Biodiversité des sols et services écosystémiques associés dans des systèmes de culture alternatifs stables et en transition - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2023

Soil biodiversity and associated ecosystem services in stable and transitional alternative cropping systems

Biodiversité des sols et services écosystémiques associés dans des systèmes de culture alternatifs stables et en transition

Abstract

Soil organisms play a key role in the functioning of agroecosystems. However, intensive agriculture causes a wide range of disturbances affecting soil biodiversity. The development of alternative systems relying on lower physical and chemical disturbances of soil, such as organic and conservation agriculture, could limit the impact of agriculture on soil organisms and improve associated ecosystem services. Yet, the effect of these systems on soil organisms remains poorly understood, both at long-term and during the transition period. In this context, the objective of this thesis is to characterize the effect of stable and transitional alternative systems on soil organisms and associated ecosystem services compared to conventional agriculture for field crops. This was addressed through samplings in 21 fields owned by farmers during two consecutive autumns (2020 and 2021) in order to study the density and taxonomic and functional diversity of soil organisms (meso- and macrofauna, microorganisms) and their interactions, and to measure soil functions associated to their activity in soil (litter decomposition, C and N mineralization, stabilization of the soil structure). The studied cropping systems were characterized by assessing practice intensity (tillage, pesticide treatments, fertilization). The obtained results show an overall positive effect of alternative systems on soil biodiversity, but this effect varied with years and taxa. Conservation agriculture has a positive effect on the density of several soil fauna groups, whereas organic agriculture has few significant effects but tends to promote microbial density. Transitory effects are observed within fields recently converted to these alternatives, such as an increase or a decrease in the density of some groups of organisms or differences in the community structure compared to initial and to stable alternative systems. Practice intensity provides more insight on the effect of cropping systems on soil biodiversity. Tillage is the main factor influencing the density, diversity and functional traits of soil organisms. A decrease in tillage intensity promotes the density and diversity of soil fauna and the interactions between soil organisms within the soil food web. Additionally, a literature review (i.e. meta-analysis) as well as in situ measurements of litter decomposition with litterbags demonstrated the main role of soil meso- and macrofauna in litter decomposition in agricultural soils. However, litter decomposition and other studied functions are influenced by cropping systems and practice intensity. Conservation agriculture and a low tillage intensity promote stable soil aggregates. Organic agriculture does not show significant effects, but a low pesticide treatment intensity may favor litter decomposition, and more organic matter inputs are related to a slower C and N mineralization. Thus, this work demonstrates the importance of taking into account soil biodiversity for the development of sustainable cropping systems.
Les organismes du sol jouent un rôle clé dans le fonctionnement des agroécosystèmes. Or, l'agriculture intensive exerce de nombreuses perturbations qui affectent la biodiversité des sols. Le développement de systèmes alternatifs basés sur de moindres perturbations physiques et chimiques du sol, tels que l'agriculture biologique et l'agriculture de conservation, pourrait permettre de minimiser l'impact de l'agriculture sur les organismes du sol et d'améliorer les services écosystémiques associés. Toutefois, l'effet de ces systèmes sur les organismes du sol est encore mal connu, que ce soit à long terme ou lors de la période de transition. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de caractériser l'effet des systèmes de culture alternatifs stables et en transition sur la biodiversité du sol et les services écosystémiques associés en comparaison à l'agriculture conventionnelle en grande culture. Afin de répondre à cet objectif, des prélèvements ont été réalisés sur 21 parcelles chez des agriculteurs durant deux automnes consécutifs (2020 et 2021), afin d'étudier la densité et la diversité taxonomique et fonctionnelle des organismes du sol (méso- et macrofaune, microorganismes) et leurs interactions, et de mesurer un ensemble de fonctions associées à leur activité dans le sol (décomposition de la litière, minéralisation du C et N, stabilisation de la structure). Les systèmes de cultures étudiés ont été caractérisés selon l'intensité des pratiques (labour, traitements phytosanitaires, fertilisation). Nos résultats montrent un effet positif des systèmes alternatifs sur la biodiversité du sol, mais qui varie selon les années et les groupes d'organismes. L'agriculture de conservation a un effet positif sur la densité de plusieurs groupes de la faune du sol tandis que l'agriculture biologique a peu d'effets significatifs mais tend à favoriser la densité des microorganismes. Des effets transitoires sont observés au sein des parcelles récemment converties vers ces systèmes alternatifs, tels qu'une augmentation ou une diminution de la densité de certains groupes d'organismes et des différences dans la structure des communautés par rapport au système d'origine et aux systèmes alternatifs stables. La prise en compte de l'intensité des pratiques permet de mieux caractériser l'effet des systèmes sur la biodiversité du sol. L'intensité du labour est le principal facteur d'influence de la densité, la diversité et des traits fonctionnels des organismes. Une diminution de l'intensité du labour favorise la densité et la diversité de la faune du sol et les interactions entre organismes au sein du réseau trophique du sol. D'autre part, une revue de la littérature (i.e. méta-analyse) ainsi que les mesures in situ à l'aide de sachets de litière ont mis en évidence le rôle majeur de la méso- et de la macrofaune du sol dans la décomposition de la litière en milieu agricole. Toutefois, la décomposition de la litière et les autres fonctions étudiées dans cette thèse sont influencées par les systèmes de culture et l'intensité des pratiques. L'agriculture de conservation et une faible intensité du labour favorisent la formation d'agrégats stables. L'agriculture biologique ne présente pas d'effet significatif mais une faible intensité des traitements phytosanitaires favorise la décomposition de la litière tandis qu'une augmentation des apports de matière organique est liée à une minéralisation plus lente. Ainsi, ce travail démontre l'importance de la prise en compte de la biodiversité du sol pour le développement de systèmes de culture durables.
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Cite

Juliette Chassain. Biodiversité des sols et services écosystémiques associés dans des systèmes de culture alternatifs stables et en transition. Ecologie, Environnement. Université Paris-Saclay, 2023. Français. ⟨NNT : 2023UPASB026⟩. ⟨tel-04102129⟩
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