Microbial biomass and community as related to phosphorus availability in the rhizosphere of intercropped species

Le phosphore (P) est un nutriment majeur qui est souvent limitant pour la croissance des plantes dans les agro-écosystèmes mais le caractère non renouvelable des réserves en roches phosphatées rend urgente la nécessité de trouver une alternative aux fertilisants phosphatés et de mieux utiliser les ressources en P du sol. Dans ce contexte, l'objectif de ma thèse était d'élucider l'implication de processus rhizosphériques déterminant la disponibilité de P du sol dans des cultures associées céréale/légumineuse, et in fine l'acquisition de P par ces associations. Nous avons fait l'hypothèse que la facilitation de l'acquisition de P dans rhizosphère de ces cultures associées était la conséquence de processus microbiens, en lien avec des changements du carbone (C), de l'azote (N) et du P de la biomasse microbienne, ou de l'abondance de certains groupes microbiens spécifiques. Ma stratégie de recherche s'est donc focalisée sur les modifications de CNP de la biomasse microbienne et des communautés de microorganismes dans la rhizosphère de cultures associées relativement aux cultures pures correspondantes. Les effets de la fertilisation en P ou N et des modifications de pH en résultant en lien avec la fixation de N2 ont aussi été étudiés, à la fois au champ et en conditions contrôlées en microcosme de type rhizobox. Le blé dur et différentes espèces de légumineuses à graines ont été cultivées seules ou associées dans deux types de sols présentant des historiques de fertilisation différents. Dans une première expérience au champ avec un sol calcaire Méditerranéen présentant une forte disponibilité en P, nous avons montré que les cultures associées céréale/légumineuse pouvaient faciliter le recyclage de P en augmentant la biomasse microbienne et en modifiant sa stoechiométrie CNP dans la rhizosphère. Dans une seconde expérience au champ dans un essai de fertilisation P de longue durée, nous avons mis en évidence qu'une culture associée céréale/légumineuse pouvait augmenter le P de la biomasse microbienne à bas niveau de disponibilité en P et modifier les groupes microbiens susceptibles d'être impliqués dans le recyclage de P du sol. Enfin, nous avons conduit une expérience en rhizobox en conditions contrôlées avec le sol de cet essai de longue durée dans laquelle nous avons manipulé la disponibilité du nitrate, en vue d'évaluer les interactions des processus mentionnés plus haut et les modifications de pH induites par les racines dans la rhizosphère. En comparant la culture associée et les cultures pures correspondantes, nous avons obtenu des différences significatives de pH, de disponibilité en P, de CNP de la biomasse microbienne et de communautés de microorganismes dans la rhizosphère. Bien que ces modifications aient concerné un groupe de bactéries productrices de phytase, les relations causales entre les effets observés n'ont pu être établies. Une meilleure connaissance de tels processus devrait dans le futur nous permettre de définir des cultures associées performantes pour l'acquisition de P.Phosphorus (P) is a major nutrient that is often limiting plant growth in agroecosystems but phosphate rocks being a finite resource, there is an urgent need to find alternatives to P fertilizers and to better use soil P resources. In this context, the aim of my thesis was to elucidate the implication of rhizosphere processes determining the availability of soil P in cereal/legume intercropping systems, and ultimately the acquisition of P by these intercrops. We hypothesized that the facilitation of P acquisition in the rhizosphere in such intercrops was the consequence of microbially mediated processes, as evidenced by shifts of microbial biomass carbon (C), nitrogen (N) and P, or of specific microbial groups. Thus, my research strategy focused on root-induced changes of microbial biomass CNP and community in the rhizosphere of intercrops relative to the same crops grown alone. The effects of P or N fertilization and consequent pH changes as related to N2-fixation were also investigated, either in field experiments or in the controlled conditions of rhizobox microcosms. Durum wheat and different grain legume species were grown as sole crops and intercropped on two types of soils with different fertilization histories. In a first field trial in a calcareous, Mediterranean soil with high P availability, we demonstrated that cereal-legumes intercrops could be used to facilitate P cycling through increasing the microbial biomass and altering its CNP stoichiometry in the rhizosphere. In a second field experiment in a long term P fertilizer trial, we evidenced that a cereal-legume intercrop could increase the microbial biomass P at low P availability and modify microbial groups possibly involved in soil P cycling. Finally, we designed a rhizobox experiment in controlled conditions with soils of this long term trial where we manipulated nitrate availability, in order to assess the interactions of the above-mentioned processes with root-induced pH changes in the rhizosphere. When comparing intercrops and sole crops, we obtained significant differences of soil pH, P availability and microbial biomass CNP and community in the rhizosphere. Although such changes concerned phytase-producing bacteria, the causal relationships between the observed effects still need to be established. A better knowledge of such processes shall help designing more P-efficient intercropping systems in the future