Biodiversity and management of grassland ecosystems in Franche-Comté
Biodiversité et gestion des écosystèmes prairiaux en Franche-Comté
Résumé
Grassland ecosystems are submitted to human pressure, especially due to agricultural management, preventing their natural succession toward the forest. However, when this pressure become too important, it could lead to a decrease of the diversity of plant communities (especially primary and secondary consumers) and of all communities that depend on them. As biodiversity is recognized to play an important role in the realization of ecosystem functions and services that benefit to human societies every day, important anthropic pressures could alter the maintaining of these services.
In order to provide complementary information on the response of plant communities to anthropogenic factors, it is necessary to take into account the complexity of biodiversity, especially by including the various taxonomic, phylogenetic and functional facets of diversity. In addition, the spatial scale has to be taken into account, by comparing alpha (intra-site), beta (inter-site) components of the gamma diversity of a given parcel or region.
In this project, we especially focused on the complementarity of these approaches to diversity in order to assess the response of plant communities of the French Jura Mountains to agricultural practices used in this area. The production of PDO cheese, and especially the Comté cheese, offers an original framework for such investigations as the existence of this production is associated to strict regulations imposed to farmers for the management of their grassland systems. We studied the vegetation of 48 grasslands, split according to an altitudinal gradient (First Plateau, Second Plateau, High Range) by using an original multi-scale sampling design with plot sizes of 0.01, 1, 10 and 1000 m2. The agricultural practices used on these 48 parcels have also been recorded by submitting questionnaires to farmers. In addition, we collected data on soil conditions in each parcel, including soil depth and physico-chemical analyses performed on 0 – 10 cm superficial soil samples.
The joint analysis of these various datasets reveals that when using a simple dichotomy separating strictly grazed parcels from mowed (and partially grazed) ones, the taxonomic, phylogenetic and functional facets of plant diversity (estimated by the Rao quadratic entropy) show similar responses: higher values are observed in grazed parcels than in mixed management parcels for most of diversity metrics. When using the various agricultural practices relative to mowing, grazing and fertilization and their respective intensities, we showed that the number of cuts per year and the amount of nitrogen supply, especially when coming from industrial fertilizers, were the most determining practices for plant community patterns.
The comparison of the species composition of 150 phytosociological relevés recorded in the 1990’s and repeated in 2012 reveals important changes in the floristic composition of grasslands. The general trend observed for the overall set of relevé suggests that contemporary communities are more adapted to frequent and/or intense defoliations, have a higher pastoral value and indicate a higher level of nutrient content in the soil. We also record differences in phylogenetic diversity values between the two sessions of relevés (while the taxonomic diversity of Simpson do not change) and so show that a loss of phylogenetic lineages among time.
The analysis of the changes for each pair of relevés reveals that the degree of changes of floristic composition is not dependent on grassland location, author of the ancient relevé or time lag between the old and new relevés. However, we show that the most important changes occurred old relevés with low pastoral values, low grass cover, low tolerance to defoliation and important cover of stress-tolerant species.
The accumulation of phosphorous in the soil, associated to increasing nitrogen supply, especially in the form of inorganic fertilizers, can partly explain this trend. Even though we do not record any significant reduction of taxonomic diversity, the functional changes already observed suggest that the diversity could potentially decrease in the future.
The specifications of the Comté cheese production provide a regulatory framework for grassland management in its protected designation of origin (PDO/AOP) area. Most of these restrictions are established at the farm level and so guarantee the realization of a double skate: the conservation of diversity in the less productive parcels (because of their topography, location, edaphic conditions...) and the forage production in the most productive and easily accessible ones. This is finally the diversification of grasslands managements for the parcels of a given farm that will help to conciliate biodiversity and forage production issues.
Les écosystèmes prairiaux sont soumis à une pression anthropique, essentiellement liée à la gestion agricole, qui permet de maintenir ces milieux ouverts. Cependant, lorsque cette pression s’avère trop importante, elle peut conduire à une diminution de la diversité de la communauté végétale et, en outre, de toutes les communautés qui en dépendent (de consommateurs primaires et secondaire notamment). La biodiversité jouant un rôle reconnu pour la réalisation de diverses fonctions et services écosystémiques dont les sociétés humaines tirent profit chaque jour, les pressions anthropiques fortes peuvent altérer le maintien de ces services.
Afin d’obtenir des informations complémentaires sur la réponse des communautés végétales aux différents facteurs anthropiques, il est nécessaire d’intégrer la complexité de la notion de diversité, et notamment inclure les facettes taxonomiques, phylogénétiques et fonctionnelles. Par ailleurs, l’échelle spatiale doit être considérée, en comparant les composantes alpha (intra-site) et beta (inter-sites) de la diversité gamma d’une parcelle ou d’une région.
Dans ce projet, une attention particulière a été portée sur la complémentarité de ces approches de la diversité afin de rendre compte de la réponse des communautés végétales du massif jurassien aux modes de gestion agricoles pratiqués dans cette région. La production de différentes AOP fromagères, dont le Comté, offre un cadre original puisque l’existence d’une telle production implique des restrictions concernant la conduite agricole des surfaces prairiales aux exploitants. Nous avons étudié la végétation de 48 parcelles du massif jurassien réparties selon un gradient altitudinal (Premier plateau, Deuxième plateau, Haute-Chaîne) par le biais d’un protocole multi-échelle original pour des surfaces équivalentes à 0,01, 1, 10 et 1000 m2. Sur ces mêmes parcelles, les pratiques agricoles ont été renseignées grâce à des enquêtes réalisées auprès des exploitants ; les conditions édaphiques ont elles aussi été étudiées grâce à des sondages de profondeur du sol et des analyses physico-chimiques réalisées sur des prélèvements dans l’horizon de surface.
L’étude simultanée de ces différents jeux de données révèle qu’en utilisant une dichotomie simple pâturages stricts – prairies de fauche (avec, le plus souvent, des périodes de pâturage), les facettes taxonomique, phylogénétique et fonctionnelle (évaluées grâce à l’entropie quadratique de Rao) présentent des réponses similaires : les valeurs sont plus importantes dans les pâturages que dans les prairies à gestion mixte pour la plupart des métriques considérées. En intégrant différentes variables relatives aux types de pratiques (fauche, pâturage, fertilisation) et leurs intensités respectives, il s’avère que le nombre de coupes annuelles et les quantités d’azote, notamment celles issues des engrais industriels sont les pratiques dont les effets sont les plus marqués sur les communautés végétales.
En comparant la composition floristique de 150 relevés réalisés dans les années 1990 avec de nouvelles prospections réalisées en 2012 sur les mêmes surfaces, d’importants changements de la composition floristique sont apparus pour chacune des prairies. La tendance générale pour l’ensemble des parcelles suggère que les communautés actuelles sont davantage adaptées aux défoliations fréquentes et/ou intenses, présentent des préférences écologiques pour les milieux riches en substances nutritives et valeur pastorale plus élevée. La diversité phylogénétique s’avère également différente entre les deux sessions (ce qui n’est pas le cas de la diversité taxonomique de Simpson) et témoigne ainsi d’une réduction de la diversité des lignées avec le temps.
L’analyse des changements pour chaque paire de relevés révèle que l’importance des changements de la composition floristique ne dépend pas de la localisation des relevés, de l’auteur du relevé ancien ou de l’intervalle de temps entre les deux relevés. En revanche, il s’avère que les changements les plus importants concernent les relevés anciens qui présentent de faibles valeurs pastorales, un faible recouvrement de graminées, une tolérance réduite à la défoliation et une importante couverture des espèces tolérantes au stress.
L’accumulation de phosphore dans les sols prairiaux, associée aux apports croissants d’azote apportés notamment par les engrais minéraux de synthèse, sont parmi les causes potentielles de ces changements. Bien qu’aucune diminution significative de la diversité taxonomique n’ait été enregistrée dans nos travaux, les changements de composition fonctionnelle déjà observés pourraient à l’avenir aboutir à une érosion de la diversité.
L’existence du cahier des charges de l’AOP Comté dans ce secteur offre un cadre réglementaire pour la gestion des surfaces prairiales vouées à la production de ce fromage. Un grand nombre de restrictions sont définies à l’échelle de l’exploitation, ce qui ne permet pas de garantir une utilisation optimale de l’ensemble des surfaces prairiales d’une exploitation vis-à-vis de la biodiversité. Cependant, c’est la diversité des situations des parcelles au sein d’une même exploitation qui permet de garantir un double enjeu : celui du maintien de la diversité dans les parcelles les moins productives (de par leur topographie, localisation, conditions édaphiques, etc.) et de la production de fourrage dans les parcelles productives et facilement accessibles. C’est donc la diversification des pratiques au sein même d’une exploitation qui permettra de concilier les enjeux de biodiversité et de production.