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Theses Year : 2015

Ecosystem services provided by frost-sensitive legumes introduced as living mulches in winter oilseed rape : experimental assessment and functional analysis

Services écosystémiques rendus par des légumineuses gélives introduites en tant que plantes de service dans du colza d'hiver : évaluation expérimentale et analyse fonctionnelle

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Mathieu Lorin
  • Function : Author

Abstract

The simplification of cropping systems has led to an increase in the consumption of chemical inputs, winter oilseed rape being one of the most emblematic crop of this trend. The introduction of frost-sensitive legume living mulches would potentially improve the crop performances by providing two ecosystem services: weed regulation and biological nitrogen supply to the cash crop during spring. However, the introduction of these species could increase the interspecific competition, leading to a decrease in winter oilseed rape performances.The aims of this work were i) to quantify the ability of legume living mulches to supply these ecosystem services, in various environmental conditions, in relation to the oilseed rape performances ii) to analyse the mechanisms involved and iii) to identify the explicative legume functional traits. From a two-years experimental assessment, we compared seven candidate legume species (and three legume mixtures), intercropped with winter oilseed rape, in contrasted levels of soil mineral nitrogen availability.Results show that the presence of legume living mulch generally led to a significant decrease in the weed abundance and biomass in autumn to up to 75% for the most efficient species, without damaging the rape performances. The presence of the legume dead mulch during the following spring led to higher amount of nitrogen uptake in the winter oilseed rape (until 40 kgN.ha-1more in comparison to the sole crop). This nitrogen bonus was mainly explained by higher mineralisation from legume residues but also by other facilitation mechanisms such as a better nitrogen use efficiency. Finally, simple functional traits, related to the legume radiation interception ability during the autumn and some mulch physico-chemical traits were identified and led to a better understanding of the legume performances and the competition/facilitation mechanisms involved.
Le colza d'hiver est une culture emblématique de la simplification des systèmes de culture pour laquelle la consommation d'intrants est très importante. L'introduction de légumineuses gélives en tant que plantes de service dans une culture de colza d'hiver pourrait constituer une voie d'amélioration possible des performances de la culture via la fourniture de deux services écosystémiques : la régulation des adventices et la fourniture d'N au colza au printemps. Cependant, l'insertion de plantes supplémentaires dans le couvert pourrait accroître la compétition et affecter les performances du colza.Ce travail de thèse a ainsi visé à i) quantifier les potentialités offertes par ces plantes de service pour fournir ces deux services écosystémiques, dans une diversité de situations culturales, en relation avec les performances du colza, ii) analyser les mécanismes mis en jeu, et iii) identifier les traits fonctionnels des légumineuses qui les déterminent. Grâce à une expérimentation factorielle mise en place au cours de deux campagnes culturales, nous avons ainsi comparé sept espèces de légumineuses candidates et trois mélanges de légumineuses, associés au colza, dans des situations contrastées de disponibilité initiale du sol en azote.Nos résultats montrent que l'introduction des légumineuses a conduit à une réduction de la quantité d'adventices au cours de l'automne, qui peut atteindre 75% pour les espèces les plus efficaces, sans toutefois dégrader les performances du colza en terme d'azote absorbé pendant l'automne. Au cours du printemps suivant la destruction des légumineuses, les colzas associés à des légumineuses ont absorbé plus d'azote en moyenne (jusqu'à 40 kgN.ha-1 en plus par rapport au colza non associé). La minéralisation de l'azote contenu dans le mulch de légumineuses a constitué la source majeure de ce bonus d'N absorbé. Toutefois, d'autres mécanismes de facilitation (amélioration de l'efficience d'utilisation de l'N notamment) ont été observés. Enfin, des traits fonctionnels simples traduisant la compétitivité des légumineuses vis-à-vis de l'interception du rayonnement durant l'automne ainsi que des traits caractérisant les propriétés physico-chimiques des mulchs ont été identifiés et permettent de comprendre les performances obtenues pour chaque espèce et chaque service ainsi que certains mécanismes de compétition/facilitation mis en jeu.
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Cite

Mathieu Lorin. Services écosystémiques rendus par des légumineuses gélives introduites en tant que plantes de service dans du colza d'hiver : évaluation expérimentale et analyse fonctionnelle. Sciences agricoles. AgroParisTech, 2015. Français. ⟨NNT : 2015AGPT0067⟩. ⟨tel-03632992⟩
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