Mécanismes sous-jacents à l'inhibition de la nitrification par les Poaceae : une approche en environnement contrôlé.

Mechanisms underlying the inhibition of nitrification by Poaceae: a controlled environment approach.

• Auteur / Autrice : Michael Torres
• Direction : Jean-Christophe Lata
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences écologiques et agronomiques
• Date : Inscription en doctorat le 25/10/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la nature et de l'Homme : évolution et écologie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d’écologie et des sciences de l’environnement de Paris (1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Ecologie intégrative : des mécanismes aux services écosystémiques (EMS)

Mots clés

Mots clés libres

Biologique

Inhibition

Nitrification

Poaceae

Biological

Inhibition

Nitrification

Poaceae

Résumé

Début 2021 a commencé un projet de recherche financé par l'ANR sur l'évaluation globale de l'inhibition biologique de la nitrification par les Poacées (Graminées) des écosystèmes de savane. Ce projet (appelé Gain-Grass) réunit comme partenaires principaux 4 laboratoires français, l'Université de Nangui Abrogoua en Côte d'Ivoire et le Centre international de recherche japonais en sciences agricoles (JIRCAS). Il est porté par le demandeur de ce sujet de thèse, Jean-Christophe Lata (qui n'a jamais encore bénéficié d'un financement de thèse à l'ED227). Ce projet est de 4 ans (mais il aura une prolongation d'un an pour cause Covid) et a un budget de 687 k€ mais pas de ligne budgétaire de thèse. La capacité des Poacées pérennes à inhiber la nitrification des sols par exsudation racinaire, un processus appelé Inhibition Biologique de la Nitrification (BNI), a été découverte pour la première fois dans les années 90 dans les savanes de Côte d'Ivoire (voir diverses références plus bas) par le porteur du projet. En limitant la production et donc les éventuelles pertes de nitrate par lixiviation et dénitrification, la BNI conduit à des écosystèmes plus conservateurs en azote (N) et avec moins d'émissions de N2O (puissant gaz à effet de serre). L'utilisation de ce procédé pour l'agriculture est très prometteuse car la BNI semble être présente chez différentes Poacées de pâturage et dans certaines variétés de différentes céréales (blé, sorgho…). Ainsi, elle pourrait participer à augmenter l'efficacité des engrais et réduire leur impact environnemental négatif. Cependant, à l'heure actuelle, on ne connaît pas l'occurrence de cette capacité à travers le monde parmi les Poacées tropicales ni les facteurs environnementaux qui déclenchent l'apparition, l'évolution et la réalisation de cette capacité. L'objectif du projet ANR est précisément de s'attaquer à ces problèmes suivant plusieurs axes : (1) Quelle est l'occurrence de la capacité BNI parmi les Poacées de savane tropicales à travers le monde? Cette capacité est-elle corrélée à des contraintes environnementales particulières? (2) Quels sont les mécanismes sous-jacents de la BNI, i.e. ses impacts sur les communautés microbiennes du sol, en particulier les groupes de nitrifiants, et les rétroactions BNI sur les plantes? (3) Les Poacées BNI peuvent-elles être utilisées comme culture de couverture pour accroître la durabilité de l'agriculture? (4) Quel est l'impact de la BNI sur le budget N des (agro) écosystèmes tropicaux? Le projet est basé sur des collaborations déjà initiées par le biais de plusieurs consortiums internationaux (en particulier l'International BNI Consortium basé au Japon). La thèse s'insère dans l'axe 2 de ce projet, et étudiera en milieu contrôlé (serre, mésocosmes) ces interactions en profitant des collaborations internationales et nationales du projet.

In early 2021, a research project funded by the ANR began on the global assessment of the biological inhibition of nitrification by Poaceae (Grasses) in savanna ecosystems. This project (called Gain-Grass) brings together as main partners 4 French laboratories, the University of Nangui Abrogoua in Côte d'Ivoire and the Japanese International Research Center in Agricultural Sciences (JIRCAS). The PI of the project is the applicant for this PhD subject, Jean-Christophe Lata (who has never yet benefited from thesis funding at ED227). This project is for 4 years (but it will have a one-year extension due to Covid) and has a budget of 687 k€ but no thesis budget line. The ability of perennial Poaceae to inhibit soil nitrification by root exudation, a process called Biological Inhibition of Nitrification (BNI), was first discovered in the 1990s in the savannas of Côte d'Ivoire (see various references below) by the project leader. By limiting the production and therefore the possible losses of nitrate by leaching and denitrification, BNI leads to ecosystems that are more conservative in terms of nitrogen (N) and with fewer emissions of N2O (a powerful greenhouse gas). The use of this process for agriculture is very promising because BNI seems to be present in different pasture Poaceae and in certain varieties of different cereals (wheat, sorghum, maize etc.). Thus, it could participate in increasing the efficiency of fertilizers and reducing their negative environmental impact. However, at present, the occurrence of this ability across the world among tropical Poaceae and the environmental factors that trigger the appearance, evolution and realization of this ability are not known. The objective of the ANR project is precisely to tackle these problems along several axes: (1) What is the occurrence of BNI capacity among tropical savanna Poaceae throughout the world? Is this capacity correlated with specific environmental constraints? (2) What are the underlying mechanisms of BNI, i.e. its impacts on soil microbial communities, in particular nitrifying groups, and BNI feedbacks on plants? (3) Can Poaceae BNI be used as a cover crop to increase the sustainability of agriculture? (4) What is the impact of BNI on the N budget of tropical (agro)ecosystems? The project is based on collaborations already initiated through several international consortia (in particular the International BNI Consortium based in Japan). The PhD fits into axis 2 of this project, and will study in a controlled environment (greenhouse, mesocosms) these interactions by taking advantage of the international and national collaborations of the project.