Architecture et mise à fruit du pommier en système agroforestier - Couplage entre développement architectural, floraison, fructification et flux xylèmien.

Architecture and fruiting of the apple tree in agroforestry system - Linking architectural development, flowering and xylem flow.

• Auteur / Autrice : Benjamin Pitchers
• Direction : Pierre-Eric Lauri, Frédéric Dô
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie Fonctionnelle et Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 02/04/2021
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ABSys - Agroécosystèmes Biodiversifiés
• Jury : Président / Présidente : Gerhard Buck-Sorlin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Eric Lauri, Frédéric Dô, Gerhard Buck-Sorlin, Luca Corelli Grapadelli, Béatrice Denoyes-Rothan, Alexia Stokes, María Rosa Mosquera Losada
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luca Corelli Grapadelli, Béatrice Denoyes-Rothan

Mots clés

Mots clés libres

Agroforesterie

Pommier

Architecture

Ombre

Flux de sève

Floraison

Agroforestry

Apple tree

Architecture

Shade

Sap flow

Flowering

Résumé

Les systèmes agroforestiers structurés autour des arbres fruitiers pour la production de fruits frais sont encore peu développés dans les zones tempérées. Cette étude est basée sur l'idée que l'arbre fruitier peut être intégré dans des systèmes agroforestiers multi-strates où il serait cultivé avec des arbres à bois d'œuvre occupant la strate supérieure et des arbustes et/ou des plantes herbacées dans la strate inférieure. Outre la production de fruits frais, ces systèmes combineraient alors différents services agro-écosystémiques sur une période plus longue (production de bois d'œuvre) ou plus courte (éventuellement production de bois-énergie ; régulation des parasites et/ou enrichissement du sol en azote). Outre l'intérêt potentiel d'une biodiversité végétale ainsi gérée, visant à réduire la dépendance aux pesticides, ces systèmes seraient potentiellement intéressants dans la zone méditerranéenne afin de limiter les effets néfastes d'un rayonnement estival excessif (température et lumière) sur l'arbre fruitier qui entraine des stress photo-oxydatifs au niveau foliaire et des brulures sur fruit.L'étude se concentre sur une espèce fruitière tempérée majeure aux niveaux national et mondial, le pommier. La parcelle expérimentale est située sur le domaine des Restinclières (UMR SYSTEM, Montpellier), où des pommiers ont été plantés en 2016 à différentes distances des noyers plantés en 1998, établissant ainsi un gradient de compétition pour la lumière ainsi que pour l'eau et les éléments minéraux. L'objectif général est d'acquérir une connaissance détaillée du développement architectural de l'arbre, de sa floraison et de la qualité de sa fructification, le long de ces gradients de compétition. Le travail se concentre sur trois actions : (i) définir un indicateur pour caractériser l'environnement de chaque pommier dans cet agrosystème complexe, (ii) analyser à l'échelle de l'arbre l'impact de l'agroforesterie sur les caractéristiques morphologiques, phénologiques et architecturales, et (iii) analyser le flux de sève quotidien et annuel en fonction des variables environnementales et en relation avec les caractéristiques architecturales susmentionnées.Notre hypothèse est que le gradient de compétition induit par notre agrosystème, en particulier pour la lumière, entraîne une désynchronisation phénologique chez les pommiers et des variations dans l'allocation des ressources entre les compartiments végétatif et reproductif de l'arbre et affecte la production de fruits. Ce travail a montré que la prise en compte de la lumière, considérée comme le facteur limitant, était plus pertinente pour caractériser chaque pommier que l'indice de surpopulation traditionnel dépendant de la distance. En utilisant la lumière comme variable pour analyser nos données architecturales, nous avons montré que les pommiers exprimaient effectivement des traits d'évitement de l'ombre affectant la morphologie (diminution de la saillie et augmentation de l'élancement et de la surface spécifique des feuilles), l'architecture (moins de pousses en croissance et proportion de grappes de fleurs) et la phénologie (nombre réduit de jours à pleine floraison). Enfin, nous avons montré que le flux de sève, l'utilisation de l'eau et la transpiration par unité de surface foliaire étaient affectés par des variables environnementales (déficit de pression de vapeur et l'évapotranspiration de référence). L'ombre n'a pas modifié la dynamique quotidienne du flux de sève des pommiers et a réduit l'eau et la transpiration par unité de surface foliaire, principalement en raison d'une valeur de Huber réduite (rapport entre la surface de bois de sève et la surface foliaire) dans nos conditions expérimentales. Une réduction de la surface foliaire ou simplification de l'architecture du pommier (réduction du nombre de ramifications) a diminué la transpiration par unité de surface foliaire pendant l'été.

Agroforestry systems structured around fruit trees for the production of fresh fruit is still under-developed in temperate zones. This study is based on the idea that the fruit tree can be integrated into multi-strata agroforestry systems where it would be grown with timber trees occupying the upper stratum and shrubs and/or herbaceous plants in the lower stratum. In addition to the production of fresh fruit, such systems would then combine different agro-ecosystem services over a longer period of time (timber production) or over shorter periods of time (possibly wood-energy production; regulation of pests and/or nitrogen enrichment of the soil). Beside the potential interest of plant biodiversity managed in this way, aimed at reducing dependence on pesticides, these systems would be potentially interesting in the Mediterranean area in order to limit the harmful effects of excessive summer radiation (temperature and light) on the fruit tree that cause photo-oxidative stress at the foliar level and fruit sunburns.The study focuses on a major temperate fruit species at the national and world scales, the apple tree. The experimental plot is located at the Restinclières estate (UMR ABSys, Montpellier), where apple trees were planted in 2016 at different distances from 21-year-old walnut trees, thus establishing a competition gradient for light as well as for water and mineral elements. The general objective wass to acquire a detailed knowledge of the tree architectural development, its flowering and fruit-set, along these competition gradients. The work focuses on three actions: (i) defining an indicator to characterize each apple tree environment in this complex agrosystem, (ii) analyse at the tree scale the impact of agroforestry on architectural, morphological and phenological traits, and (iii) analysing the daily and annual sap flow with regard to environmental variables.Our hypothesis is that the competition gradient induced by our agrosystem, especially for light, leads to phenological desynchronization in apple trees and variations in resource allocations between the vegetative and reproductive compartments of the tree and affect fruit set. This work has shown that considering light, hypothesized as the limiting factor, was more relevant to characterize each apple trees than usual distance-dependent crowding index. Using the light as a variable to analyse our architectural data, we have shown that apple trees did express shade avoidance traits affecting morphology (decreased tapper, and increased slenderness and specific leaf area), architecture (fewer growing shoots and proportion of flower clusters) and phenology (reduced number of days at full bloom). Finally, we have shown that sap flow, water use and transpiration per unit of leaf area was affected by environmental variables (vapour pressure deficit and reference evapotranspiration). Shade did not change apple trees sap flow daily dynamics and reduced water and transpiration per unit of leaf area mainly as a consequence of a reduced Huber value (ratio of sap wood area on leaf area) in our experimental conditions. A shade related decrease in leaf area or in the number of ramification was correlated to a decrease in transpiration per unit of leaf area during the summer.