Effets de la diversification et de la pérennisation des couverts végétaux sur les productions de blé et prairies et sur les cycles du carbone et de l'azote

Résumé : Augmenter la diversité et la pérennité des couverts végétaux favorise de nombreuses interactions et régulations écologiques bénéfiques pour la nutrition et la production des plantes, l’amélioration de la santé des sols et la diminution des pathogènes. Ceci fait de la diversification et de la pérennisation des voies prometteuses pour accroître la durabilité des agroécosystèmes, et assurer une production végétale en diminuant le recours aux intrants (fertilisants minéraux, pesticides). Cependant, l’implantation d’un couvert pérenne et multispécifique au-delà de deux ou trois espèces reste un défi pour les cultures céréalières, qui sont majoritairement annuelles et peu diversifiées.

Dans ce contexte, une expérimentation en champs a été mise en place à l’INRAe de Clermont-Ferrand afin de tester un nouvel agroécosystème nommé « agroprairies ». Les agroprairies correspondent à l’association d’une céréale annuelle avec des prairies pérennes multispécifiques (n > 10), organisées en bandes alternes étroites (~40 cm). La thèse, qui s’appuie principalement sur cette expérimentation, vise à étudier les effets de pratiques de diversification et de pérennisation sur les interactions végétales, les productions agricoles, ainsi que le fonctionnement des cycles du carbone (C) et de l’azote (N) dans le sol.

La thèse s’articule en quatre chapitres. Le premier chapitre repose sur un jeu de données acquis dans une expérimentation antérieure à la thèse, qui visait à étudier les effets de la diversité intraspécifique du blé en manipulant le nombre de variétés et de clusters fonctionnels au sein de mélanges variétaux. Nous y montrons que la diversité intraspécifique du blé en mélange n’a pas d’effet significatif sur la biomasse aérienne et racinaire du blé ni sur la récupération du ¹⁵N dans le système plante-sol, mais qu’elle a des effets ténus sur les teneurs en certains nutriments du blé (Cu, Fe, Zn, Na et P). Le deuxième chapitre explore les effets de quatre types de prairies sur la nutrition, la phénologie, la croissance et la production du blé en agroprairies, avec ou sans fertilisation. Nous y montrons que les syndromes de traits associés à une stratégie d’acquisition rapide des ressources et une proportion élevée de légumineuses dans les bandes de prairies améliorent significativement la nutrition, la précocité, la croissance et la production de biomasse du blé. Nous montrons aussi que la fertilisation azotée réduit l’effet des prairies sur le développement du blé. Le troisième chapitre évalue les effets des différentes agroprairies en termes de production (totale, grain, fourrage), par rapport au blé en monoculture et/ou aux prairies seules, sur deux années consécutives et sans intrants. Un résultat majeur est que certaines agroprairies peuvent augmenter la production végétale globale jusqu’à +49%, et maintenir un niveau de rendement en grain équivalent à celui d’une monoculture de blé, tout en fournissant une production fourragère supplémentaire. Le quatrième chapitre examine les effets des différents couverts – blé, prairies, agroprairies – sur un ensemble de fonctions microbiennes liées aux cycles du C et de l’N durant deux années consécutives, en hiver et au printemps. Nos résultats indiquent que la disponibilité en C pour les microorganismes est plus élevée dans les prairies et dans les agroprairies que dans les monocultures de blé, ce qui, dans certains cas, s’accompagne d’une augmentation de l’immobilisation microbienne du C et de l’N, et de la libération de nutriments assimilables par les plantes.

Dans son ensemble, cette thèse présente de nouveaux systèmes de production céréalière et fourragère, qui permettent d’accroître la production sans avoir recours à des intrants. Elle fournit également des connaissances sur l’écologie des plantes et sur les pratiques agronomiques permettant de valoriser les interactions positives dans les agroécosystèmes pour favoriser la production végétale et améliorer le fonctionnement microbien du sol.