le 19 mars 2019 à 13h30, salle de conférences

Quantification des flux d’azote induits par les cultures de légumineuses et étude de leurs déterminants : comparaison de dix espèces de légumineuses à graines

Dans un contexte de transition agroécologique, la réintroduction des légumineuses dans les systèmes de culture représente un levier particulièrement intéressant. En effet, les légumineuses permettent notamment de réduire le recours aux intrants azotés pendant leur culture grâce à leur capacité à fixer l’azote atmosphérique, ainsi qu’après leur récolte en fournissant de l’azote à la culture suivante par minéralisation de leurs résidus riches en azote. Il existe cependant un manque de références sur une diversité de légumineuses à graines afin de valoriser au mieux les services écosystémiques fournis par ces espèces.

Cette thèse a visé une analyse comparative de dix espèces de légumineuses à graines à partir de la i) quantification des flux d’azotés induits par les légumineuses au cours d’une succession culturale au champ de deux ans (légumineuse – blé) et ii) l’identification de traits de plantes déterminants dans l’obtention de ces flux azotés. Des expérimentations complémentaires ont été menées en rhizotrons afin de caractériser plus finement certains traits racinaires, et des incubations de sol en conditions contrôlées ont permis de suivre la dynamique de minéralisation des résidus de culture.

Une première partie a consisté à mieux caractériser la réponse de la croissance et de la fixation symbiotique à la disponibilité en azote minéral du sol. Nos résultats ont mis en avant la capacité de la fixation symbiotique à répondre aux besoins azotés de la grande majorité des légumineuses étudiées par rapport aux modalités avec une grande disponibilité en azote minéral. Un impact négatif de l’azote minéral sur la fixation symbiotique a également été mis en évidence pour toutes les espèces, avec une grande variabilité d’intensité de réponse entre les espèces selon leurs besoins azotés et leur capacité de prélèvement de l’azote minéral du sol. La vitesse d’expansion latérale du système racinaire a par ailleurs été positivement associée à l’efficience de prélèvements de l’azote minéral des différentes espèces.

Une deuxième partie de la thèse s’est focalisée sur la minéralisation des résidus aériens et racinaires en conditions contrôlées afin de comprendre les différences de minéralisation de l’azote selon les caractéristiques biochimiques des résidus des dix espèces de légumineuses étudiées. Le rapport carbone /azote est ressorti comme particulièrement explicatifs des différences de minéralisation de l’azote avec une distinction entre les résidus aériens et racinaires selon l’importance de la fraction de lignine.

Dans une troisième partie l’effet précédent des dix légumineuses sur les performances du blé suivant a été étudié en comparaison à deux précédents céréales. Nos résultats montrent une augmentation de rendements du blé précédé par des légumineuses de 0,8 t ha^-1 par rapport à un précédent orge et de 1,6 t ha^-1 par rapport à un précédent sorgho. La variabilité de quantité d’azote prélevée par le blé selon le précédent cultural a été expliquée à 40 % par la disponibilité en azote minéral du sol variant avec le reliquat à la récolte des précédents culturaux et la minéralisation de l’azote des résidus. Une part non négligeable de l’azote minéral du sol est néanmoins perdue par lixiviation après la récolte des légumineuses et augmente notamment avec la durée de l’interculture et la fréquence des précipitations pendant l’été et la période automne-hiver.

Enfin, une dernière partie a porté sur l’étude simultanée des différents flux azotés quantifiés au cours de la succession de deux ans légumineuse – blé, et sur les traits de plantes déterminants dans l’obtention de ces flux azotés. Les espèces de légumineuses ont ainsi pu être différenciées selon leur profil fonctionnel et donc leur aptitude à fournir des services écosystémiques relatifs à l’azote.

Mots clés : Fixation symbiotique de l’azote, effet précédent, lixiviation, minéralisation, traits de plantes, services écosystémiques