Gradient spatial de fonctionnement et de stabilité écologique d'un sol en système agroforestier Méditerranéen

Spatial gradient of functioning and ecological stability of a soil in a Mediterranean agroforestry system

• Auteur / Autrice : Esther Guillot
• Direction : Philippe Hinsinger, Isabelle Bertrand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle
• Date : Soutenance le 07/12/2018
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et agrosystèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Claire Chenu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Hinsinger, Isabelle Bertrand, Claire Chenu, Michaël Danger, Aurélie Metay, Aurore Kaisermann
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Claire Chenu, Michaël Danger

Mots clés

Mots clés libres

Agroforesterie

Gradient spatial

Communauté microbienne du sol

Qualité du sol

Décomposition de litière

Stabilité écologique

Agroforestry

Spatial gradient

Soil microbial communitie

Soil quality

Litter decomposition

Ecological stability

Résumé

Dans un contexte de transition agroécologique, les agro-écosystèmes promouvant davantage les régulations écologiques et permettant la fourniture de nombreux services écosystémiques devraient progressivement remplacer les systèmes artificialisés actuels. Les systèmes agroforestiers, reconnus pour leurs effets globalement bénéfiques sur divers services écosystémiques se développent désormais dans les paysages agricoles français et européens. A l'échelle parcellaire, un système agroforestier pourrait induire une hétérogénéité spatiale du fonctionnement biologique et de la stabilité écologique du sol. Cette thèse avait donc pour objectifs d'évaluer (1) l'existence d'un gradient de qualité du sol entre la ligne arborée et l'interligne cultivée d'un système agroforestier en conditions méditerranéennes, (2) l'activité des microorganismes décomposeurs de la matière organique du sol au sein d'une parcelle agroforestière et d'une parcelle agricole en conduite conventionnelle et (3) la stabilité écologique de ces communautés microbiennes du sol soumises à des stress climatiques. Le site expérimental de Restinclières (Hérault, France) a servi de cadre à l'ensemble de ces travaux. Dans le système agroforestier étudié, la qualité du sol est significativement améliorée jusqu'à 2 m de la ligne arborée et pour certains indicateurs, jusqu'à 4 m. En comparaison avec un système en conduite conventionnelle, la qualité biologique du sol est augmentée dans le système agroforestier dans son intégralité, et celle de l'interligne cultivée tend aussi à être améliorée. Les importantes entrées de matières organiques (litières aériennes et souterraines, ainsi que rhizodéposition) en système agroforestier expliquent une plus forte activité biologique du sol. L'augmentation de la biomasse microbienne sur la ligne arborée entraîne des activités enzymatiques impliquées dans les cycles de C, N et P plus importantes, en valeur absolue. Cependant, les litières sont décomposées à la même vitesse, indépendamment de la position dans la parcelle agroforestière, entraînant des efficiences enzymatiques associées à la décomposition des litières inférieures sur la ligne arborée, comparativement à l'interligne cultivée. Sur la ligne arborée les microorganismes ont de fortes demandes en énergie (C) relativement aux nutriments, alors que sur l'interligne cultivée, P semble être l'élément limitant. La stabilité écologique des microorganismes du sol exposés à un stress hydrique est similaire en conduite agroforestière et agricole conventionnelle. En conditions de stress hydrique et thermique combinés, les communautés microbiennes du sol de l'interligne cultivée et de la parcelle agricole sont plus résistantes et moins résilientes que celles du sol de la ligne arborée ou à proximité de celle-ci. Les microorganismes du sol modifient fortement leurs rapports stœchiométriques C/N/P face à ces perturbations climatiques, de manière réversible ou non. Ce travail a montré qu'un système agroforestier est un agro-écosystème induisant une forte hétérogénéité spatiale intra-parcellaire de fonctionnement biologique et de stabilité écologique des sols, à une échelle métrique.

In a context of agroecological transition, agroecosystems promoting ecological regulations and supporting the provision of numerous ecosystem services should replace the current artificialized systems. Agroforestry systems, known for their positive impacts on various ecosystem services, are currently developing in French and European agricultural landscapes. At the plot scale, an agroforestry system could induce some spatial heterogeneity in soil biological functioning and soil ecological stability. Our goals were to evaluate (1) the occurrence of a soil quality gradient between the tree row and the interrow in an agroforestry system in Mediterranean conditions, (2) the activity of organic matter decomposer microorganisms within an agroforestry plot and a conventional agricultural plot and (3) the ecological stability of these microbial communities when exposed to climatic stress. The experimental site of Restinclières (Hérault, France) has been used all along this work. In the studied agroforestry system soil quality, is significantly improved up to 2 m from the tree row and up to 4 m for some indicators. Compared to a conventional system, the soil biological quality is enhanced in the agroforestry system as a whole, and that of the interrow also tends to be improved. The significant inputs of organic matter (above and belowground litter and rhizodeposition) in the agroforestry system explain an improved soil biological activity. The increase of microbial biomass on the tree row leads to greater enzymatic activities involved in the C, N and P cycles, in absolute values. However, litters are decomposed in the same way whatever the position in the field, leading to lower efficiency of the enzymes involved in litter decomposition in the soil of the tree row, compared to that of the interrow. At the tree row, soil microorganisms have high energy (C) relatively to nutrients, while in the interrow P seems to be the limiting element. The ecological stability of soil microorganisms exposed to drought is similar in agroforestry and conventional agriculture conditions. When exposed to combined drought and heat stress, soil microbial communities from the middle of the cropped interrow and from the conventional agriculture plot are more resistant and less resilient than those at and close to the tree row. Soil microorganisms strongly modify their C/N/P stoichiometric ratios in response to these climatic disturbances, either reversibly or not. This work shows that an agroforestry system is an agroecosystem inducing a strong, within-field plot, spatial heterogeneity in biological soil functioning and ecological stability of the soil, at a metric scale.