Analyse des performances des mélanges crucifères-légumineuses pour produire de multiples services écosystémiques en culture intermédiaire

Analysis of performances of crucifers-legumes cover crop mixtures to provide multiple-ecosystem services

• Auteur / Autrice : Antoine Couedel
• Direction : Éric Justes, Lionel Alletto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agrosystèmes, Écosystèmes et Environnement
• Date : Soutenance le 31/10/2018
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AGroécologie, Innovations, TeRritoires (Castanet-Tolosan, Haute-Garonne ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Aurélie Metay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Justes, Lionel Alletto, Aurélie Metay, Miguel Quemada, Kristian Thorup-Kristensen, Thomas Nesme, Antoine Brin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Miguel Quemada, Kristian Thorup-Kristensen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Azote

Cultures potagères

Écosystèmes

Mots clés libres

Production agroécologique

Mélanges d'espèces

Cycle de l'azote

Cycle du soufre glucosinolates

Bio-contrôle

Agroecological production

Mixtures

Nitrogen cycle

Sulphur cycle

Glucosinolates

Biocontrol

Résumé

Les cultures intermédiaires multi-services (CIMS) implantées en interculture entre deux cultures de rente permettent de produire de nombreux services écosystémiques. Parmi les familles d’espèces utilisées comme CIMS, les crucifères réduisent efficacement la lixiviation de nitrate et de sulfate en captant l’azote (N) et le soufre (S) minéral du sol (services de piège à N et à S). Les crucifères ont aussi la capacité de contrôler les pathogènes via des composés biocides issus de l’hydrolyse de métabolites secondaires appelés glucosinolates (GSL). L’objectif de nos travaux de recherche est d’évaluer les performances en termes de services écosystémiques liés à l’azote, au soufre et au potentiel de bio-contrôle d’une grande diversité de mélanges bispécifiques de crucifères et de légumineuses en comparaison aux CIMS pures. Nous avons réalisé des expérimentations sur 2 sites contrastés (région de Toulouse et Orléans, France) et sur 2 années pour tester les performances de mélanges crucifère-légumineuse en comparaison aux espèces pures. Les espèces testées sont i) pour les crucifères : colza, moutarde blanche, moutarde brune, moutarde éthiopienne, navet, navette, radis, roquette, et ii) pour les légumineuses : trèfle Egyptien, trèfle incarnat, vesce commune, vesce pourpre, vesce velue, pois, soja, féverole et lupin blanc. Nos travaux de recherche montrent que les mélanges crucifère-légumineuse peuvent produire simultanément divers services écosystémiques avec un haut niveau d’expression, allant de 2/3 (production de GSL, engrais vert à N et S), à quasiment 100% (piège à N et S) du service produit par la famille d’espèce pure la plus performante. La concentration et les types de GSL ne changeant pas en mélanges, les interactions des crucifères avec leurs pathogènes restent identiques. Via une revue de littérature nous concluons également que le service de bio-contrôle des cultures pures de crucifères peut être maintenu en mélanges crucifère-légumineuse sur une grande diversité de pathogènes et adventices tout en réduisant les potentiels dis-services sur les auxiliaires et sur le cycle de l’azote.

Multi-services cover crops (MSCC) grown during fallow period between two cash crops provide various ecosystem services. Among species used as MSCC, crucifers can efficiently prevent nitrate and sulphate leaching by catching residual soil mineral nitrogen (N) and sulphur (S) afterthe preceding cash crop (N and S catch crop services). Crucifers also have a unique capacity to suppress pathogens due to the biocidal hydrolysis products of endogenous secondary metabolites called glucosinolates (GSL). The aim of our study was to assess the provision of various ecosystem services linked to N, S cycles and biocontrol potential for a wide range of bispecific crucifer-legume mixtures in comparison to sole cover crops of legume and crucifer. We carried out experiments in 2 contrasted sites (Toulouse and Orléans regions, France) during 2 years in order to assess these services and the compatibility of various bi-specific crucifer-legume mixtures. We tested a great diversity of species, such as i) crucifers : rape, white mustard, Indian mustard, Ethiopian mustard, turnip, turnip rape, radish and rocket, and ii) legumes: Egyptian clover, crimson clover, common vetch, purple vetch, hairy vetch, pea, soya bean, faba bean, and white lupin. Our study demonstrated that crucifer-legume mixtures can provide and mutualize various ecosystem services by reaching from 2 thirds (GSL production, S and N green manure) to the same level ofservice (N and S catch crop) than the best sole family of species. GSL profile and concentration did not change in mixtures meaning that crucifer-pests interactions were identical. Through a literature review we also illustrated that biocontrol services of crucifers could be largely maintained in crucifer-legume mixtures for a wide range of pathogens and weeds while reducing potential disservices on beneficials and increasing N related service