Evaluation of agronomic and environmental services of permanent grasslands from vegetation, environment and management

Abstract

Les prairies permanentes (PP) jouent un rôle agronomique et environnemental important. Cependant, leur faible niveau de subventions, une méconnaissance de leur fonctionnement et un désintérêt de ces surfaces au profit de productions fourragères plus productives ont accéléré leur retournement. Revaloriser ces surfaces dans les systèmes fourragers en mettant notamment en avant les services rendus par les PP est donc un enjeu important. Dans ce cadre, l’objectif de notre étude était d’identifier des descripteurs pédoclimatiques et des pratiques de gestion ainsi que les états de la végétation pertinents pour prédire ces services. Notre approche s’est appuyée sur une démarche en plusieurs étapes : i) identification et caractérisation des services fourragers et environnementaux pertinents pour les PP, ii) identification des critères d’aptitude (valeur nutritive, quantité de nectar disponible…), qui permettent d’évaluer le degré d’atteinte du service, iii) prévision des valeurs de chaque critère d’aptitude à partir des états de la végétation (composition botanique et fonctionnelle) et iv) construction des liens entre les états de la végétation et des descripteurs pédoclimatiques (température, régime hydrique…) et de pratiques de gestion (fertilisation, date de première fauche…). Un travail de bibliographie, d’expertise et d’enquêtes en ferme a permis de sélectionner les services fourragers et environnementaux, les critères d’aptitude, les états de la végétation et les descripteurs pédoclimatiques et des pratiques de gestion. Au total, quatre services environnementaux et 10 services fourragers ont été étudiés, en tenant compte de 12 états de la végétation (composition botanique (présence et dominances en espèces) et fonctionnelle (traits de vie et propriétés des espèces)), de 15 descripteurs pédoclimatiques (température, humidité du sol, …) et 19 descripteurs des pratiques de gestion (fertilisation, intensité d’utilisations de la prairie,...). L’étude d’un réseau national de 190 parcelles nous a permis de montrer que les compositions fonctionnelle et botanique sont non redondantes et influencées par des descripteurs pédoclimatiques et des pratiques de gestion différentes. La composition fonctionnelle est influencée par des descripteurs pédoclimatiques et des pratiques de gestion alors que la composition botanique, qui fait appel à un plus grand nombre de descripteurs, est majoritairement prédite par des descripteurs pédoclimatiques. Les modèles de prévisions sont meilleurs pour la composition botanique que pour la composition fonctionnelle. L’étude de ce réseau ainsi que d’un dispositif en station expérimentale nous ont permis d’évaluer la qualité de prédiction des critères d’aptitude fourragers (production et valeur nutritive) à partir de la composition fonctionnelle (types fonctionnels (TF) de graminées, proportion de graminées, légumineuses et diverses) de la végétation. L’étude, dans un même milieu de trois prairies de composition en TF contrastée confirme sur l’ensemble de la saison de végétation les différences de qualité et de production de la prairie induites par la composition en TF. En revanche, à l’échelle du réseau national de prairies, la composition en TF n’explique qu’une part limitée des variations de qualité et de production observées. D’autres états de la végétation comme les proportions de légumineuses et de plantes diverses, ainsi que le stade moyen de la végétation et la teneur en matière sèche de la prairie contribuent également à expliquer les différences de production et de qualité entre prairies. Enfin une démarche multicritères nous a permis de construire une méthode d’évaluation des services fourragers et environnementaux à partir des critères d’aptitude.The contribution of permanent grasslands (PG) to agronomic and environmental services is important. However, their low level of subsidies, a lack of knowledge about their management and a disinterest of these surfaces in favour of more productive forage production have accelerated their downturn. The upgrade of these surfaces in forage systems in particular by studying services of PG is an important issue. In this context, the objective of our study was to identify pedoclimatic and management practices descriptors and characteristics of the vegetation relevant to predict these services. Our approach was based on different steps: i) identification and characterization of forage and environmental services relevant to the PG, ii) identification of aptitude criteria (herbage quality, amount of nectar available ...) which allow to assess the degree of achievement of the services, iii) prediction of values for each criterion of aptitude from characteristics of vegetation (botanical and functional composition) and iv) building links between characteristics of vegetation and pedoclimatic (temperature, soil moisture) and management practices (fertilization, date of first cut) descriptors. From the literature survey, expertise and farm surveys we selected the forage and environmental services, the criteria of aptitude, the characteristics of vegetation and pedoclimatic and management practices descriptors. In total, four environmental services and 11 feed services were studied, taking into account the 12 characteristics of the vegetation (botanical composition (presence and dominance of species) and functional composition (life traits and properties of species)), 15 pedoclimatic descriptors (temperature, soil moisture ...) and 19 management practices descriptors (fertilization, intensity of use of grassland...). The study of a national network of 190 grasslands allowed us to show that botanical and functional composition are non-redundant and influenced by different pedoclimatic and management practices descriptors. The functional composition is influenced by pedoclimatic and management practices descriptors while the botanical composition, which uses a larger number of descriptors, is mainly predicted by pedoclimatic descriptors. The model predictions are better for the botanical composition than for the functional composition. The study of this network and of an experiment in control conditions allowed us to evaluate the quality of prediction of criteria of aptitude for forage services from the functional composition (functional types (FT), proportion of grasses, legumes and forbs, middle stage and dry matter content) of the vegetation. The study in a common environment of three grasslands contrasted on FT composition confirms on the whole growth season the differences in quality and production of grassland that are linked to the FT composition. In contrast, at the scale of the national grassland network, FT composition alone is not sufficient to predict the observed differences in production and quality. Other characteristics of vegetation such as the proportion of legumes and forbs, as well as the mean stage of vegetation or the dry matter content also contribute to explain the differences in production and quality between grasslands. Finally, a multicriteria approach allowed us to build an evaluation method of forage and environmental services from the criteria of aptitude.Thus, this thesis work allowed the development of a method to predict the forage and environmental services provided by permanent grasslands from the knowledge of pedoclimatic characteristics, management practices and of simple vegetation criteri