Evaluation des services et dis-services écosystémiques rendus par les cultures intermédiaires multi-services et par la biofumigation pour améliorer la productivité du tournesol

Assessment of ecosystem services and dis-services provided by cover crops and biofumigation to improve sunflower productivity

• Auteur / Autrice : Neila Ait Kaci Ahmed
• Direction : Grégory Dechamp-Guillaume, Célia Seassau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agrosystèmes, Écosystèmes et Environnement
• Date : Soutenance le 06/10/2022
• 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 : Philippe Debaeke
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Grégory Dechamp-Guillaume, Célia Seassau, Philippe Debaeke, Aurélie Metay, Delphine Moreau, Muriel Valantin-Morison
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurélie Metay, Delphine Moreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cultures intermédiaires pièges à nitrates

Produits oléagineux

Tournesol

Mots clés libres

Verticillium dahliae

Orobanche cumana

Helianthus annuus

Brassicacées

Fabacées

Verticillium dahliae

Orobanche cumana

Helianthus annuus

Brassicaceae

Fabaceae

Résumé

Le tournesol présente des atouts agro-écologiques (économe en intrants, tolérant à la sécheresse) et occupe une place importante parmi les cultures oléagineuses. La culture est semée après une interculture pendant laquelle le sol reste sans couverture, ce qui peut l’exposer à une lixiviation de nutriments. Aussi, deux bioagresseurs telluriques de la culture (Verticillium dahliae et Orobanche cumana) sont en expansion. L’interculture pourrait être valorisée par l’implantation de cultures intermédiaires multi-services (CIMS), telles que des Brassicacées pour leurs effets pièges à nitrates et leurs propriétés allélopathiques, qui permettent une production de molécules au potentiel biocide, notamment lors de son broyage et de son enfouissement (biofumigation). De plus, des Fabacées peuvent enrichir le sol en nitrates. Leur association pourrait induire une mutualisation de ces effets. L’objectif de la thèse était d’évaluer des services écosystémiques fournis par l’introduction de Brassicacées ou une Fabacée, seules ou associées, et de la biofumigation sur le tournesol. De potentiels dis-services sur des communautés microbiennes d’intérêt agronomique ont aussi été étudiés. Les CIMS choisies étaient la moutarde brune, le radis fourrager, la navette fourragère et la vesce du Bengale. Les expérimentations menées au laboratoire qui visaient à exposer V. dahliae et O. cumana à des broyats ont mis en évidence des régulations du développement du V. dahliae sur milieu de culture grâce aux Brassicacées et de la germination d’O. cumana (effet prédominant de la moutarde brune) et des effets plus variables des broyats sur le nombre de fixations ou d’émergences d’Orobanche. Au champ, la régulation de la Verticilliose est plus variable. Le radis fourrager semble être la CIMS la plus prometteuse pour lutter contre cette maladie, avec une réduction des dégâts ayant atteint 40% en 2016. Cependant, cette régulation pourrait dépendre de différents facteurs (météorologiques et techniques). Les effets des CIMS sur les quantités d’azote dans le sol et des rendements, en comparaison au sol nu, sont également variables en fonction des années et des CIMS. Une augmentation de l’azote (+50 kg.N.ha-1) a été observée en 2019, suite à de la vesce du Bengale. Une augmentation du rendement du tournesol a été observée (+0.7 t.ha-1) suite à la vesce du Bengale en 2020, mais des réductions (-0.5 à -0.6 t.ha-1) sont également à noter suite à un mélange. Aucun dis-service à l’égard de communautés microbiennes n’a été identifié durant ce travail de thèse. Les CIMS et la biofumigation, en particulier le radis fourrager ou la vesce du Bengale, auraient le potentiel de fournir des services écosystémiques, mais leur expression dépend des conditions météorologiques et de l’itinéraire cultural mis en place. Des travaux sont nécessaires afin de confirmer les effets observés, et pourraient s’appuyer sur une plus large diversité d’espèces et de variétés de radis, de vesces ainsi que de tournesols à évaluer. Des validations au sein de réseaux d’expérimentation chez des agriculteurs pourraient aussi être envisagées.

Sunflower has agro-ecological benefits (low input, drought tolerant) and is an important oilseed crop. The crop is sown after an fallow period during which the soil remains uncovered, which can expose it to nutrient leaching. Also, two soilborne pests of the crop (Verticillium dahliae and Orobanche cumana) are expanding. Fallow period could be enhanced by sowing cover crops, such as Brassicaceae for their nitrate catching effects and allelopathic properties, which allow for the production of molecules with biocidal potential, especially during crushing and burial (biofumigation). In addition, Fabaceae can enhance nitrogen level in the soil. Their association could lead to a mutualisation of these effects. The objective of the thesis was to evaluate the ecosystem services provided by the introduction of Brassicaceae or a Fabaceae, as sole crop or as mixtures, and biofumigation on sunflower. Potential dis-services on microbial communities of agronomic interest were also studied. The selected cover crops were brown mustard, forage radish, turnip rape and purple vetch. Laboratory experiments involving exposure of V. dahliae and O. cumana to grinded tissues showed regulation of V. dahliae development on culture medium by Brassicaceae and of O. cumana germination (predominant effect of brown mustard) and more variable effects of grinded tissues on the number of Orobanche attachments or emergences. In the field, the regulation of Verticillium wilt is more variable. Fodder radish seems to be the most promising cover crop to control this disease, with a reduction in damage reaching 40% in 2016. However, this control could depend on different factors (meteorological and technical). The effects of cover crops on soil nitrogen levels and yields, compared to bare soil, are also variable depending on the year and the species of cover crops. An increase in nitrogen (+50 kg.N.ha-1) was observed in 2019, following purple vetch. An increase in sunflower yield was observed (+0.7 t.ha-1) following purple vetch in 2020, but reductions (-0.5 to -0.6 t.ha-1) were also noted. Finally, no dis-service to microbial communities was identified during this thesis work. Cover crops and biofumigation, in particular fodder radish or purple vetch, have the potential to provide ecosystem services, but their expression depends on the weather conditions and the crop itinerary. Further research is needed to confirm the observed effects, and could be based on a wider diversity of species and varieties of radish, vetch and sunflower to be evaluated. Validations within experimental networks of farmers could also be envisaged.