Functional characterization of strategies of competition for above-ground and below-ground resources of a range of species from French West Indies banana systems : application to the biological regulation of weeds with cover plants

Les agroécosystèmes bananiers aux Antilles, longtemps menés en monocultures intensives, ont pris le virage d’une gestion agro-écologique depuis la mise en place du Plan Banane Durable en 2009. Pour atteindre l’objectif de diminution de l’utilisation des intrants chimiques, l’introduction de plantes de services (PdS) destinées à accomplir des services écosystémiques est à l’étude pour concilier au mieux les enjeux agronomiques et environnementaux. Parmi ces services, la régulation biologique des adventices par les PdS nécessite d’introduire des espèces ayant une bonne aptitude à la compétition pour la lumière vis-à-vis des adventices. Néanmoins la réalisation de ce service ne doit pas engendrer un dis-service vis à vis de la production agricole par les bananiers en provoquant une compétition pour les ressources minérales et hydriques du sol. Une bonne connaissance des processus de compétition aérienne et souterraine mis en place par les PdS est alors indispensable pour raisonner leur utilisation dans le système de culture. Nous avons choisi une approche par traits fonctionnels pour caractériser les espèces de cet agrosystème très anthropisé car l’étude exhaustive de processus écophysiologiques n’est pas adaptée pour le grand panel de plantes de services potentiellement utilisables. Nous faisons l’hypothèse qu’une combinaison de valeur de traits fonctionnels liés à l’acquisition et l’utilisation des ressources du milieu reflète une stratégie de compétition. Les objectifs de cette thèse sont de 1) caractériser un panel d’espèces de PdS potentielles et d’adventices ainsi que deux cultivars de bananiers selon des traits fonctionnels liés à l’acquisition et l’utilisation des ressources aériennes et souterraines, 2) identifier des stratégies de compétition sur la base des combinaisons de valeur de traits obtenus pour chaque espèce et 3) comparer les effets compétitifs des espèces en fonction de leur stratégie de compétition. Cette étude repose sur un travail bibliographique pour identifier les traits d’intérêts, une première expérimentation au champ pour caractériser la stratégie de compétition des différentes espèces par la mesure de traits fonctionnels sur des plantes isolées et en situation de ressources non limitantes et sur une deuxième expérimentation au champ pour caractériser les relations de compétition entre espèces en fonction de leur stratégie respective. L’analyse des résultats a permis de construire deux classifications des espèces en fonction de leur stratégie, l’une basée sur les traits de compétition pour la lumière et l’autre basée sur les traits de compétition pour les ressources du sol. Nos résultats ont permis de distinguer 4 stratégies de compétition aérienne pour la lumière (« ombrage », « obstruction », « étouffement faible », étouffement fort») et 4 stratégies de compétition souterraine pour les ressources du sol (« exploration », « occupation », « exploitation », « neutre »). Les espèces du panel ont été replacées sur les grands axes de différenciation d’espèces de l’écologie opposant des stratégies de conservation et de capture des ressources. Les résultats ne mettent pas en évidence de liens entre stratégies aériennes et souterraines. Ces classifications fonctionnelles peuvent être utilisées pour identifier les espèces les plus adaptées, a priori, au contrôle des adventices dans le système de culture bananier aux Antilles. L’utilisation de traits fonctionnels dans un contexte agronomique a permis d’acquérir une meilleure connaissance des aptitudes des espèces à la compétition et ouvre des perspectives quant à la création d’un outil d’aide au choix des espèces composant des couverts multi-espèces.Banana agro-ecosystems in the French West Indies have relied for a long time on intensive monocultures. A shift to agroecological management practices have been made since the “Plan Banane Durable” program in 2009. To achieve the aim of reducing the use of chemical inputs, the introduction of cover plants to deliver agroecosystem services under study to reconcile agronomic and environmental issues. These services include the biological control of weeds by cover plants which requires to introduce cover plant species with a good ability to compete for light towards weeds. However the introduction of cover plants should not cause a dis-service by reducing the production of bananas through a competition for mineral and water soil resources. A better knowledge of aboveground and belowground competition process by cover plants is then essential to reason their use in cropping systems. We chose an approach based on functional traits to characterize plant species from this very anthropized agroecosystem because an exhaustive study of the ecophysiological processes underlying competition is not suitable for a large panel of potentially useful cover plant species. We assume that a combination of values of functional traits related to the acquisition and use of resources reflects a strategy of competition. The objectives of this thesis were 1) to characterize a panel of potential cover plant and weed species as well as two banana cultivars according to functional traits related to the acquisition and use of aboveground and belowground resources, 2) identify competition strategies on the basis of the combinations of trait values obtained for each species and 3) comparing the competitive effects of the species as a function of their competition strategies. This study is based on a bibliographic work to identify traits of interest, a first field experiment to characterize the competition strategy of the different species by measuring functional traits on plants grown individually and in non-limiting resources conditions and a second field experiment to characterize the competitive relationships between species according to their respective competitive strategies. The analysis of the results allowed us to build two classifications of species according to their strategy, one based on competitive traits for light and the other one based on the competitive traits for soil resources. Our results allowed to distinguish four aboveground competition strategies for light ("shade", "obstruction," "smothering low”," strong smothering ") and four belowground competition strategies for soil resources (" exploration "," occupation "" exploitation, "" neutral "). The species of the panel were replaced on the main axes of differentiation between species in ecology opposing resource conservation and capture strategies. The results do not show links between aboveground and belowground strategies. These functional classifications can be used to identify the most qualified species, a priori, to be used in banana cropping systems of the French West Indies. The use of functional traits in an agronomic context enabled us to acquire a better knowledge of the species competition abilities and opens perspectives for the establishment of a decision-making tool for the choice of species to include in multi-species cover