Impacts de la qualité et quantité des résidus de culture sur la structure et le fonctionnement des communautés du sol. Application aux systèmes de grandes cultures du Nord-Est de la France

par Marie Sauvadet

Projet de thèse en Sciences - STS

Sous la direction de Isabelle Bertrand.

Thèses en préparation à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) , en partenariat avec (FARE) Fractionnement des Agro-Ressources et Environnement (laboratoire) depuis le 05-12-2012 .


  • Résumé

    Les impacts environnementaux de la production agricole intensive sont devenus un enjeu majeur au sein de notre société depuis la fin des années 1970. Dans le cadre du projet ANR-SOFIA (2012-2015) les relations causales entre pratiques culturales, évolution de la ressource trophique et diversité taxonomique et fonctionnelle des communautés du sol seront trs entre la biodiversité des agrosystèmes et certains de leurs services écosystémiques, notamment du point de vue de la régulation (émissions de gaz à effet de serre, stockage du carbone), de l'approvisionnement (disponibilité des nutriments pour la production agricole) et du maintien de la biodiversité (faune et flore du sol). Ce projet est basé sur l'Observatoire de Recherche en Environnement (ORE) d'Estrées-Mons (Picardie). Dans cet ORE, plusieurs pratiques agricoles réalisées en grandes cultures comme le labour, le travail superficiel, l'exportation des résidus de culture ou la fertilisation azotée raisonnée sont pratiquées sur différentes parcelles. Le but est d'étudier les impacts de ces pratiques sur le fonctionnement d'un agrosystème à l'échelle locale (la parcelle cultivée) et ce, en étudiant les relations entre des facteurs de nature anthropique (relatifs aux choix des couverts et aux intrants minéraux et organiques), les caractéristiques du milieu (notamment caractéristiques physiques et chimiques du sol), les dynamiques des communautés biologiques du sol et les fonctions des sols citées ci-dessus. Le projet SOFIA est sous-divisé en plusieurs tâches, qui utilisent une approche de terrain ou plus expérimentale en laboratoire. Ma thèse s'intègre dans la tâche 3 : « Effets de la biodiversité fonctionnelle du sol sur les flux et transferts de matières organiques » dont le principal objectif est d'évaluer la contribution de plusieurs composantes majeures de la biodiversité fonctionnelle du sol aux flux et transfert de matières, en fonction de leur environnement. Ma thèse s'insère dans la sous-tâche 3.1 « Impact fonctionnel de la qualité des litières » et se focalise sur l'impact de la quantité et de la qualité chimique des résidus de culture sur la diversité fonctionnelle des sols agricoles, ainsi que sur les effets de rétroactions possible de la diversité fonctionnelle du sol sur la décomposition des résidus de culture et sur les cycles du carbone et de l'azote. L'objectif majeur de ma thèse est d'évaluer l'impact de la nature et des quantités de litières végétales sur l'abondance et la diversité fonctionnelle des composantes biologiques du sol. Un focus sera fait sur la macrofaune, mésofaune, microfaune (nématodes) et microorganismes dont le rôle sur les fonctions de minéralisation a été démontré. Déroulement de la thèse : J'ai débuté ma thèse le 1er décembre 2012. Les premiers mois de ma thèse ont principalement été consacrés à une analyse bibliographique des différents volets de mon sujet et à la mise en place de ma première expérience. Je prépare également mon premier comité de pilotage qui aura lieu le 2 juillet 2013. 1. Analyse bibliographique (décembre 2012 – avril 2013) J'ai abordé la bibliographie en scindant mes lectures en 4 thématiques à savoir : - La qualité chimique des résidus de culture et leur dynamique de décomposition dans les sols: cette thématique traite principalement de la décomposition microbienne des résidus - La diversité fonctionnelle des sols : cette thématique traite de la description de la faune du sol (micro, méso et macrofaune) et de son organisation en diversité fonctionnelle. J'ai également lu des publications traitant de l'effet de la biodiversité du sol sur certaines des fonctions écosystémiques de ce milieu (comme la décomposition des résidus ou la régulation des flux d'azote minéral) - Le rôle de la macrofaune dans le sol : cette thématique reprend plus finement le rôle particulier de la macrofaune sur les caractéristiques physico-chimique du sol, mais aussi la décomposition des résidus et les actions de la macrofaune sur le reste de la diversité fonctionnelle - La relation entre qualité chimique des résidus et la diversité fonctionnelle du sol : j'ai trouvé très peu de références sur cette thématique : les études traitant de ces aspects sont souvent réalisées par des écologues du sol qui se basent sur des milieux naturels (prairies ou forêts) et n'utilisent que la teneur en azote des résidus comme critère de qualité. De plus, l'impact de l'apport de résidus de qualité différente est très variable selon les publications. J'ai donc réalisé un tableau de synthèse pour chaque article lu sur le sujet qui renseigne : o La méthodologie employée : le milieu étudié (agrosystème, prairie, forêt), le type d'étude (en terrain, en microcosme de laboratoire), la durée de l'expérience, les résidus étudiés et les indicateurs de qualités utilisés dans l'expérience o Les principaux résultats observés : la qualité des résidus a-t-elle jouée sur son taux de décomposition ? Sur une différenciation de la biomasse microbienne ? Sur une différenciation du reste du réseau trophique ? Chaque thématique citée a fait l'objet d'une brève synthèse bibliographique d'une dizaine à une trentaine de pages. J'ai assisté à la réunion annuelle du projet SOFIA le 17/01/13 et j'y ai présenté une première version de ma réflexion bibliographique ainsi que les principales pistes pour ma première expérience issues de mes discussions avec ma directrice de thèse Isabelle Bertrand. Cette réflexion a été approfondie par une visite des laboratoires de mes co-encadrants Matthieu Chauvat à l'UMR Ecodiv EA à Rouen (30-31 janvier 2013) et Daniel Cluzeau à l'UMR EcoBio à Rennes (18-21 février 2013). Pendant mes séjours dans ces laboratoires, j'ai été familiarisée avec les méthodes d'études et les enjeux de leurs spécialités respectives et j'ai pu échanger avec mes co-encadrants mais aussi avec les autres membres des laboratoires sur ma thèse et le protocole de ma première expérience. Le protocole de ma première expérience a été finalisé lors d'une réunion téléphonique le 15/03/13. 2. Réflexion et lancement de la première expérience (janvier 2013 – mai 2013) Il est ressorti de mon analyse bibliographique les constats suivants : - Très peu d'études analysent l'effet de la qualité chimique des résidus de culture sur la diversité fonctionnelle des sols (i) en utilisant un autre indicateur de qualité que le rapport C/N (qui perd de sa pertinence en agrosystème fertilisé en azote) et (ii) sur des résidus de culture enfouis et non en surface (ce qui se produit dans la plupart des agrosystèmes). - Le seul suivi de la décomposition des résidus concerne la perte de masse des résidus contenus dans des litterbags en surface du sol et au mieux des flux de CO2 émis. La plupart de la littérature trouvée souligne l'effet capital de la faune sur la décomposition des résidus à travers leurs actions de fragmentation et de bioturbation ; or je n'ai trouvé aucune étude suivant directement la proportion de résidus bioturbés et fragmentés au cours de la décomposition des résidus Ma première expérience essaiera de répondre aux deux questions suivantes : - Quel est l'effet de l'apport enfoui de raitées. Au sein de ce projet, mon objectif est plus spécifiquement d'évaluer la contribution des composantes majeures de la diversité fonctionnelle du sol aux flux et transferts de C et N, en fonction de la quantité et qualité de la ressource trophique. Des expérimentations in situ et sur des microcosmes de sol prélevés sur le site ORE ACBB d'Estrées-Mons (Nord Est de la France) seront réalisées pour étudier l'impact de la quantité et de la nature des résidus végétaux, considérés comme principale source trophique, sur la diversité des réseaux trophiques des sols et les rétroactions possibles. L'hypothèse étant que l'analyse des rétroactions et de leurs effets sur les flux d'éléments nutritifs offre un cadre adéquat pour aborder le rôle respectif de la microfaune, mésofaune, microflore et macrofaune dans le processus de recyclage des matières organiques et plus spécifiquement des résidus végétaux. Ma thèse se composera de 3 grandes expériences : deux expériences en laboratoire et une expérience de terrain. La première expérience de terrain a été lancée en mai 2013 et suit l'évolution de la décomposition de résidus dans des microcosmes de sol en fonction (i) du type de résidu (feuilles ou racines de maïs) et (ii) de la présence ou absence de vers de terre anéciques (L.terrestris). La dynamique de décomposition (quantité de résidus minéralisée, bioturbée et fragmentée par la faune) ainsi que les différents groupes biotiques sont suivis au cours des 3 mois d'incubation des microcosmes. Les deux autres expériences doivent encore être discutées avec mon comité de pilotage de 2 juillet 2013. Au cours de l'expérience de terrain je devrai avoir recours aux traceurs isotopiques 13C et/ou 15N.

  • Titre traduit

    Crop residues quantity and quality impacts on soil communities'structure and functioning. Application to the arable crops from Northeastern France


  • Pas de résumé disponible.