Etude des services et disservices abiotiques fournis par les Cultures Intermédiaires Multi-Services à implantation longue sur la réponse variétale du tournesol dans des conditions hydriques

Study of abiotic services and disservices provided by cover crops established over a long period on sunflower varietal response under contrasting water conditions

• Auteur / Autrice : Lucie Souques
• Direction : Lionel Alletto, Nicolas Langlade
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Développement des plantes, interactions biotiques et abiotiques
• Date : Soutenance le 09/12/2024
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• 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-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Grégory Dechamp-Guillaume
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Alletto, Nicolas Langlade, Grégory Dechamp-Guillaume, Maé Guinet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Delphine Moreau, Denis Vile

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Consommation

Changements climatiques -- Adaptation

Mots clés libres

Cultures intermédiaires multi-services

Tournesol

Variétés

Services écosystémiques

Changement climatique

Sécheresse

Cover crops

Sunflower

Varieties

Ecosystem services

Climate change

Drought

Résumé

Le tournesol (Helianthus annuus L.), considéré comme tolérant au déficit hydrique, est majoritairement cultivé dans les climats arides et semi-arides en conditions pluviales ou irriguées, et en climat tempéré principalement sans irrigation. Le tournesol est en effet cultivé dans des environnements soumis à des stress hydriques et thermiques, amplifiés par l’augmentation des températures et la diminution des précipitations en lien avec le changement climatique. L’amélioration ou le maintien de la productivité du tournesol peut passer par l’utilisation de variétés tolérantes au déficit hydrique mais aussi par l’insertion de cultures intermédiaires multi-services (CIMS) dans le système de culture. Les CIMS, implantées entre deux cultures principales, peuvent fournir des services écosystémiques, influençant la culture suivante. Les travaux de recherche conduits se concentrent sur i) les fonctions abiotiques fournies par des CIMS implantées sur une longue période à l’échelle d’une séquence de cultures CIMS-tournesol, ii) l’impact de CIMS sur l’implantation, le développement, la croissance et la productivité du tournesol dans une conduite technique à bas niveaux d’intrants, iii) les réponses des variétés de tournesol ayant des sensibilités contrastées au déficit hydrique précédées de diverses CIMS. Pour y répondre, nous avons mis en place une démarche couplant des expérimentations en conditions semi-contrôlées et au champ à de la modélisation à partir du modèle de culture STICS. Les CIMS implantées sur une longue période n'ont pas amplifié l'impact du déficit hydrique mais ont induit un stress azoté sur le tournesol en présence de graminées pures ou de mélanges de crucifères. Un choix de CIMS adaptées aux exigences en azote (N) de la culture du tournesol a permis d’augmenter le rendement du tournesol précédé de légumineuses pures de 10% par rapport au sol nu dans des conditions irriguées et de maintenir ses performances en présence de mélanges de légumineuses et non légumineuses par rapport au sol nu dans des conditions variables de limitation en eau. Dans le cas d’un déficit hydrique court au stade végétatif, les CIMS ont atténué de 40% la réduction de l’expansion foliaire comparé au sol nu, sans augmenter la transpiration. Toutefois, un déficit hydrique sévère en post-floraison a annulé l’effet positif des CIMS sur la productivité du tournesol. Dans des conditions limitantes en eau, le choix de variétés tolérantes au déficit hydrique peut améliorer les performances du tournesol précédé de CIMS. En effet, les variétés de tournesol ont réagi différemment à l'N libéré tardivement par les CIMS, ce qui a influencé la durée du remplissage des graines, et donc le rendement et la concentration en huile des graines. Enfin, le modèle de culture STICS a amélioré la compréhension de la succession CIMS-tournesol conduite à bas niveaux d’intrants, mais des efforts de développement doivent être poursuivis afin de mieux prédire la réponse du tournesol dans différentes conditions de limitation en eau.

Sunflower (Helianthus annuus L.), considered as drought-tolerant, is predominantly cultivated in arid and semi-arid climates under rainfed or irrigated conditions, and in temperate climates primarily without irrigation. Sunflower is indeed impacted by water and thermal stresses, exacerbated by rising temperatures and decreasing rainfall linked to climate change. Improving or maintaining sunflower productivity can be achieved through the use of drought-tolerant varieties as well as the introduction of cover crops (CCs) into the cropping system. Implanted between two main crops, CCs can provide ecosystem services that influence the following cash crop. The research conducted focuses on i) the abiotic functions provided by CCs established over a long period at the scale of a CC-sunflower crop sequence, ii) the impact of CCs on sunflower establishment, development, growth, and productivity under low-input management, iii) the responses of sunflower varieties with contrasting sensitivities to water deficit preceded by various CCs. To address these issues, we implemented an approach combining semi-controlled and field experiments with modelling based on the STICS crop model. CCs established over a long period did not exacerbate the impact of water deficit but induced nitrogen (N) stress on sunflower in the presence of pure grasses or crucifer mixtures. Selecting CCs that are compatible with the N requirements of sunflower increased sunflower yield by 10% when preceded by pure legumes compared to bare soil under irrigated conditions and maintained its performance in the presence of legume and non-legume mixtures compared to bare soil under varying water-limiting conditions. In the case of a short water deficit during the vegetative stage, CCs mitigated the reduction in leaf expansion by 40% compared to bare soil without increasing transpiration. However, a severe post-flowering water deficit cancels out positive effects of legume residues on yield productivity. Under water-limiting conditions, choosing drought-tolerant varieties can improve the performance of sunflower preceded by CCs. Indeed, sunflower varieties responded differently to late N released by CCs, which influenced the duration of seed filling, and thus yield and seed oil concentration. Finally, the STICS crop model enhanced the understanding of the CC-sunflower succession under low-input management, but further development efforts are needed to better predict sunflower responses under various water-limiting conditions.