Effet de l'implantation d'une plante de services et des pratiques de gestion de la couverture végétale sur la communauté végétale accompagnatrice de la banane et les services qu'elle y rend

Effects of cover crops and cover management practices on the plant community associated to the banana and the services it provides

• Auteur / Autrice : Diane Rakotomanga
• Direction : Gaëlle Damour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie Fonctionnelle et Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 26/01/2021
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GECO - Fonctionnement écologique et gestion durable des agrosystèmes bananiers et ananas - CIRAD Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Marie-Laure Navas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gaëlle Damour, Marie-Laure Navas, Nathalie Colbach, Guénaëlle Corre-Hellou, Isabelle Bertrand, Bill Shipley
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Colbach, Guénaëlle Corre-Hellou

Mots clés

Mots clés libres

Spontanée

Système bananier

Service agroecosystemique

Communauté végétale

Trait fonctionnel

Agroecologie

Banana cropping system

Agroecology

Spontaneou specie

Plant community

Functional trait

Agroecosystem service

Résumé

Le recours aux intrants de synthèse dans les monocultures intensives entraine une pollution et une dégradation des régulations écologiques de ces systèmes. Dans les systèmes de production bananiers des Antilles françaises, la mise en place d'une jachère après les cycles de production permet d'établir des communautés végétales diversifiées, capables de restaurer ces fonctions écologiques et de fournir des services écosystémiques à l'agriculteur. L'installation de ces communautés peut être orientée par des pratiques comme le semis d'une plante de services (PdS) et un travail du sol avant le semis des PdS. Nous faisons l'hypothèse que les communautés qui vont émerger, associant PdS et espèces spontanées aptes à pousser avec elles, pourront fournir des services d'amélioration de la fertilité azotée du sol, de sa structure, et de contrôle de spontanées dont la gestion s'avère difficile.L'objectif de cette thèse est d'étudier les effets de l'implantation d'une PdS et du travail du sol avant semis de la PdS sur la communauté végétale et les services rendus par cette communauté diversifiée. Il a été décliné en trois questions de recherche: 1) En quoi les communautés associant PdS et spontanées mises en place sous l'influence de deux filtres (PdS et travail du sol) diffèrent au niveau de leur densité, richesse spécifique et composition ? 2) Comment le développement et la composition de la communauté de spontanées et le développement de la population de PdS sont-ils orientés par les compétitions entre PdS et spontanées? 3) Peut-on mettre en évidence l'impact de la communauté végétale sur les services d'amélioration de la fertilité azotée du sol et de sa structure par des relations entre structure fonctionnelle de la communauté et indicateurs de services ?Pour cela, une approche fonctionnelle basée sur la description des traits des espèces a été adoptée. Le cadre effet-réponse de Lavorel & Garnier (2002) a ainsi été adapté au cas d'étude pour comprendre la mise en place de la communauté végétale sous l'action des filtres imposés à cette communauté, puis l'impact de cette communauté sur les services ciblés. Un essai au champ a été conduit sur un an, selon un dispositif en split-plot combinant deux modalités de travail du sol avant semis et trois PdS ainsi qu'un témoin de végétation spontanée. Les compositions des communautés ont été suivies chaque mois. Les traits associés aux compétitions entre espèces ainsi qu'à l'amélioration de la fertilité azotée du sol et de sa structure ont été mesurés sur les 12 espèces les plus fréquentes dans l'essai. Des indicateurs des services ciblés ont été mesurés en début d'expérimentation, puis après 7 et 12 mois.Les résultats montrent la mise en place de communautés aux densités, richesses spécifiques et compositions différentes entre traitements. Des relations de compétitions entre espèces et entre PdS et spontanées ont été partiellement démontrées sur la base de l'observation de traits fonctionnels liés à l'acquisition des ressources lumineuses et de la structure fonctionnelle des communautés. Une relation nette a été établie entre biomasse des PdS et biomasse des spontanées. Enfin, des relations entre marqueurs fonctionnels des communautés et indicateurs des services ont été établies. Certaines communautés ont permis d'améliorer la fertilité azotée du sol ou sa structure, mais ont eu des difficultés à contrôler les spontanées dont la gestion est difficile pour l'agriculteur. De plus, amélioration de la fertilité azotée et structure du sol ont été reliées à des caractéristiques différentes des couverts que nous n'avons pu observer dans une même communauté, suggérant un compromis à trouver entre ces deux services. L'originalité scientifique de cette thèse a résidé dans l'application du cadre effet-réponse de Lavorel & Garnier (2002) au cas de la jachère en bananeraie. Les résultats pourront aider au choix des espèces et couverts à insérer dans les systèmes de culture bananiers diversifiés.

The use of chemical inputs in intensive monocultures causes pollution and decrease the ecological regulations of these systems. In the banana cropping production systems of the West French Indies, diversified plant communities in fallows preceding the banana production cycles can restore these ecological functions and deliver ecosystem services to the farmer. The composition of these communities can be oriented by practices like the sowing of a cover crop or soil tillage before the sowing of the cover crop. We hypothesize that these communities, mixing cover crops and spontaneous species able to grow with them, can deliver services like the improvement of the soil nitrogen fertility, of the soil structure or the control of spontaneous species difficult to control by the farmer.The objective of this thesis is to study the effects of the settling of a cover crop combined with soil tillage before the sowing on the plant community and the services delivered by this diversified community. It has been declined into three main research questions: 1) Do the communities mixing cover crops and spontaneous species, which respond to two filters (cover crop and soil tillage), differ by their density, specific richness and composition? 2) How the development and the composition of the spontaneous communities and the development of the cover crop population are oriented by competitions between cover crops and spontaneous species? 3) Can the impact of the plant community on the improvement of the soil nitrogen fertility and of the structure be described by relationships between the community functional structure and indicators of services?To do so, a trait-based approach has been adopted. The « response-and-effect framework » (Lavorel & Garnier, 2002) has been adapted to our study case to understand the plant community settlement in response to filters and the impact of this resulting community on the targeted services. A one-year field experiment has been conducted based on a split-plot design with two modalities of soil tillage and three cover crop species and a spontaneous vegetation control. The composition of the communities has been determined monthly. Traits associated to competitions between species and to soil nitrogen fertility and structure improvement have been measured on the 12 most frequent species of the experiment. Indicators of the targeted services have been measured at the beginning of the experiment then after 7 and 12 months.The results show that the communities have differed in densities, specific richness and composition between treatments. Competition relationships between species and between cover crops and spontaneous species have been partly proved using functional traits linked to light resources acquisition and community functional structure. A strong relationship has been established between cover crop biomass and spontaneous species biomass. Finally, relationships between community functional markers and indicators of services have been established. Some communities succeeded to improve soil nitrogen fertility and others soil structure but none was able to do both. They also had difficulties to control spontaneous species difficult to control by the farmer. Moreover, the soil nitrogen fertility and the soil structure improvement were linked to different covers characteristics, which suggests trade-offs between these two services. The scientific originality of this thesis lies on the application of the response-and-effect framework (Lavorel & Garnier, 2002) to the case of the banana fallow period. These results could help to choose which cover crop and cover to insert in diversified banana cropping systems.