera la traduction des résultats en directives pratiques pour la gestion raisonnée des terres, et la dissémination des résultats auprès des parties impliquées dans l’accompagnement de la transition forestière, tant au niveau local, que régional et national (du village au ministère).

Un premier travail d’analyse basé sur l’utilisation d’un modèle conceptuel (i.e. GR2M) a permis de montrer que, contrairement à la reforestation « naturelle », l’expansion des plantations de tecks augmente les écoulements dans les ruisseaux des bassins versants de tête.
En période de crue, nos observations montrent un accroissement de la part du ruissellement de surface et de l’érosion des sols. Au rythme actuel, nous prévoyons un doublement des surfaces plantées en tecks sur le bassin versant d’étude d’ici 2018, ainsi qu’un doublement des pertes en terres annuelles (5,6 à 10,3 Mg/ha/an).
Cette évolution du comportement hydro-sédimentaire s’explique par un changement des propriétés hydrodynamiques des sols concomitamment à l’évolution des usages. Dans les plantations dépourvu de couvert forestier, on note l’apparition d’un encroûtement de surface peu propice à l’infiltration des eaux de pluies, et responsable d’un ruissellement rapide et intense.
Comme nous l’avions imaginé au démarrage du projet, ces évolutions en terme d’usage des terres et de propriétés physiques du milieux ont un impact sur la mobilisation et le transfert de bactéries attachées aux particules de sol ou de sédiment (Ribolzi et al., 2015).

TECITEASY produira de nouvelles connaissances qui amélioreront notre compréhension (i) des déterminants et des processus responsables du fonctionnement hydro-sédimentaire à l'échelle du bassin versant (~ 0,1-10 km2), et (ii) de la variabilité des assemblages de bactéries aquatiques le long des zones rivulaires ainsi que des bactéries détachées de la surface du sol et transportées par les eaux de ruissellement. Par ailleurs, TECITEASY établira des indicateurs microbiologiques de la «santé» des agroécosystèmes, afin de définir des recommandations pratiques pour la gestion durable et le développement intégré des agroécosystèmes tropicaux, en se focalisant sur l’optimisation des mosaïques paysagères. Ces recommandations viseront particulièrement à : limiter l'érosion des sols et les pertes de nutriments le long des versants ; maintenir les fonctions de filtrage des zones rivulaires ; atténuer la contamination des cours d'eau et des systèmes de production ; et préserver la diversité fonctionnelle des communautés bactériennes aquatiques le long des chemins de l’eau.

Une revue bibliographique approfondie sur des indicateurs bactérienne de contamination des eaux dans les agroécosystèmes (Rochelle-Newall et al., 2015) confirme le manque de connaissances disponibles en milieu tropical, particulièrement dans les pays en voie de développement, et conforte le projet TECITEASY dans ses objectifs.
Rochelle-Newall, E., Nguyen, T.M.H., Le, T.P.Q., Sengtaheuanghoung, O., Ribolzi, O., 2015 - A short review of fecal indicator bacteria in tropical aquatic ecosystems: knowledge gaps and future directions. Front. Microbiol. 6, 1–15. doi:10.3389/fmicb.2015.00308

Un premier article interdisciplinaire, alliant expertise hydrologique, géochimique et microbiologique vient de paraitre (Ribolzi et al., 2015). Basé sur l'utilisation de radionucléides (7Be, 210Pb) il propose une méthode innovante de quantification des bactéries attachées aux particules solides et transportées en suspension lors des crues.
Ribolzi, O., Evrard, O., Huon, S., Rochelle-Newall, E., Henri-des-Tureaux, T., Silvera, N., Thammahacksac, C., Sengtaheuanghoung, O., 2015 - Use of fallout radionuclides (7Be, 210Pb) to estimate resuspension of Escherichia coli from streambed sediments during floods in a tropical montane catchment. Environ. Sci. Pollut. Res. doi:10.1007/s11356-015-5595-z

L'expansion mondiale des plantations d'arbres engendre une rapide simplification de la mosaïque paysagère au détriment de l’environnement (sols, ressources en eau, érosion de la diversité fonctionnelle microbienne). Les effets conjugués du développement économique, de la démographie et des changements climatiques tendent à aggraver les conséquences indésirables de cette conversion.

TecItEasy est un projet exploratoire de 3 ans dont l'originalité repose sur (i) la collecte simultanée flux interdépendants hydrologiques, géochimiques et microbiologiques dans un observatoire de recherche en environnement (SOERE-RBV, EQUIPEX-Critex) situé au Nord du Laos, (ii) l'analyse et l’intégration progressive et de ces données au moyen d’approches cartographiques et de modélisation, et (iii) la traduction des résultats en directives pratiques pour la gestion raisonnée de l’usage des terres dans les contextes globaux d’expansion des plantations et du changement climatique. Le projet vise à clarifier 1) la réponse hydro-sédimentaire d'un bassin versant dont l'agro-écosystème est converti en plantations d'arbres, 2) les types de mosaïques paysagères susceptibles d’optimiser conjointement productivité et durabilité, 3) si une typologie des assemblages bactériens aquatiques peut servir d'indicateur de la santé des écosystèmes agricoles et de leurs dynamiques.

Pour relever ce défi scientifique, nous avons formé un consortium interdisciplinaire impliquant des spécialistes reconnus en agronomie, pédologie, hydrologie, microbiologie et biogéochimie, de quatre laboratoires français et d’un laboratoire laotien : GET (Géosciences Environnement Toulouse); BIOEMCO (Biogéochimie et écologie des milieux Continentaux), LEM (Laboratoire d'Ecologie Microbienne) ; LSCE (Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement) ; Centre de Recherches sur l’Usage des Terres (ALUPC), placé sous l'autorité du Ministère de l'Agriculture et des Forêts.

TecItEasy est divisé en trois axes de recherche: 1) analyse intégrée de données hydro-sédimentaires et sur l’usage des terres, recueillies depuis 1998 dans le cadre de l’observatoire MSEC, 2) travail interdisciplinaire de terrain sur les flux hydro-sédimentaires et la diversité microbienne; 3) modélisation à base physique (KINEROS2, WEPP et OpenFOAM) et tests de scénarios de changement climatique et d’organisation des mosaïques paysagères. Des outils de traçage innovants (radionucléides, isotopes stables, marqueurs génétiques ...) seront utilisés pour étudier l'origine spatiale et les temps de transfert de l'eau et des particules qu’elle véhicule dans un réseau de bassins versants imbriqués. ALUPC assurera par ailleurs la dissémination des résultats auprès des parties impliquées dans l’accompagnement de la transition forestière, tant au niveau local, que régional et national (du village au ministère).

Les attendus du projet sont doubles. Tout d'abord, TecItEasy produira de nouvelles connaissances qui amélioreront notre compréhension (i) des déterminants et des processus responsables du comportement hydro-sédimentaire à l'échelle du bassin versant moyen (~ 0,1-10 km2), et (ii) de la variabilité des assemblages de bactéries aquatiques le long des zones rivulaires ainsi que des bactéries détachées de la surface du sol et transportés par les eaux de ruissellement. Par ailleurs, TecItEasy établira des indicateurs microbiologiques de la «santé» des agroécosystèmes, afin de définir des recommandations pratiques pour la gestion durable et le développement intégré des agroécosystèmes tropicaux, avec un focus sur l’optimisation des mosaïques paysagères. Ces recommandations viseront spécifiquement à limiter l'érosion des sols et les pertes de nutriments le long des versants; maintenir les fonctions de filtrage des zones rivulaires; atténuer la contamination des cours d'eau et des systèmes de production; et préserver la diversité fonctionnelle des communautés bactériennes aquatiques le long des chemins de flux.