L’une des études les plus importantes de SOILGUARD sera axée sur l’amélioration de notre compréhension de l’effet des facteurs de stress climatiques combinés (sécheresse et vagues de chaleur) sur la biodiversité des sols. Dans chaque région NUTS-2 de l’UE étudiée par SOILGUARD, une simulation climatique sur le terrain sera installée. Ce plan expérimental nous permettra d’évaluer l’impact des futures conditions climatiques régionales spécifiques, sur la biodiversité et la multifonctionnalité des sols, et de comparer comment ces impacts diffèrent entre les types de gestion des sols (par exemple, gestion conventionnelle vs. biologique des sites agricoles). Ces données seront combinées avec des outils d’apprentissage automatique afin d’augmenter le pouvoir de prédiction des impacts de la gestion des sols sur leur biodiversité, et leur fourniture de services écosystémiques dans les conditions climatiques futures. Cela sera crucial pour démontrer le potentiel de la biodiversité des sols en tant que solution basée sur la nature.
Se basant sur des sites définis selon le référentiel d’information sur les sols LUCAS, de brefs entretiens avec les propriétaires terriens et des vérifications sur le terrain, l’équipe SOILGUARD de l’UMH a échantillonné les sols de 10 parcelles de céréales gérées de manière traditionnelle et de 10 parcelles gérées de manière biologique dans la région NUTS-2 de Murcie, en Espagne. Les échantillons ont été envoyés à différents partenaires SOILGUARD à travers l’Europe pour analyser les propriétés du sol telles que la teneur en micro-arthropodes, l’agrégation du sol, la diversité de l’ADN, les acides gras, la teneur en matière organique, le carbone de la biomasse microbienne, la respiration basale du sol et certaines activités enzymatiques, ainsi que le phosphore disponible, la densité du sol et les fragments grossiers.
Au cours de la saison agricole 2022 (juin-août), nous avons effectué des simulations de changements climatiques liés à la sécheresse dans deux parcelles adjacentes parmi les 20 mentionnées plus haut. La principale différence entre ces parcelles était la gestion des cultures (l’une biologique, l’autre conventionnelle, selon l’utilisation de produits agrochimiques au cours des 10 dernières années). La simulation a été réalisée en installant de petites serres conçues pour exclure la pluie mais pas le vent, et donc pour maintenir la même température à l’intérieur et à l’extérieur. Nous avons simulé une sécheresse avec 80 % de précipitations en moins pour une saison de trois mois. Cependant, nous avons dû irriguer 18 l/m² hors des abris en raison d’un été anormalement chaud et sec par rapport au modèle de changement climatique utilisé (RCP 4.5). Dans les deux cas, la culture a souffert d’un manque d’eau qui s’est répercuté sur le rendement. Avec un temps de conversion à l’agriculture biologique aussi précoce, les sols ne sont pas encore assez résilients pour faire face aux effets du changement climatique qui se font déjà sentir dans cette région.
Sur deux expériences de terrain à long terme adjacentes et similaires (l’une biologique, l’autre conventionnelle) comparant différents types de travail du sol, les simulations climatiques SOILGUARD 2022 ont été réalisées en se concentrant sur la simulation d’une sécheresse agronomique, qui devrait être plus fréquente en raison du changement climatique. Dans le champ biologique, les simulations ont été effectuées sur un champ ayant une bonne structure de sol et géré avec un travail du sol sans inversion. Le champ conventionnel était équipé d’une charrue et a été labouré.
La simulation a été réalisée en installant des abris anti-pluie spéciaux (ouverts sur le dessus, provoquant la sécheresse mais empêchant l’accumulation de chaleur) dans une culture de pommes de terre pendant une période de 3 mois (mai-août 2022). Les précipitations sous les abris (effectuées à l’aide d’un simulateur de précipitations couramment utilisé dans la recherche sur l’érosion) ont été réduites de moitié par rapport aux champs non abrités. Sous les abris, environ 35 l/m² de précipitations ont été appliqués. En plein air, les précipitations pendant la période de simulation ont été environ deux fois plus importantes. Dans les deux cas, les cultures ont souffert d’un manque d’eau qui s’est répercuté sur le rendement. Dans ces conditions de sécheresse, le rendement du champ biologique était nettement supérieur à celui du champ conventionnel.
Dans la région NUTS-2 du Jutland central, au climat continental, des simulations de sécheresse et de canicule sont effectuées dans deux champs, l’un conventionnel et l’autre biologique.
Sécheresse
En 2022, la culture était de l’orge de printemps dans les deux champs. Pour créer une période de sécheresse de 3 mois, 3 abris (3×5 mètres) ont été placés dans chaque champ. Les abris ont été retirés deux fois au cours de cette période, ce qui a permis aux parcelles de recevoir environ 46 et 39 mm de pluie cumulée dans les champs conventionnels et biologiques, respectivement. Le sol a été échantillonné dans 6 parcelles de 50 x 50 cm après la période de sécheresse, avec 1 parcelle dans chaque abri et 3 parcelles à l’extérieur dans des conditions naturelles.
Les échantillons de sol ont été envoyés à différentes institutions partenaires de SOILGUARD pour des analyses physiques, chimiques et biologiques. L’expérience de sécheresse sera répétée en 2023.
Vague de chaleur
En 2022, 5 essais pilotes de canicule ont été réalisés au Danemark, en utilisant des chauffages à infrarouge et à filament de carbone montés dans les abris. La température a été mesurée dans le sol, au niveau du sol et dans l’air sous les chauffages, ainsi qu’à l’extrémité opposée des abris et à l’extérieur.
Sur la base de ces expériences pilotes, il a été décidé de mettre en place des simulations de canicule en Lettonie, en Irlande, en Belgique, en Hongrie et au Danemark en 2023. Dans chaque abri, 6 radiateurs infrarouges seront installés et une vague de chaleur de 5 jours sera simulée à la fin de la période de sécheresse de 3 mois.
En Lettonie (région NUTS-2 au climat boréal), des expériences ont été mise en place dans des champs biologiques et conventionnels. Dans les deux systèmes, du blé d’hiver a été cultivé, en plein champs ou sous abri. Sous les abris, les plantes étaient arrosées en se basant sur le scénario développé par NOA.
Le sol a été échantillonné pendant la floraison du blé, à la récolte et un mois après la récolte, puis ont été envoyés aux différentes institutions partenaires SOILGUARD pour les analyses physiques, chimiques et biologiques. Les expériences de sècheresse et de vague de chaleur continueront en 2023.
En Hongrie, la première année d’expérimentation s’est achevée. Dans les parcelles de l’expérience 3-3, les systèmes de culture biologiques et conventionnels ont été couverts par des abris anti-pluie afin d’exclure l’eau de pluie et de simuler des conditions de sécheresse. Sous les abris, seule la quantité d’eau prévue a été distribuée par irrigation conformément au scénario de changement climatique calculé par NOA pour cette région particulière. À titre de contrôle, des parcelles biologiques et conventionnelles 3-3 ont également été échantillonnées à proximité des zones abritées.
Au cours de la deuxième année de l’expérience, la simulation de la sécheresse a été complétée par des chauffages infrarouges sous les abris afin de simuler des vagues de chaleur. Chaque parcelle a été échantillonnée, et l’analyse des échantillons de sol et l’évaluation des données sont en cours.
Le site expérimental au centre de la Finlande consiste en des parcelles d’étude d’une superficie de 50 m * 50 m, situées côte à côte et séparées par des pistes de débardage. Les traitements comprennent des comparaisons entre la sélection d’un seul arbre, l’éclaircissement par le bas et la coupe à blanc récente dans des peuplements dominés par l’épicéa commun. La conception originale a été initiée en 1986 (Laiho et al. 2011, Forestry 84 : 547-556) et l’âge des arbres dominants dans le traitement inéquienne de foresterie à couverture continue est donc d’environ 40 ans (CCF40). Ce traitement “durable” est comparé à différents stades de la sylviculture équienne “conventionnelle” : éclaircie par le bas (40 ans, T40), abattage sous abri (12 ans, TSW12) et coupe à blanc (12 ans, T12). Des simulations de sécheresse sont effectuées dans trois parcelles répétées par traitement et comparées aux zones de contrôle avoisinantes.
En Irlande, la simulation climatique sur le terrain a été établie dans un essai de prairie pâturée au Centre de Recherche Teagasc, Johnstown Castle, Co. Wexford. La simulation a été réalisée dans la région NUTS-2 du sud de l’Irlande, qui bénéficie d’un climat océanique tempéré avec des précipitations historiquement abondantes et une absence de températures extrêmes. Cependant, ces dernières années, cette région a connu plusieurs épisodes de sécheresse qui ont eu un impact significatif sur la productivité agricole.
Afin de comprendre comment la biodiversité et la fonction du sol ont réagi à la sécheresse et aux vagues de chaleur simulées dans les prairies agricoles irlandaises, des échantillons de sol ont été prélevés dans des parcelles pâturées de prairies de trèfle ou de prairies multi-espèces. Les espèces multiples comprenaient un mélange de L. perenne, P.pratense, T. repens, T. pratense, C. intybus et P. lanceolata qui produisent des rendements élevés avec des apports d’engrais plus faibles et sont associés à des pertes d’éléments nutritifs plus faibles dans l’environnement.