Topic description
Les sols agricoles représentent la moitié de la surface en France métropolitaine. Ils jouent un rôle central dans la régulation de nombreuses fonctions impliquées dans les cycles de l'eau, du carbone et des nutriments. Leurs propriétés et les pratiques agricoles qui y sont conduites modifient leur capacité à réaliser ces fonctions. Une mauvaise gestion des agrosystèmes mène à la dégradation des fonctions du sol, qui se traduit par la diminution de leur performances agronomique, économique et environnementale. Au contraire, l'adaptation de pratiques aux environnements et contextes locaux spécifiques, assure la résilience des agrosystèmes face au changement climatique et à l'érosion de la biodiversité. Les pratiques agroécologiques (diversification des cultures, utilisation de couverts végétaux, etc.) sont des leviers importants de gestion des sols. Elles assurent un meilleur couplage des cycles de l'eau, du carbone et des nutriments, en favorisant plusieurs fonctions du sol comme le maintien de la structure physique, l'aération et l'infiltration de l'eau, le recyclage des matières organiques et la fourniture en nutriments, le stockage et la stabilisation du carbone. Une part importante de ces pratiques consiste à gérer la végétation (cultivée ou non) des agrosystèmes. En constante interaction avec le sol pendant et après leur cycle de vie, les plantes jouent en effet un rôle central. Leurs racines, par une multitude de processus directs, indirects et interdépendants contribuent fortement à ces fonctions.
L'objectif de cette proposition de thèse est d'étudier les contrôles directs et indirects exercés par les racines de cultures et plantes de service et leur litière, en fonction des espèces et des mélanges, sur la structure du sol et son maintien, la capacité d'infiltration de l'eau et de transfert des solutés, et le stockage et la stabilisation des matières organiques.
Les deux questions scientifiques que nous proposons d'aborder sont : 1) comment les propriétés des sols et les pratiques agronomiques, en particulier de biodiversification des cultures, travail du sol et fertilisation, contrôlent les systèmes racinaires, et 2) comment les racines et leur litière contrôlent les fonctions du sol au cours du temps ?
Nous souhaitons lever les verrous suivants : déterminer comment gérer les cultures et les plantes de services pour maximiser les effets bénéfiques de leurs systèmes racinaires sur les différentes fonctions du sol. Si les fonctions étudiées n'évoluent pas dans le même sens, évaluer quels compromis faire en fonction des contextes et pédoclimats.
Pour cela, les communautés végétales et microbiennes seront caractérisées (e.g., physiologie, traits fonctionnels), ainsi que les propriétés des sols. La capacité d'infiltration, la stabilité des agrégats et la porosité, le transferts des formes minérales de l'azote et du phosphore et des cations et anions, et la composition et stabilités des matières organiques seront quantifiées. Cette approche sera appliquée en fin de saison de croissance végétale, sur des sols soumis à différents usages (cultures annuelles, prairies, agroforesterie, viticulture) et différentes pratiques (fertilisation azotée, insertion de légumineuses, apports d'amendements organiques, enherbement des inter-rangs) provenant de sites expérimentaux long terme et d'exploitations viticoles partenaires. La variabilité intra-annuelle des interactions entre les racines et les fonctions du sol sera également étudiée. Elle se fera par répétition de cette approche au cours de l'année au sein d'un réseau de parcelles viticoles en région Occitanie, qui ont des gestions d'enherbement d'inter-rangs contrastées.
L'originalité de cette proposition réside dans l'étude d'une grande diversité de pédoclimats et et d'agrosystèmes, des contrôles exercés par les racines et leur litière sur de nombreuses fonctions des sols et dans l'évaluation de compromis entre fonctions du sol.
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Agricultural soils account for half of the land area in mainland France. They play a central role in regulating many functions involved in the water, carbon, and nutrient cycles. Their properties and the agricultural practices carried out on them alter their ability to perform these functions. Poor management of agrosystems leads to the degradation of soil functions, resulting in reduced agronomic, economic, and environmental performance. On the contrary, adapting practices to specific local environments and contexts ensures the resilience of agrosystems in the face of climate change and biodiversity loss. Agroecological practices (crop diversification, use of cover crops, etc.) are important levers for soil management. They ensure better coupling of water, carbon, and nutrient cycles by promoting several soil functions such as maintaining physical structure, aeration and water infiltration, recycling organic matter and supplying nutrients, and storing and stabilizing carbon. A significant part of these practices involves managing the vegetation (cultivated or otherwise) of agrosystems. Plants play a central role, interacting constantly with the soil during and after their life cycle. Their roots contribute significantly to these functions through a multitude of direct, indirect, and interdependent processes.
The objective of this thesis proposal is to study the direct and indirect controls exerted by the roots of crops and service plants and their litter, depending on the species and mixtures, on soil structure and maintenance, water infiltration and solute transfer capacity, and organic matter storage and stabilization.
The two scientific questions we propose to address are: 1) how do soil properties and agronomic practices, in particular crop biodiversification, tillage, and fertilization, control root systems, and 2) how do roots and their litter control soil functions over time?
We want to address the following issues: determining how to manage crops and service plants to maximize the beneficial effects of their root systems on different soil functions. If the functions studied do not evolve in the same direction, evaluating what trade-offs to make depending on the context and soil climate.
To do this, plant and microbial communities will be characterized (e.g., physiology, functional traits), as well as soil properties. Infiltration capacity, aggregate stability and porosity, transfers of mineral forms of nitrogen and phosphorus and cations and anions, and the composition and stability of organic matter will be quantified. This approach will be applied at the end of the growing season to soils subject to different uses (annual crops, grasslands, agroforestry, viticulture) and different practices (nitrogen fertilization, legume incorporation, organic amendments, inter-row grassing) from long-term experimental sites and partner vineyards. The intra-annual variability of interactions between roots and soil functions will also be studied. This will be done by repeating this approach throughout the year within a network of vineyard plots in the Occitanie region, which have contrasting inter-row grassing management practices.
The originality of this proposal lies in the study of a wide variety of pedoclimates and agrosystems, the control exerted by roots and their litter on numerous soil functions, and the evaluation of trade-offs between soil functions.
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Début de la thèse : 01/10/
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