Les forêts sont des écosystèmes dynamiques où la disponibilité de la lumière détermine quoi et comment les espèces poussent dans le sous-étage. L'intensité lumineuse peut être facilement manipulée dans les serres ou les chambres de croissance des plantes, mais le rôle des microbes du sol dans l'établissement des semis et la concurrence avec d'autres plantes est beaucoup moins compris.
Dr Nianxun Xi de l'Université Sun Yat-sen (Chine) et des collègues de Chine et de France ont étudié l'effet et les interactions entre les conditions abiotiques (par exemple la disponibilité de la lumière) et biotiques (par exemple la concurrence, la composition microbienne du sol) sur deux espèces de Bauhinia croissance des semis d'espèces d'arbres. Les scientifiques ont découvert que une forte disponibilité de la lumière augmente l'influence des microbes conspécifiques du sol sur les interactions plante-plante Ce qui permet de mieux comprendre comment les jeunes arbres peuvent s'établir dans les trouées forestières. La compétition intraspécifique et l'absence de compétition étaient positivement corrélées au rapport bactéries Gram-positives/Gram-négatives en faible luminosité, mais négativement corrélées en forte luminosité.
Des centaines d'espèces d'arbres, d'arbustes, d'herbes et de lianes appartiennent au genre Bauhinia. Les deux espèces d'arbres, B. brachycarpe et B. variegata, sont de bonnes espèces modèles pour comparer la croissance des semis à croissance rapide et tolérante à l'ombre à celle des semis à croissance plus lente et tolérante à l'ombre.
Xi et ses collègues ont collecté des graines et la couche arable autour Bauhinia brachycarpa et B. variegata arbres dans une forêt dans le Vallée du Yuanjiang en 2016. Les chercheurs ont fait germer les graines dans les serres du Jardin botanique tropical de Xishuang Banna. Le projet de recherche consistait en une « phase de conditionnement » et une « phase de réponse ». Dans la "phase de conditionnement", 14 plants ont poussé dans des pots individuels pendant 9 mois, ce qui a permis aux microbes du sol de se développer, spécifiques aux deux espèces d'arbres.
La « phase de réponse » des expériences consistait en une conception en blocs multifactoriels de 144 pots pendant 12 semaines. Les semis ont poussé dans des conditions de faible et de forte luminosité, sur de l'huile stérilisée ou «vivante» de la même espèce ou de l'autre. Certains semis n'ont connu aucune compétition (par exemple, des plantes individuelles ont poussé dans des pots individuels), ou une compétition intra- et inter-espèces (par exemple, un semis d'arbre a poussé avec un autre semis dans un pot individuel). Les scientifiques ont récolté toutes les plantes en août 2017 et, sur la base des mesures de la biomasse végétale, de l'indice de rétroaction plante-sol (PSF), de l'intensité de la compétition (par exemple, la compétition quel que soit l'environnement) et de l'importance de la compétition (par exemple, l'impact de la compétition par rapport aux facteurs environnementaux) ont été calculés pour chaque espèces dans des conditions différentes. L'analyse des acides gras phospholipidiques a estimé la biomasse bactérienne fongique, Gram-positive et Gram-négative dans le sol de chaque pot.
"Ici, nous montrons que la disponibilité de la lumière médie l'équilibre entre les rétroactions conspécifiques du sol et les interactions plante-plante sur la biomasse des semis pendant l'établissement des semis d'arbres, et démontrons l'importance à la fois de la structure de la communauté du sol et de l'identité des plantes voisines pour les résultats PSF", ont déclaré Xi et ses collègues.
La croissance des semis, la biomasse des groupes microbiens et la rétroaction plante-sol (PSF) différaient principalement en raison de la disponibilité de la lumière. La présence de concurrents n'a conduit à des valeurs de PSF différentes que dans des conditions de disponibilité élevée de la lumière, ce qui suggère que la concurrence est moins importante dans les environnements à faible productivité (par exemple, faible luminosité). La compétition intraspécifique et « l'absence de compétition » étaient positivement corrélées avec le rapport des bactéries Gram-positives : Gram-négatives dans des conditions de faible luminosité, mais le rapport était négativement corrélé dans des conditions de forte luminosité. L'importance de la concurrence était plus forte dans B. variegata sous compétition intraspécifique tandis que sous compétition interspécifique, l'intensité de la compétition était plus forte dans B. brachycarpe. La présence de microbes du sol conspécifiques (par exemple, le sol provenant de la même espèce d'arbre de la «phase de conditionnement») a diminué l'intensité de la compétition des plantes dans des conditions de faible luminosité, mais a augmenté l'intensité de la compétition dans des conditions de forte luminosité.
"Nous fournissons des preuves que la compétition interspécifique peut modifier la direction des rétroactions plante-sol sous une lumière intense, avec des implications potentielles pour l'établissement des semis dans les trouées forestières et les environnements perturbés", ont déclaré Xi et ses collègues.
Dans une publication d'accompagnement dans le Botanique environnementale et expérimentale Journal, les chercheurs ont étudié la morphologie des plantes et les niveaux de nutriments à partir des mêmes expériences. Ils ont constaté que la teneur en azote: phosphore des feuilles diminuait dans des conditions de forte luminosité sur le «sol vivant» et que la teneur en phosphore des racines et des feuilles inférieures dépendait grandement des microbes du sol. Xi et ses collègues ont commencé à démêler les processus dynamiques de la croissance des semis d'arbres tropicaux et leur impact sur le cycle des nutriments dans les forêts. La compréhension de ces modèles aide les scientifiques et les forestiers à mieux comprendre comment les trouées et les perturbations forestières peuvent avoir un impact sur les communautés forestières.
