Évaluation des effets de l'azote et des herbicides sur les indicateurs qualitatifs du sol dans des agrosystèmes contrastés

Assessing the effects of nitrogen and herbicides on soil quality indicators in contrasted agrosystems

• Auteur / Autrice : Élodie Nivelle
• Direction : José Edmundo Nava Saucedo, Thierry Tétu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences écologiques. AgroÉcologie et Écophysiologie
• Date : Soutenance le 14/09/2017
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie et dynamique des systèmes anthropisés (Amiens ; 2012-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : José Edmundo Nava Saucedo, Thierry Tétu, Bertrand Hirel, Yvan Moënne-Loccoz, Frédéric Dubois, Karine Pageau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bertrand Hirel, Yvan Moënne-Loccoz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couverture végétale du sol

Sols -- Qualité

Engrais azotés

Mots clés libres

Réponses microbiennes

Désherbage chimique

Indicateurs de la qualité du sol

Carbone et azote du sol

Réponse microbienne

Microbial response

Herbicide application

Soil quality indicators

Soil carbon and nitrogen

Microbial response

Résumé

L'utilisation des fertilisants azotés et des herbicides de synthèse est aujourd'hui nécessaire pour assurer la productivité des systèmes de culture et répondre à la demande alimentaire d'une population mondiale en croissance démographique. Cependant, les effets potentiels de ces produits de synthèse sur les propriétés édaphiques et aériennes des agrosystèmes ont été décrits comme dépendants de l'environnement physico-chimique et biologique du sol sur lequel ils sont appliqués. En particulier, il semblerait que les sols non perturbés et sous couverture végétale permanente, caractérisés par des propriétés édaphiques très différenciées des sols gérés sous labour conventionnel, puissent modifier les effets non ciblés de certains herbicides. Plusieurs expérimentations en champ ainsi que deux études en conditions contrôlées ont permis de mettre en évidence que les systèmes gérés en semis-direct sous couverture végétale permanente étaient associés à une augmentation des teneurs en carbone et azote organique, des activités fonctionnelles microbiennes, de l'abondance en spores de champignons mycorhiziens arbusculaires, et de la colonisation racinaire du maïs par les champignons mycorhiziens. Deuxièmement, la fertilisation azotée a induit des effets négatifs sur certains indicateurs biologiques du sol comme l'activité de deshydrogénase alors qu'elle a permis d'augmenter la productivité végétale et la survie de certains parasites aériens des cultures. Troisièmement, le glyphosate, un herbicide total, a augmenté le temps de dégradation des substrats organiques, et n'a pas eu d'effet sur l'activité des champignons mycorhiziens lorsqu'il était appliqué seul ; par contre l'application d'azote en combinaison avec le glyphosate sur un sol fertilisé depuis 6 ans a entraîné une diminution du taux de colonisation du haricot par les champignons mycorhiziens. Les engrais azotés appliqués sur le long terme sont donc capables de modifier les effets non ciblés du glyphosate. Enfin, le S-Metolachlore, un herbicide sélectif, a augmenté la teneur en nitrates des sols cultivés en semis-direct, sans affecter ceux gérés en labour annuel, et a également augmenté la teneur en ammonium des turricules de vers de terre des sols conduits en semis-direct et fertilisés depuis 6 ans. Nous concluons que ce sont essentiellement les combinaisons de pratiques qui sont responsables des effets des herbicides sur les propriétés édaphiques et aériennes dans les agrosystèmes

Nowadays, the use of synthetic nitrogen fertilizers and herbicides is required to ensure cropping systems productivity and meet the demand for food of a growing population. However, the potential effects of these synthetic products on agrosystem’s below- and above-ground properties have been described to be dependent of soil physicochemical and biological characteristics on which they are applied. Especially, it seems that soils under no-till and continuous cover-cropping, characterized by contrasted edaphic properties as compared to soils managed under annual plowing, may change the non-target effects of certain herbicides. Several field experiments, as well as two mesocosm studies, evidenced that cropping systems conducted under no-till with continuous cover-cropping were associated to increased organic carbon and nitrogen contents, microbial functional activities, arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) spore density, and maize root colonization by AMF. Secondly, nitrogen fertilization induced negative effects on soil biological indicators such as dehydrogenase activity while it improved plant productivity and nymph survival of certain above-ground pests. Thirdly, glyphosate, a total herbicide, increased degradation time of organic substrates, while it did not change AMF activity when applied alone. However, the combinaison of glyphosate plus nitrogen fertilization in a soil fertilized over a 6-year period led to a decreased root colonization of bean by AMF. Thus, the long term nitrogen fertilization is capable to change the non-target effects of glyphosate. Finally, S-Metolachlor, a selective herbicide, increased nitrate content of soils subjected to no-till, while those conducted under annual plowing revealed no effect, and increased ammonium content of earthworm casts in soils managed under no-till with nitrogen fertilization for 6 years. We conclude that the effects of herbicides on agrosystem's above- and below-ground properties are mainly due to the combination with other agricultural practices such as nitrogen fertilization