Plant functional trait effects on runoff to design herbaceous hedges for soil erosion control

International audienceVegetation controls concentrated runoff and erosion in the European loess belt by increasing hydraulic roughness and sediment retention. Studies of plant effects on runoff velocity are usually based on a taxonomical characterisation and do not consider the effects of aboveground plant functional traits in attempts to understand soil erosion by water. This trait-based plant study investigates aboveground plant functional trait effects of herbaceous hedges on the hydraulic roughness to understand soil erosion. Eight aboveground morphological traits were measured on fourteen indigenous and perennial plant species (caespitose or comprising dry biomass in winter) from north-west Europe with a high morphological variability. For each trait, density-weighted traits were calculated. The effects of traits and density-weighted traits were examined using a runoff simulator with four discharges. The leaf density and area, as well as density-weighted stem and leaf areas, stem diameter and specific leaf area were positively correlated with the hydraulic roughness. Generalised linear models defined the best combinations of traits and density-weighted traits: (1) leaf density and leaf area, (2) density-weighted leaf area and density-weighted projected stem area, and (3) density-weighted leaf area and density-weighted stem diameter. Moreover, the effects of leaf density, leaf area and density-weighted specific leaf area, varied depending on the discharge. This study is one of the first characterisation of aboveground trait effects on hydraulic roughness and highlights that vegetation with large stem density, diameter and leaf area plays a significant role in minimising soil erosion. The selection of plant species can derive from these plant trait effects to design reconstructed herbaceous hedges to minimise soil erosion

Evaluation expérimentale de la phytodisponibilité du cuivre et du cobalt dans les sols des écosystèmes métallifères de l’Arc cuprifère katangais

International audienceIn metalliferous soils, the bioavailability of potentially toxic metals is known as the main driver of the nature and distribution of vegetation communities. Bioavailability is controlled by factors such as the nature of the parental material and the physical-chemical conditions, Bogaert J., Colinet G. & Mahy G., 2018. Anthropisation des paysages katangais. Gembloux, Belgique : Presses Universitaires de Liège-Agronomie-Gembloux. Anthropisation des paysages katangais 194 which drive the behaviour of metals in the soil solution. We aimed to assess the Cu and Co bioavailability in the soils of representative vegetation units from metalliferous ecosystems of the Tenke Fungurume complex in the Katangan Copperbelt. Anisopappus davyi was cultivated in pots on these soils as well as on both contaminated and non-contaminated reference soils. The bioavailability was assessed through plant behaviour (survival, size, content in Cu and Co) and was related to the soil characteristics. The latter included the chemical fractionation of Cu and Co evaluated by geochemical modelling and chemical extraction (HF+HNO 3 +HClO 4 for total content, CH 3 COONH 4 + EDTA at pH 4.65 for available fractions and CaCl 2 for soluble fractions). Results showed a strong effect of soils properties on the behaviour and characteristics of A. davyi, which appeared to be linked to the degree of soil contamination. The available and soluble fractions were both highly correlated to the total fraction. However, the available fraction seemed to be the most closely related to plant response. In soils, pH controls the availability and solubility of elements for similar levels of total content. According to geochemical modelling, Cu was mainly linked to organic fractions and Fe oxides while Co was linked to organic fractions and Mn oxides. Our study confirmed the complementary nature of the various approaches used for the evaluation of metal phytoavailability.Dans les sols métallifères, la biodisponibilité des éléments potentiellement toxiques est un fac-teur important de la nature et de la distribution des communautés végétales qui s'y développent. Cette disponibilité est contrôlée par plusieurs facteurs dont la nature des matériaux parentaux et les conditions physico-chimiques dans les sols qui conditionnent le comportement des métaux dans la solution du sol. Notre étude vise à évaluer la biodisponibilité du Cu et du Co dans les sols de quelques unités de végétation caractéristiques des écosystèmes métallifères du complexe Tenke Fungurume dans l'Arc cuprifère katangais. Une culture en pots d'Anisopappus davyi a été réalisée sur ces sols, ainsi que sur un témoin contaminé par l'industrie minière et un témoin non contaminé. La biodisponibilité a été évaluée par les réponses plantes (survie, taille et teneurs en Cu et Co) et mise en relation avec les caractéristiques du sol, dont le fractionnement chimique estimé par modélisation géochimique ou par extraction chimique (HF+HNO 3 +HClO 4 pour les teneurs totales, CH 3 COONH 4 + EDTA à pH 4,65 pour les fractions disponibles et CaCl 2 pour les fractions solubles). Les résultats indiquent un effet marqué des sols sur le comportement et les caractéristiques de A. davyi qui peut être expliqué par le degré de contamination des sols. Les fractions disponibles et solubles sont fortement corrélées à la fraction totale. Néanmoins, c'est la fraction disponible qui semble la mieux reliée à la réponse plante. Le pH contrôle la disponibilité et la solubilité des éléments pour des niveaux équivalents de teneurs totales. D'après la modèli-sation géochimique, le Cu est majoritairement lié aux fractions organiques et aux oxydes de Fe tandis que le Co est lié aux fractions organiques et aux oxydes de Mn. Les différentes approches se montrent complémentaires pour la caractérisation de la phytodisponibilité des métaux étudiés

Fond pédogéochimique et cartographie des pollutions des sols à Lubumbashi

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Ecologie et biologie de la conservation des métallophytes: le cas de Crepidorhopalon perenniset C. tenuis (Scrophulariaceae) des sols cupro-cobaltifères du Katanga

La province du Katanga est connue pour ses affleurements naturels de roches riches en cuivre et en cobalt. Plus d’une centaine de « collines de cuivre », isolées géographiquement et écologiquement possèdent une flore très originale qui comprend plus de 600 espèces dont 32 endémiques. Les métallophytes du Katanga sont des plantes fascinantes aux points de vue écologique, biogéographique, physiologique et évolutif. Elles restent très peu étudiées et leur conservation est très problématique compte tenu de l’extension des activités minières. L’objectif général de la thèse est de contribuer à une meilleure connaissance des métallophytes du Katanga, dans une perspective explicite de conservation de leur biodiversité.Dans ce contexte, la thèse représente une des toutes premières approches de la biologie et l’écologie des populations de deux métallophytes apparentées. L’objectif est de préciser la distribution et la niche des deux taxons, et la variation de leur capacité d’accumuler et de tolérer les métaux lourds. Les résultats sont utilisés pour discuter la valeur conservatoire des cuprophytes du Katanga, leur vulnérabilité et envisager des stratégies de conservation. Nous avons montré que les sols des affleurements de roche cuprocobaltifère se distinguer édaphiquement d’autres types de sols métallifères dans le monde. La révision phytogéographique et taxonomique a permis de valider 32 taxons endémiques et de mettre en évidence 23 couples de cuprophytes étroitement apparentés. La proportion élevée de couples de cuprophytes apparentés nous laisse suggérer que des événements de spéciation auraient existés au sein même des habitats cuprifères. Un isolement écologique pourrait s’exercer au niveau des zones les plus riches en cuivre. Ces couples d’espèces cuprophytes constitueraient un outil de recherche idéal pour l’étude de la spéciation. Les propriétés hyperaccumulatrices de certaines espèces ont été exagérées, sans doute par suite de problèmes méthodologiques. L’accumulation du Cu ne se produit que dans des conditions édaphiques particulières, très difficiles à obtenir en culture. Cependant, nous avons montré que C. tenuis et C. perennis étaient hautement tolérantes au cuivre. Chez ces deux espèces, le cuivre provoquait une augmentation des performances de certaines populations métallicoles en milieux stérile. Ces populations posséderaient des besoins élevés en cuivre. Dans ce cas, la cuprophilie apparente de l’espèce in natura pourrait être expliquée par un coût de la tolérance au cuivre. Cette cuprophilie semble être un phénomène rare chez les espèces tolérantes au cuivre et confère ainsi à C. perennis et C. tenuis une valeur biologique remarquable. Actuellement, parmi les 32 taxons endémiques stricts des habitats cuprifères du Katanga, 6% sont éteints (EX), 73% sont en danger critique d’extinction (CR), 9% sont en danger d’extinction (EN) et 3% sont vulnérables (VU). De plus, 18 taxons présentant une affinité particulièrement élevée pour les sols cuprifères, sans y être totalement confinés (fréquence sur Cu > 75%) sont réellement menacés d’extinction (22 % EN et 78% VU). Néanmoins, 18 % de ces endémiques menacées sont capables de coloniser les habitats métallifères anthropogènes. Comme C. perennis, certaines endémiques se développaient uniquement sur des sols perturbés par l’activité minière. C. tenuis possède aussi son optimum écologique sur les sols anthropogènes cuprifères. Cela indique que certaines espèces de la flore du cuivre du Katanga considérées en danger critique d’extinction sont en fait moins menacées parce qu’elles sont en mesure de se développer sur les habitats anthropogènes métallifères. L’exploitation minière est toujours destructive mais les habitats anthropogènes récents semblent avoir une valeur de conservation pour certains métallophytes rares. Une partie des déchets de l’exploitation minière et les sols contaminés pourraient être gérés de manière à fournir des habitats artificiels pour la colonisation ou la conservation ex situ de ces espèces. Dans la discussion, nous examinons les stratégies de conservation de ces espèces. Doctorat en Sciencesinfo:eu-repo/semantics/nonPublishe

Unravel the theorical stress-gradient-hypothesis by considering both soil processes and plant strategies

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Apport de l’approche des traits fonctionnels des plantes dans la connaissance des processus du sol et des services écosystémiques associés - séminaire invité

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Agroécologie des cultures intermédiaires : quelle diversité végétale pour quels services agronomiques ?

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Plant–Soil Interactions as Drivers of the Structure and Functions of Plant Communities

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Interactions sol-plantes pour une agriculture davantage intelligente dans l'atténuation du changement climatique

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