Linking above- and belowground phenology of hybrid walnut in temperate agroforestry systems

L’étude de la phénologie des plantes est primordiale pour comprendre leur réponse aux changements globaux. Alors que de nombreuses études ont été consacrées à la phénologie aérienne, les difficultés d’observations de la phénologie des parties sou terraines d’une plante, font que leurs déterminants sont encore trop peu connu. La dynamique racinaire est considérée comme jouant un rôle clef dans le cycle et la séquestration du carbone dans le sol, et il est aujourd’hui important de surmonter les difficultés méthodologiques afin de mener des études sur la dynamique racinaire sur plusieurs années en conditions non-contrôlées. Notre premier objectif ici était donc de mettre au point et d’évaluer différentes techniques d’observation de la croissance racinaire sur le terrain. Le modèle choisi pour cela est le noyer hybride (Juglans L.), en système agroforestiers. L’utilisation du scan incorporé au smartphone s’est avéré être le meilleur compromis pour l’acquisition d’image à partir de rhizotrons, excepté en cas d’automatisation de la prise d’images, où la caméra automatique constitue la meilleur alternative (jusqu’à 4 mois d’autonomie). Notre deuxième objectif était de déterminer en milieu naturel les facteurs prédominants de la dynamique racinaire. Nous avons en particulier (i) testé l’hypothèse de la synchronicité des phénologies aériennes et racinaires de la plante, (ii) évalué l’effet de fluctuations climatiques sur la dynamique racinaire dans des environnements contrastés (climats méditerranéen, océanique, continental), (iii) et cherché à comprendre si cette réponse aux facteurs externes était conditionnée par la typologie racinaire. Les résultats ont permis de montrer l’indépendance des phénologies aériennes et racinaires, mais la synchronisation des croissances racinaires et radiale du tronc. Le principal facteur influençant la dynamique racinaire est la température du sol, et à moindre mesure l’humidité du sol avec des effets contrastés selon le climat. Les réponses des dynamiques racinaires aux variables environnementales sont propres à chaque site, avec un fort impact de l’ordre topologique sur les taux d’initiation et de survie. Ces résultats permettront non seulement une meilleur compréhension du jouait par les systèmes racinaires sur le cycle du carbone, mais aussi l’amélioration des modèles écophysiologiques. De futurs études sont néanmoins nécessaires d’autres études sont attendues pour renforcer les connaissances acquises dans ce projet, sur la compréhension des déterminants de l’initiation, de la croissance, et de la longévité racinaire des arbres, notamment via la création de bases de données et l’utilisation de méta-analyses.The study of phenology is primordial to understand tree response to climate change. Although many studies have examined shoot phenology, the difficulties in observing root system growth have resulted in a poor understanding of root phenology. As root system dynamics are considered as playing a major role in carbon cycling and sequestration, it is necessary to overcome methodological difficulties, so that root demography can be studied in the field and over several years. Our first objective was therefore to develop and evaluate methods for studying root system growth in the field. Studying mature hybrid walnut (Juglans L.), growing in agroforests, We showed that smartphone scanners are the best adapted tool for acquiring high quality images of tree roots growing in field rhizotrons. However, time-lapse cameras were good alternatives when a fully automated method was required (up to 4 months autonomy). Our second objective was to determine the main drivers of walnut hybrid root growth in field conditions. In particular, (i) We hypothesized that shoot and root phenologies were asynchronous, (ii) We evaluated the effect of environmental factors on root growth along a latitudinal gradient comprising three climates (Mediterranean, oceanic and continental) and (iii) We determined how phenology and environmental factors influenced root dynamics depending on root morphology and topology. Results show that flushes of fine root growth are not synchronized with budburst and leaf expansion, but are synchronized with stem and coarse root radial growth. Soil temperature was on the whole the main driver of root growth, and to a lesser extent, soil humidity, but which had contrasting effects on root growth. Root topological order had a major influence on root response to environmental variables, reflected in root elongation, production and longevity. Results will be highly useful not only for a better understanding of the role that root systems play in the carbon cycle, but also for tree ecophysiological models. Future studies should expand the knowledge gained here into a global understanding of the drivers of tree root initiation, growth and longevity, through the creation of databases and the use of meta-analyses