Etude des effets des pratiques agricoles sur la diversité des macro-invertébrés du sol et leurs conséquences sur la décomposition de la matière organique ˸ Cas des agroécosystèmes bananiers en Martinique

Study of the effects of agricultural practices on the diversity of soil invertebrates and their consequences on the decomposition of organic matter˸ the case of banana agroecosystems of Martinique

• Auteur / Autrice : Meryem El Jaouhari
• Direction : Gaëlle Damour, Mathieu Coulis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle
• Date : Soutenance le 05/04/2023
• 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 : Françoise Binet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gaëlle Damour, Mathieu Coulis, Françoise Binet, Jérôme Mathieu, Michaël Aubert, François-Xavier Joly
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Mathieu, Michaël Aubert

Mots clés

Mots clés libres

Agroécosystème

Trait fonctionnel

Décomposition

Invertébré détritivore

Herbicide

Agroecosystem

Detritivorous invertebrate

Functional trait

Decomposition

Herbicide

Résumé

Les services écosystémiques rendus par la biodiversité sont la clé d'une production alimentaire durable. En Martinique, la banane destinée à l'exportation a longuement été cultivée avec une utilisation importante d'intrants chimiques. Cependant, depuis ces 20 dernières années, les pratiques agricoles ont évolué vers des systèmes intégrant de plus en plus de pratiques agroécologiques. Cette thèse s'intéresse à l'effet de ces changements de pratiques sur la biodiversité de la macrofaune du sol et ses conséquences sur la décomposition de la litière, processus primordial dans le fonctionnement des sols et des agroécosystèmes en particulier.Pour répondre à ces objectifs, nous avons quantifié la diversité de la macrofaune du sol et la décomposition de la litière dans des parcelles de bananiers ayant des pratiques agricoles contrastées. Nous avons aussi mené des expérimentations en microcosmes afin de déterminer les performances alimentaires de 19 espèces détritivores, individuellement. Enfin, nous avons étudié, dans une expérimentation en pot, en serre, leurs effets sur la décomposition des litières et la croissance du bananier, individuellement et en communauté.Nos résultats ont montré que les pratiques agricoles basées sur l'usage intensif d'herbicides dans les bananeraies conduisent à une diminution de 21% en moyenne de la richesse spécifique des macro-arthropodes du sol. De plus, nous avons montré que la cessation ou même la réduction de l'utilisation des herbicides a permis une augmentation de la proportion de certaines espèces natives, notamment d'araignées et de fourmis, suggérant un rôle important de la réduction des herbicides dans la conservation de la biodiversité du sol dans les agroécosystèmes tropicaux. En outre, les applications d'herbicides ont diminué la richesse spécifique des détritivores de 55%, probablement par des effets indirects via la suppression de la flore adventice. La couverture du sol apparait donc comme un élément important de l'agroécosystème, permettant non seulement un maintien de biodiversité du sol, mais aussi la fourniture de services écosystémique par la macrofaune.En serre et dans les parcelles de bananiers, la macrofaune a contribué à une augmentation de 28% et 14% de la décomposition totale, respectivement. Nous avons également montré que la décomposition de la litière dans les parcelles de bananiers augmentait significativement avec la richesse spécifique de la macrofaune détritivores. En serre, nous avons montré qu'une augmentation de la décomposition était accompagnée d'une augmentation de la croissance du bananier.Outre un effet de la macrofaune détritivore sur la décomposition, nous avons aussi mis en évidence une importante géophagie (i.e. consommation de sol), aux valeurs comprises entre 38% et 95%. Cette géophagie suggère un rôle potentiel de ces espèces sur le processus de bioturbation participant au maintien de la porosité du sol et à la redistribution des minéraux dans le sol.L'ensemble de ces résultats suggèrent que les pratiques agroécologiques mises en œuvre dans les bananeraies pour réduire les intrants chimiques sont pertinentes pour augmenter indirectement le processus de décomposition et potentiellement la structure du sol et la croissance des plantes.

Ecosystem services provided by biodiversity are the key to sustainable food production. In Martinique, bananas for export have been grown for a long time with a high use of chemical inputs. However, over the last 20 years, agricultural practices have evolved towards systems that increasingly integrate agroecological practices. This thesis focuses on the effect of these changes in practices on the soil macrofauna biodiversity and its consequences on the decomposition of litter, an essential process in the functioning of soils and agroecosystems in particular.To address these objectives, we quantified soil macrofauna diversity and litter decomposition in banana fields with contrasting agricultural practices. We also conducted microcosm experiments to determine the feeding performances of 19 individual decomposer species. Finally, we studied their effects on litter decomposition and banana growth, individually and as a community, in a greenhouse pot experiment.Our results showed that agricultural practices based on the intensive use of herbicides in banana plantations lead to a decrease of 21% on average in the species richness of soil macro-arthropods. Furthermore, we showed that cessation or even reduction of herbicide use led to an increase in the proportion of some native species, notably spiders and ants, suggesting an important role of herbicide reduction in the conservation of soil biodiversity in tropical agroecosystems. In addition, herbicide applications decreased the species richness of detritivores by 55%, probably through indirect effects via suppression of the weed flora. Soil cover thus appears to be an important element of the agroecosystem, allowing not only the maintenance of soil biodiversity, but also the provision of ecosystem services by the macrofauna.In the greenhouse and in the banana fields, macrofauna contributed to an increase of 28% and 14% of total decomposition, respectively. We also showed that litter decomposition in the banana fields increased significantly with the species richness of decomposer macrofauna. In the greenhouse, we showed that an increase in decomposition was followed by an increase in banana growth.In addition to an effect of the decomposer macrofauna on decomposition, we also found significant geophagy (i.e. soil consumption), with values ranging from 38% to 95%. This geophagy suggests a potential role for these species in the bioturbation process, helping to maintain soil porosity and redistribute minerals in the soil.All these results suggest that agroecological practices implemented in banana plantations to reduce chemical inputs are relevant to indirectly increase the decomposition process and potentially soil structure and plant growth.