Victoria Giachetti et Martín Aguiar, Université de Buenos Aires en Argentine, discutent de leur article : Des modèles d’îles plus fertiles améliorent la facilitation des plantes dans les zones arides, quelle que soit la fertilité globale de l’écosystème.
Facilitation et formation d’îles fertiles : deux processus structurants clés dans les écosystèmes des zones arides
Au cœur du fonctionnement des écosystèmes des zones arides, il existe deux processus étroitement liés : la formation d’îles fertiles et la facilitation de la vie des plantes. Les îles fertiles sont des points chauds du sol où la concentration de nutriments et l’activité microbienne sont accrues en raison de la végétation pérenne. Ils se forment lorsque les plantes produisent de la litière et des exsudats de racines et emprisonnent les fines particules de sol sous leur canopée. Parallèlement, la facilitation des plantes est un processus structurant clé dans de nombreux écosystèmes du monde, en particulier dans les écosystèmes stressants. Dans les zones arides, il s’agit généralement d’une plante nourricière offrant de multiples avantages aux plantes bénéficiaires, tels que l’approvisionnement en ressources (par exemple, nutriments et eau).
Le lien mécanistique entre ces deux processus a été démontré à l’échelle locale, avec des études manipulatrices montrant que l’augmentation de la fertilité des plantes nourricières entraîne une croissance accrue des plantes bénéficiaires. À l’échelle mondiale, ces deux processus ont également été étudiés en profondeur, mais principalement séparément, ce qui a conduit à notre idée de recherche : tester leur association par le biais d’une méta-analyse.
Faire des hypothèses
Au cours des trois dernières décennies, les études mondiales sur la facilitation des plantes ont visé à comprendre ses moteurs, en se concentrant largement sur l’importance des gradients de disponibilité des ressources (hypothèse du gradient de stress). En outre, des études plus récentes explorent les facteurs globaux de la formation des îles fertiles, montrant que la force de l’effet des îles fertiles varie à l’échelle mondiale. Premièrement, nous avons pensé : si l’intensité de la facilitation est mesurée comme la différence relative de performance des plantes sous une plante nourricière par rapport aux zones ouvertes, pourrait-elle être prédite par la différence relative des concentrations de nutriments sous cette plante nourricière par rapport aux zones ouvertes ? Nous avons donc émis l’hypothèse que l’intensité de la facilitation augmenterait avec des modèles d’îles fertiles plus forts (une plus grande hétérogénéité des nutriments au niveau du microsite). En outre, la fertilité globale des écosystèmes, qui va au-delà des modèles de microsites, varie également entre les zones arides du monde. Suivant l’hypothèse du gradient de stress, la facilitation devrait être plus intense dans les écosystèmes les plus stressants. Nous avons donc émis l’hypothèse que l’intensité de la facilitation diminuerait avec l’augmentation de la fertilité de l’écosystème (disponibilité globale plus élevée des nutriments au niveau plus large de l’écosystème).
Pour tester ces deux hypothèses, nous avons mené une méta-analyse basée sur 27 études mesurant conjointement la facilitation des plantes et l’effet d’île fertile pour l’azote (N) et le phosphore (P) dans les zones arides. Nous avons également récupéré les concentrations de N et de P à partir de bases de données mondiales avec une résolution écosystémique grossière. Nous avons réalisé des modèles de méta-régression en utilisant la force de l’effet d’île fertile et la fertilité globale de l’écosystème comme modérateurs et avons évalué leur importance.
Résultats clés
Selon notre première hypothèse, l’intensité de la facilitation était positivement associée à la force de l’effet île fertile. Cependant, contrairement à notre deuxième hypothèse, l’intensité de la facilitation n’est pas liée à la fertilité des écosystèmes. Par conséquent, l’intensité de la facilitation augmente à mesure que la différence de concentrations de N et de P dans le sol entre les microsites nourriciers et ouverts devient plus prononcée, indépendamment de la fertilité globale de l’écosystème.
Points à retenir
En intégrant le rôle des îles fertiles dans la facilitation des plantes et la variation de la force des îles fertiles dans les zones arides, notre étude renforce l’importance de l’hétérogénéité des microsites nutritifs en tant que caractéristique clé des zones arides. Plus précisément, notre étude montre que, au-delà du fait que les îles fertiles sont une caractéristique commune des zones arides, leur force a des implications claires sur la dynamique des communautés végétales : en moyenne, les plantes fonctionnent mieux sous des plantes nourricières qu’à l’air libre, et l’ampleur de cet avantage augmente à mesure que la différence de concentration en nutriments du sol entre les microsites nourriciers et ouverts devient plus grande. Nos résultats suggèrent également que l’effet de la force fertile des îles est indépendant de la fertilité globale de l’écosystème. Cette découverte appelle des études futures prenant en compte à la fois l’hétérogénéité des microsites et la disponibilité dans l’écosystème d’autres facteurs de facilitation (par exemple, l’eau, la lumière), car ils peuvent ne pas être associés, comme ce fut le cas pour les nutriments.
Les changements globaux modifient le cycle des nutriments et la dynamique des communautés végétales dans les zones arides. Dans ce contexte, nos résultats appellent à une exploration plus approfondie de la manière dont les processus de dégradation des zones arides pourraient modifier les modèles d’îles fertiles et la facilitation des plantes.