Soil-plant interactions in a cereal-legume intercrop and effects on soil functioning

Dans un contexte de changement climatique et de nécessaire transition agro-écologique des agroécosystèmes, la diversité végétale est un levier important pour remplacer les intrants synthétiques par des régulations biologiques. Les associations céréales-légumineuses sont un des moyens d’augmenter la diversité végétale au sein des parcelles agricoles. Dans ce type de systèmes, les boucles de rétroaction entre le sol et les cultures associées sont méconnues, notamment par la complexité des processus pouvant se dérouler dans la zone de sol influencée par les racines, la rhizosphère, sous influence des ressources du sol affectant les interactions entre plantes. Dans ce contexte, la disponibilité de l’azote (N) pourrait modifier les interactions entre le sol et les cultures associées. Cette thèse avait donc pour objectif (i) d’évaluer si l’effet rhizosphère d’une association céréale-légumineuse peut être modifié par un gradient de N, et (ii) si un effet différentiel d’héritage (plant legacy) des associations sur le fonctionnement microbien des sols est perceptible à court terme, en considérant la réponse des microorganismes du sol à un stress thermique. Pour répondre à ces objectifs, le blé tendre (Triticum aestivum) et le lupin blanc (Lupinus albus) ont été cultivés seuls ou en association en condition contrôlées avec 3 niveaux de N minéral à partir d’un sol méditerranéen. Nos résultats ont montré que notre gradient de N a eu un effet significatif sur quelques paramètres de la rhizosphère de l’association blé-lupin, comparativement aux cultures pures. Au cours d’un cycle de culture, l’association blé-lupin a été capable de maintenir voire d’améliorer le fonctionnement du sol, comparativement à l’une des deux cultures pures, même dans les conditions les plus fertilisées. Ce travail a mis en exergue que les processus rhizosphériques ayant lieu au sein de l’association blé-lupin sont à l’origine des effets observés, montrant l’importance du compartiment rhizosphère pour produire des effets d’héritage positifs (positive plant legacy effects), pouvant s’étendre au sol entier, une fois les plantes récoltées. Nous avons également montré que l’effet d’héritage produit à court terme par l’association peut également se traduire par une meilleure stabilité d’activités microbiennes liées aux cycles du carbone et de l’azote, face à un stress thermique. Enfin, les résultats de cette thèse suggèrent que les effets d’héritage positifs à court terme peuvent être un levier d’adaptation des agroécosystèmes méditerranéens au changement climatique sous conditions d’une gestion de la fertilisation adaptée.In a context of climate change and necessary agro-ecological transition, plant diversity can be an important lever to replace synthetic inputs by biological regulations. Cereal-legume intercrops are promising in this context, but in such agricultural systems, plant-soil feedbacks have to be better understood, and in particular the processes occurring in the rhizosphere, the narrow volume of soil under influence of root activities and resource availability. Hence, under cereal-legume intercrops, nitrogen (N) availability could mediate soil-plant interactions. Our goals were to (i) evaluate if rhizosphere effects of a cereal-legume intercrop are modified by a soil mineral N gradient and (ii) to identify a possible plant legacy of intercropping on soil microbial functioning in terms of resistance and resilience after a heat stress. To address these objectives, wheat (Triticum aestivum) and white lupin (Lupinus albus) were grown alone or intercropped along a soil mineral N gradient on a Mediterranean soil, under controlled conditions. The N gradient did alter some rhizosphere effects of the intercrops. Within one growth cycle, intercrop was able to maintain and in some extent to improve the soil functioning relative to sole crops. We demonstrated that rhizosphere processes are able to induce plant legacies after disappearance of the intercrops. Indeed, we also estimated that resistance and resilience of some microbial process related to carbon and nitrogen cycles were improved under intercrops after a heat stress. Finally, we suggest that positive plant legacies under intercrops may contribute to adaptation of Mediterranean agriculture to the climate change, but fertilization have to be better investigated for its effect on plant legacies