Offre de thèse de doctorat en biogéochimie des sols agricoles

Contexte du recrutement et définition de poste :

Contexte

Dans un contexte de changement climatique et d’insécurité alimentaire croissants, l’augmentation de la teneur en matière organique dans les sols agricoles est un défi majeur. Ceci permet en effet à la fois de réduire la dépendance des agrosystèmes aux fertilisants minéraux et de séquestrer du carbone (C) dans les sols, compensant en partie l’émission de gaz à effet de serre tel que le CO2 et atténuant ainsi le réchauffement planétaire1. L’enjeu essentiel pour les sols de grandes cultures est de les faire basculer d'un statut de déstockage à un statut de stockage en C. Deux leviers peuvent être utilisés pour réaliser cette inversion des trajectoires de séquestration du C : (i) augmenter les apports directs de C organique frais au sol ; (ii) favoriser la stabilisation du C organique dans le sol. Le défi à relever est donc de développer des systèmes de culture capables de combiner ces leviers tout en maintenant une production économiquement viable2.

L’un des moyens pour favoriser le stockage de C dans les sols repose sur la rhizodéposition, c’est-à-dire l’apport de matière organique fraîche au sol par les plantes via leurs racines vivantes3. La rhizodéposition a ainsi été identifié comme une source majeure de formation de la matière organique du sol, notamment la fraction stabilisée par interaction avec les minéraux réactifs du sol3. La sélection variétale des plantes de grandes cultures basée sur la capacité des variétés testées à approvisionner le sol en C frais via la rhizodéposition représente ainsi une voie prometteuse pour promouvoir le stockage de C organique dans les sols agricoles. Néanmoins, la rhizodéposition peut également promouvoir la minéralisation du carbone organique du sol, en déstabilisant les association organo-minérales4 ou par stimulation des décomposeurs5. L’effet global sur le bilan net de gain/perte de carbone organique dans les sols reste encore mal connu6.

Objectif de la thèse

L’objectif de cette thèse de doctorat sera de tester l’effet de deux variétés de sorgho contrastées en termes de flux de rhizodéposition sur la dynamique de la matière organique dans un aérosol. Elle sera composée de trois études complémentaires :

1. Une étude ex situ basée sur un marquage 13C de plants de sorgho réalisée au laboratoire suivie d’incubations en conditions contrôlées au laboratoire ECODIV permettant de mesurer l’effet des racines vivantes sur les processus de minéralisation du C et de l’azote issus de la matière organique du sol via le phénomène de ‘rhizosphere priming effect’6–8.
2. Une étude terrain réalisée au basée sur une méthode de substitution C3-C49 couplé à des mesures isotopiques 13C/14C10 qui visera à déterminer la formation de C nouveau issu du sorgho, la quantité et l’âge du C natif minéralisé, ainsi que le bilan net des gains/pertes de C du sol à l’échelle de la saison de végétation. L’effet des variétés de sorgho à la rhizodéposition contrastée sera testé en interaction avec l’ajout de minéraux réactifs pouvant favoriser le stockage de C dans le sol.
3. Une étude prospective basée sur une modélisation numérique de la dynamique du carbone organique du sol via le modèle AMG11,12. Les données de l’étude terrain seront utilisées pour prédire sur plusieurs décennies le stockage du carbone du sol induit par la culture du sorgho en fonction de différentes trajectoires climatiques.

Bibliographie

4. Paustian, K. et al. Climate-smart soils. Nature 532, 49–57 (2016).
5. Alamos, S. & Shih, P. M. How to engineer the unknown: Advancing a quantitative and predictive understanding of plant and soil biology to address climate change. PLOS Biol. 21, e3002190 (2023).
6. Villarino, S. H., Pinto, P., Jackson, R. B. & Piñeiro, G. Plant rhizodeposition: A key factor for soil organic matter formation in stable fractions. Sci. Adv. 7, eabd3176 (2021).
7. Keiluweit, M. et al. Mineral protection of soil carbon counteracted by root exudates. Nat. Clim Change 5, 588–595 (2015).
8. Cheng, W. X. & Kuzyakov, Y. Root effects on soil organic matter decomposition. in Roots and soil management: interactions between roots and the soil (eds. Zobel, R. W. & Wright, S. F.) 119–143 (American Society of Agronomy, Crop Science Society of America, Soil Science Society of America, Madison, USA, 2005).
9. Dijkstra, F. A., Zhu, B. & Cheng, W. Root effects on soil organic carbon: a double-edged sword. New Phytol. 230, 60–65 (2020).
10. Cheng, W. et al. Synthesis and modeling perspectives of rhizosphere priming. New Phytol. 201, 31–44 (2014).
11. Henneron, L., Kardol, P., Wardle, D. A., Cros, C. & Fontaine, S. Rhizosphere control of soil nitrogen cycling: a key component of plant economic strategies. New Phytol. 228, 1269–1282 (2020).
12. Balesdent, J. & Mariotti, A. Measurement of soil organic matter turnover using 13C natural abundance. in Mass spectrometry of soils. (eds. Boutton, T. W. & Yamasaki, S. I.) 83–111 (1996).
13. Ndour, P. M. S., Hatté, C., Achouak, W., Heulin, T. & Cournac, L. Rhizodeposition efficiency of pearl millet genotypes assessed on a short growing period by carbon isotopes (δ13C and F14C). SOIL 8, 49–57 (2022).
14. Clivot, H. et al. Modeling soil organic carbon evolution in long-term arable experiments with AMG model. Environ. Model. Softw. 118, 99–113 (2019).
15. Kanari, E. et al. A robust initialization method for accurate soil organic carbon simulations. Biogeosciences 19, 375–387 (2022).

Profil recherché :

Profil du candidat

Le ou la candidat(e) devra être titulaire d'un Master 2 recherche avec une expérience significative dans un laboratoire de recherche. Il (elle) devra posséder de bonnes bases théoriques dans une ou plusieurs des spécialités suivantes : biogéochimie, science des sols/pédologie, écologie fonctionnelle. Il (elle) devra maitriser des outils statistiques sous R et d'excellente capacité rédactionnelle et orale en anglais. Des compétences en termes de modélisation numérique et une aptitude au travail de laboratoire et de terrain seront aussi appréciées.

Aspects pratiques

Période: 3 ans sur la période Octobre 2025/Octobre 2028

Lieu: Laboratoire, Bâtiment Blondel, place Emile Blondel, UFR Sciences et Techniques, Université de Rouen Normandie F-76821 Mont Saint Aignan cedex, France

Financement: Le fonctionnement et le salaire de la thèse seront assurés par le projet RhizoSeqC ()