Influence de l’utilisation de plantes de services sur les communautés de nématodes et les fonctions du sols dans un agroécosystème bananier en phase d’interculture

Influence of cover-crops on nematode communities and soil functions in a banana agroecosystem in fallow stage

• Auteur / Autrice : Camille Chauvin
• Direction : Marc Dorel, Jean-Michel Risède
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecosystemes et sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 10/12/2015
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GECO - Fonctionnement écologique et gestion durable des agrosystèmes bananiers et ananas - CIRAD Montpellier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Dorel, Jean-Michel Risède, Sylvie Recous, Manuel Blouin, Amadou Bâ, Philippe Hinsinger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Recous, Manuel Blouin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Espèces végétales

Chaînes alimentaires

Bananiers

Nématodes phytoparasites

Écologie agricole

Mots clés libres

Agro-Écologie

Communautés de nématodes du sol

Plantes de services

Analyses fonctionnelles

Réseaux trophiques du sol

Bananier

Agroecology

Soil nematodes Communities

Cover-Crops

Functional analysis

Soil food web

Banana

Résumé

L’introduction de biodiversité végétale dans les agroécosystèmes peut modifier la structure des réseaux trophiques du sol et les fonctions écosystémiques qu’ils assurent. Cette thèse fixe les bases d’une démarche expérimentale pour sélectionner des espèces végétales à partir de différents traits fonctionnels et pour évaluer leurs effets sur les réseaux trophiques et le fonctionnement des sols. Nous avons plus particulièrement cherché à sélectionner des plantes de services pouvant induire la régulation des nématodes parasites du bananier Radopholus similis et Pratylenchus coffeae et favoriser la décomposition des matières organiques durant l’interculture dans les bananeraies antillaises. C'est-à-dire la période entre la destruction de la bananeraie et l'implantation d'une nouvelle. Au cours de ce travail, les réseaux trophiques du sol ont été appréhendés par une analyse fonctionnelle des communautés de nématodes. Une étude bibliographique nous a permis de montrer que les traits fonctionnels « statut d’hôtes » vis-à-vis des nématodes phytoparasites, « composition biochimique des litières » et « productivité primaire des espèces végétales » contribuent aux effets des plantes sur les réseaux trophiques du sol et sur les deux services écosystémiques étudiés. Nous avons donc effectué une typologie des plantes de services à partir de ces traits. Puis pour étudier les effets d’apports de litières de composition biochimique contrastée sur les communautés de nématodes du sol, nous avons sélectionné les espèces végétales Paspalum notatum, Crotalaria zanzibarica et Acacia auriculiformis dont les litières présentaient des teneurs variables en hémicellulose, cellulose, azote, et lignine. Une étude en microcosmes a montré que la composition biochimique des litières détermine les successions écologiques au sein des communautés de nématodes et stimule de manière contrastée les voies de décomposition de la matière organique dans les sols. Nous avons discuté des mécanismes de régulation des nématodes parasites du bananier induits par ces apports de litières. Nous avons également montré que la culture de ces trois espèces induit une diminution des populations de R. similis dans les sols. Enfin, nous avons évalué les effets au champ de couverts de P. notatum, de C. zanzibarica et d’un couvert associant ces deux espèces. Pour cela, nous avons cultivé ces couverts durant neuf mois avant de les détruire et de restituer leurs litières à la surface des sols. Nos résultats montrent que ces couverts végétaux influencent différemment l’abondance en nématodes phytoparasites et le potentiel infectieux du sol. Ils induisent également des régulations bottum-up et top down dans leurs communautés. Après la restitution des litières, nous avons observé de fortes abondances de nématodes liées à la décomposition des litières dans la couche de surface du sol. Celle-ci fournit les couches sous-jacentes du sol en azote minéral et favorise le développement des nématodes omnivores et prédateurs. Il en résulte la formation de communautés de nématodes structurées et diversifiées concomitantes à la réduction des populations de R. similis et P. coffeae. Ces résultats étaient plus marqués pour les couverts monospécifiques de C. zanzibarica et les couverts mixtes. Nos travaux confirment que les traits fonctionnels « statut d’hôte », « production primaire », « composition biochimique des litières » sont déterminant pour sélectionner des plantes de services pour l’interculture en bananeraies.

Increased plant diversity may alter soil food web structure and soil function in agroecosystems. This thesis sets the basis for an experimental approach in order to select some plant species in regard to several functional traits and to assess their effect on soil food web and soil functioning. We focused on cover-crops able to induce regulation of the banana parasitic nematodes Radopholus similis and Pratylenchus coffeae and to promote decomposition of organic matter during the fallow period in banana plantations in the French West Indies (FWI). We used functional analysis of nematode communities as a soil food web bio-indicator. Bibliography studies show us that “plant host status” with respect to plant-parasitic nematodes, “biochemical characteristics of litters” and “primary productivity of plants” are functional traits involved in plant species effects on soil food web and on the ecosystemics service we targeted. We therefore use those traits to perform a typology of cover-plants. Furthermore, to study the effects of litter inputs with contrasted biochemical characteristics we pick out the plant species Paspalum notatum, Crotalaria zanzibarica and Acacia auriculiformis which show differential hemicellulose, cellulose, lignin and nitrogen content. A microcosm assay shows that biochemical characteristics of litter determine ecological successions in nematode communities and promote, in a contrasted manner, the decomposition pathway of organic matter. We discussed the mechanisms of plant parasitic nematodes suppression involved by those litter inputs. We also confirm that the culture of those three plant species can diminish the population of R.similis in soils. We also assessed the effects of plant covers composed of P. notatum and C. zanzibarica and a mix of those two plant species on nematodes communities during a field trial. In order to do so, we cultivated those cover-plants during a nine months period and then destroyed them to restitute plant litter in soils surface. Our results showed that cover-plant alters differentially plant-parasitic nematodes and the infectious potential of soils. Cover-crop cultivation also induced bottom-up and top-down regulations in plant parasitic nematode communities. After litter restitution, we observed high abundance of nematodes involved in litter decomposition within the soil surface layer. The latter provides underlying soil layers with mineral nitrogen and improves omnivore and predator nematode abundances. It results in the formation of a structured and diversified nematode community concomitantly with R. similis and P. coffeae regulation in soils. We observed greater effects with the cover-crop composed of C. zanzibarica and the mix of C. zanzibarica and P. coffeae. This study confirms that the functional traits of “host status”, “biochemical composition of litter” and “primary production” of plant species are decisive in the selection of cover-crop for the fallow period in banana plantation.