Indicateurs écophysiologiques de sécheresse édaphique

Qu’est ce que c’est ?

La sécheresse édaphique concerne la sécheresse du sol, par opposition à la sécheresse atmosphérique (caractérisée par exemple par le déficit de saturation de l’air). Ces deux types de sécheresse affectent le fonctionnement des arbres, en imposant une régulation par les stomates.

La sécheresse édaphique peut se définir de diverses manières, par rapport :

• à l’état hydrique du sol, caractérisé par sa teneur en eau ou son potentiel hydrique,
• au contenu en eau du sol disponible pour la végétation.

Dans ce dernier cas, le déficit hydrique du sol caractérise l’état de remplissage du réservoir en eau du sol par rapport à des seuils, définis par référence aux conséquences physiologique du manque d’eau.

Les écophysiologistes (forestiers et agronomes) expriment souvent l’état de remplissage du sol en valeur relative, la réserve en eau relative qui est notée REW (pour l’abréviation anglophone de Relative Extractable Water). C’est une grandeur sans dimension, calculée pour le jour j selon la formule : REWj = (Rj – Rmin) / RU avec:

• Rj la réserve en eau du sol au jour j en mm calculée sur la profondeur utile (profondeur d’enracinement)
• Rmin la réserve minimale observée au point de flétrissement permanent (pF = 4.2) aussi exprimée en mm et sur la même profondeur
• RU la réserve utile du sol sur la profondeur utile, en mm, elle-même étant la différence entre la réserve en eau du sol à la capacité au champ et celle au point de flétrissement permanent (voir fiche réserve en eau du sol).

REW est donc une grandeur comprise entre 1, lorsque le sol est à capacité au champ, et 0 lorsque le sol est au point de flétrissement permanent. Les sorties quotidiennes issues d’un calcul de bilan hydrique réalisé par Biljou© proposent cette variable REW. La figure ci-dessous illustre un exemple d’évolution de la réserve en eau relative au cours de deux années successives.

Depuis les années 1980, l’état de remplissage de la réserve du sol est caractérisé par cette grandeur. De nombreuses mesures conjointes de transpiration et de contenu en eau du sol depuis les années 1980, réalisées sur différentes espèces d’arbres, dans des conditions climatiques et de sols très contrastées, ont montré qu’il existe un seuil en dessous duquel la conductance stomatique (ou conductance du couvert à l’échelle du peuplement) régule significativement la consommation en eau des arbres. Ce seuil est situé à 0.4 (voir la fiche modélisation du bilan hydrique). Nous avons montré également que la croissance du tronc des chênes, du hêtre ou encore du Douglas était stoppée dès lors que REW chutait en dessous de ce seuil.

Pour ces raisons, nous avons proposé trois indicateurs écophysiologiques de sécheresse édaphique, fournis dans les fichiers annuels des simulations réalisées par Biljou© :

1. la durée du déficit hydrique (NJstress dans le fichier de résultats annuels) : c’est le nombre de jours pendant lesquels REW est inférieure à 0.4. Ce nombre de jours est calculé sur la phénophase feuillée (voir la fiche indice foliaire et phénologie) pour les décidus, et sur l’ensemble de l’année pour les sempervirents.
2. l’indice de stress hydrique du sol (Istress dans le fichier de résultats annuels), qui intègre à la fois la durée et l’intensité du déficit en eau du sol par rapport à ce seuil de 0.4. Le déficit hydrique, grandeur sans dimension, est calculé comme la somme des écarts journaliers entre la REW et la valeur 0.4, le tout divisé par 0.4.
3. la date de début de déficit hydrique (DEBstress dans le fichier de résultats annuels) est le premier jour où REW passe en dessous de 0.4.

Pourquoi utiliser cette grandeur relative ?

La disponibilité en eau dans le sol pour les plantes dépend évidemment de la taille du réservoir disponible, c'est-à-dire de la profondeur d’enracinement et des propriétés physiques du sol. A climat identique, il est donc difficile de comparer directement la sévérité du manque d’eau subi par les arbres s’ils se développent sur des sols à réserves utiles différentes. Cette comparaison est possible lorsqu’on exprime l’état de remplissage du réservoir en relatif : que le réservoir soit grand ou petit, l’arbre sera soumis à une difficulté à extraire l’eau du sol à partir d’une certaine rétention de l’eau restant mobilisable.

Quelle est la signification du seuil de REW à 0.4 ?

Les arbres mettent en place leur système de régulation (fermeture stomatique) lorsque la succion à exercer pour extraire et absorber l’eau du sol devient trop importante. Cette succion s’exprime en potentiel hydrique (unité MPa). Or, l’eau est plus ou moins facilement absorbable selon la taille des pores dans lesquels l’eau est stockée. Ainsi, l’eau de la macroporosité est mobilisable par des succions faibles ; cet état hydrique du sol correspond à un REW compris entre 0.4 et 1. En revanche, lorsque REW devient inférieur à 0.4, la macroporosité est vidée. L’eau disponible pour les arbres est alors contenue uniquement dans les micropores et son extraction nécessite une énergie de plus en plus forte.

Références utiles

Granier A, Badeau V, Bréda N (1995) Modélisation du bilan hydrique des peuplements forestiers. Revue Forestière Française, XlVII: 59-68.

Bernier P, Bréda N, Granier A, Raulier F, Mathieu F (2002) Validation of a canopy gas exchange model and derivation of a soil water modifier for transpiration for sugar maple (Acer saccharum Marsh.) using sap flow density measurements. Forest Ecology and Management 163(1): 185-196.

Granier A, Bréda N, Biron P, Villette S (1999) A lumped water balance model to evaluate duration and intensity of drought constraints in forest stands. Ecological Modelling 116: 269-283.

Sadras V O, Milroy S P (1996) Soil-water thresholds for the responses of leaf expansion and gas exchange: A review. Field Crops Research 47: 2-3.