Jean-François Vian. To cite this version: HAL Id: pastel

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1 Comprison of different tillge systems in orgnic frming : effect of soil structure nd orgnic mtter reprtition on soil micro-orgnisms nd their ctivities of cron nd nitrogen minerliztion Jen-Frnçois Vin To cite this version: Jen-Frnçois Vin. Comprison of different tillge systems in orgnic frming : effect of soil structure nd orgnic mtter reprtition on soil micro-orgnisms nd their ctivities of cron nd nitrogen minerliztion. Sciences of the Universe [physics]. AgroPrisTech, English. <NNT : 2009AGPT0004>. <pstel > HAL Id: pstel Sumitted on 27 Jul 2009 HAL is multi-disciplinry open ccess rchive for the deposit nd dissemintion of scientific reserch documents, whether they re pulished or not. The documents my come from teching nd reserch institutions in Frnce or rod, or from pulic or privte reserch centers. L rchive ouverte pluridisciplinire HAL, est destinée u dépôt et à l diffusion de documents scientifiques de niveu recherche, puliés ou non, émnnt des étlissements d enseignement et de recherche frnçis ou étrngers, des lortoires pulics ou privés.

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3 N / / / / / / / / / / / T H È S E pour otenir le grde de Docteur de l Institut des Sciences et Industries du Vivnt et de l Environnement (Agro Pris Tech) Spécilité : Agronomie présentée et soutenue puliquement pr VIAN Jen-Frnçois le 23 jnvier 2009 COMPARAISON DE DIFFERENTES TECHNIQUES DE TRAVAIL DU SOL EN AGRICULTURE BIOLOGIQUE : EFFET DE LA STRUCTURE ET DE LA LOCALISATION DES RESIDUS SUR LES MICROORGANISMES DU SOL ET LEURS ACTIVITES DE MINERALISATION DU CARBONE ET DE L'AZOTE Directeur de thèse : Jen ROGER-ESTRADE Codirecteurs de thèse : Joséphine PEIGNE et Rémi CHAUSSOD INRA, UMR 1229 Microiologie du Sol et de l'environnement, F Dijon Devnt le jury : M. Denis ANGERS, Professeur ssocié, AGROCAMPUS OUEST Rpporteur M. Michel ARAGNO, Professeur, UNIVERSITE NEUCHATEL Rpporteur M. Antonio BISPO, Ingénieur de recherche, ADEME Exminteur M. Rémi CHAUSSOD, Directeur de recherche, INRA Encdrnt Mme Joséphine PEIGNE, Enseignnte-chercheuse, ISARA Lyon Encdrnte M. Guy RICHARD, Directeur de recherche, INRA Exminteur M. Jen ROGER-ESTRADE, Professeur, AgroPrisTech Directeur de thèse L Institut des Sciences et Industries du Vivnt et de l Environnement (Agro Pris Tech) est un Grnd Etlissement dépendnt du Ministère de l Agriculture et de l Pêche, composé de l INA PG, de l ENGREF et de l ENSIA (décret n du 13 décemre 2006)

4 Comprison de différentes techniques de trvil du sol en griculture iologique : effet de l structure et de l loclistion des résidus sur les microorgnismes et leurs ctivités de minérlistion du crone et de l zote Résumé Depuis quelques décennies, le lour, comme mode de trvil du sol, tend à diminuer u profit de différents modes de préprtion du sol, llnt du trvil du sol réduit sns retournement jusqu'u semis direct. De tels modes lterntifs de trvil du sol méritent une étude pprofondie vnt leur diffusion en griculture iologique (AB) cr ils peuvent occsionner des prolèmes de nutrition des cultures et une dégrdtion de l structure du sol u cours des premières nnées de leur ppliction. L'ojectif de ce trvil donc été d'étudier à court terme (< 5 ns) les modifictions que génèrent l'doption de différentes techniques de trvil du sol en AB sur l structure du sol, l réprtition des résidus de culture et des microorgnismes u sein du profil culturl, puis d'en évluer les conséquences sur l minérlistion potentielle du crone et de l'zote. Pour cel, le trvil s est ppuyé sur deux dispositifs gronomiques mis en plce l un sur sol lluvil sleux (Lyon), l utre sur sol limoneux de Bretgne (Kerguéhennec) pour comprer les effets de qutre modes de trvil du sol : lour trditionnel, lour "gronomique", trvil réduit et superficiel. Dns chcun de ces sites, des prélèvements ont été rélisés à prtir de l'oservtion des profils culturux u sein de zones compctées (mottes ) et non compctées (mottes Γ) à différentes profondeurs correspondnt ux limites de trvil des outils étudiés. Cette strtégie d'échntillonnge permis de relier l structure du sol u fonctionnement microien et de mieux comprendre les fcteurs qui gouvernent l'orgnistion sptile des microorgnismes à une échelle mcroscopique et ce, ussi ien d'un point de vue quntittif (iomsse microienne, ctivités de minérlistion) que qulittif (structure des communutés microiennes). Ainsi, dès les premières nnées de différencition des tritements, l quntité, l'ctivité mis ussi l structure des communutés microiennes sont influencées pr l profondeur et le mode d'enfouissement des résidus puis, dns les horizons où l quntité de sustrt disponile n'est ps limitnte, pr le tssement du sol généré pr chque technique. L prise en compte de l'hétérogénéité sptile de l structure du sol permet de préciser l'effet de chque technique étudiée sur le potentiel de minérlistion du crone et d'zote des microorgnismes. Ainsi, dns les conditions expérimentles de ce trvil, il pprît que l'doption de techniques de trvil du sol réduit ou superficiel ne limite ps le potentiel d'zote minérlisle totl (sur l'ensemle de l couche de sol) pr rpport u lour u cours des premières nnées de leur ppliction. Mots clés trvil du sol, griculture iologique, structure du sol, iomsse microienne, ctivités potentielles de minérlistion du C et N, structure des communutés microiennes

5 Comprison of different tillge systems in orgnic frming : effect of soil structure nd orgnic mtter reprtition on soil micro-orgnisms nd their ctivities of cron nd nitrogen minerliztion Astrct Over the lst decdes, the surfce trditionlly ploughed hs tended to decrese nd replced y shllow working tillge techniques without soil inversion, i.e., no tillge or reduced tillge with tines or discs. These techniques were mostly developed in conventionl frming systems ut nowdys they re lso developed in orgnic frming systems. Nevertheless, these tillge techniques could generte crop nutrients deficiencies nd deteriortion of soil structure, especilly during the first yers of their ppliction. As the use of synthetic fertilizers is foridden in orgnic frming, decrese of the soil fertility could e very detrimentl for crop growth. Indeed, soil micro-orgnisms re key contriutors to the soil functioning in orgnic frming s nutrient supply is minly dependent on the degrdtion of soil orgnic mtter y their minerliztion ctivity. The ojective of this work ws to study - during the first yers of their ppliction (< 5 yers) - the effects of different tillge techniques on soil structure, crop residues distriution nd to evlute their consequences on soil micro-orgnisms s well s their potentil ctivity to minerlize orgnic cron nd nitrogen. To fulfill this ojective, prticulr smpling scheme ws used, sed on morphologicl chrcteristion of soil structure. In ech horizon delimited y the working depth of the successive tillge tools, we smpled different res with distinct physicl properties : compcted clods ( clods) without ny visile structurl porosity nd loose clods with clerly visile structurl porosity (Γ clods). This smpling method enled us to mke connections etween soil structure nd soil microil functioning, nd to revel the sptil orgnistion of soil micro-orgnisms t mcroscopic scle, quntittively (soil microil iomss nd its ctivities of C nd N minerliztion) nd qulittively (soil microil community structure). In this wy, during the first yers of tretments differentition, quntity, ctivity nd soil microil community structure were modified : firstly, y crop residue distriution nd secondly, y soil compction within the horizons where sustrtes vilility ws not restricted. The integrtion of the sptil heterogeneities of soil structure enled us to precise the effects of ech tillge technique on the potentil ility of soil micro-orgnisms to minerlize orgnic cron nd nitrogen. Thus, in the experimentl conditions of this work, the ppliction of reduced tillge technique in orgnic frming doesn't reduce the potentil of nitrogen minerliztion in comprison with mouldord ploughing during the first yers of its ppliction. Keywords soil tillge, orgnic frming, soil structure, soil microil iomss, potentil ctivity of C nd N minerliztion, soil microil community structure

6 Remerciements Tout d'ord je tiens à remercier L'ADEME et l'isara Lyon pour voir ccepté de finncer ce trvil. Merci à Antonio Bispo, Ingénieur Sol et Environnement de l'ademe, pour voir soutenu ce projet et m'voir suivi tout u long de ce trvil. Jen Roger-Estrde encdré cette thèse, merci pour ses conseils et l'pport de son expérience pour l rélistion de ce trvil. Je remercie Michel Argno et Denis Angers pour voir ccepté d'être rpporteurs de ce trvil insi que tous les memres du jury pour leur prticiption en tnt qu'exminteurs. Merci à Annie Clys-Jossernd, Pierre Curmi et Christin Morel pour leur prticiption ux comités de pilotge et leurs conseils. Un immense merci à Joséphine Peigné qui construit ce projet de recherche et qui m' ssisté "ps à ps" tout u long de ce trvil. Elle m' soutenu, guidé et souvent sorti l tête de l'eu dns les moments difficiles. Merci pour tout le trvil qu'elle rélisé, sur le terrin mis ussi dns l'nlyse des données et l'écriture. Surtout merci, pour tous les moments prtgés u long de ces trois nnées! Ce trvil ne serit jmis devenu ce qu'il est sns son ide précieuse. Yvn Gutronneu églement lrgement contriué à l'élortion de ce projet de recherche. Mes plus profonds remerciements pour m'voir initié à l description des profils culturux. J'espère voir réussi à prendre, ne serit-ce qu'un tout petit peu, son coup de min (et de couteu!) pour décrire l structure du sol u fond des profils. Mis on, en fit il me fudrit pour cel écumer, pendnt de nomreuses nnées, les sols ux 4 coins du monde et rsser des kilos de terre pour rriver à son niveu d'expertise! Mis je ne désespère ps! Je tiens à remercier tout prticulièrement Rémi Chussod pour m'voir ccueilli à Dijon et initié à l microiologie du sol. Un grnd merci pour tout le trvil qu'il fit, ses nomreuses relectures, corrections et les pistes de recherche qu'il m' ouvert! Il m' fit découvrir l complexité de l vie du sol, qui le pssionne depuis de nomreuses nnées et à réussi à me trnsmettre ce virus! Un très grnd merci à Clude Bret, griculteur iologique à Thil, sns qui ce projet n'urit ps été possile. Merci pour tout son svoir fire, s précision inéglle dns l conduite des itinérires techniques et ussi pour s ptience tnt nous vons trnsformé ses prcelles en véritle gruyère (emmenthl!!!) à certines périodes de l'nnée!!! Je remercie Philippe Lemnceu de m'voir ccueilli u sein de l'umr MSE de Dijon. Christin Steinerg pour son ccueil u sein de l'équipe "Rôle des prtiques culturles sur l'écologie des gents phytopthogènes et l qulité des sols" à Dijon, insi que Véronique Edel-Hermnn pour son ide dns l'nlyse des données de T- RFLP. Merci à toutes les personnes de l'équipe 3 de Dijon, tous ces moments pssés à l pillsse, u cfé, dns les pus, à Prénovel Merci à Mrie-Christine Breuil pour son ide lors de l mesure de l iomsse microienne insi qu'à Adel,

7 toujours là pour m'ider, me fire rire et prtger des ons plts! Mis ussi Clude Alouvette pour les discussions pssionnées sur l'griculture iologique, les eilles et Léon Fyolle vec qui j'i prtgé le ureu pendnt un on moment! L liste est longue à Dijon, eucoup de personnes vec qui j'i prtgé de très ons moments : Lionel Rnjrd "fn" de l rsette, Pierre-Alin Mrron et Christophe Mougel qui m'ont pporté leur lumières sur l iomol et l'nlyse de données, mis ussi Virginie Nowk, Mélnie Lelièvre, Frice Mrtin, Lurent Philippot, Dvid Bru et Lejon, Soni Henri, Mrion Devers, Un grnd merci églement à Clire Chenu qui m' ccueilli u sein de son équipe à Grignon et qui s'est intéressée à ce trvil en répondnt ptiemment à mes questions. Merci à tous les memres de son équipe, notmment à Vlérie Pouteu et Gérrd Brdoux pour leur ide dns l mesure des frctions orgniques, Christophe Moni pour m'voir trnsmis l'rt du frctionnement des mtières orgniques! Mis ussi Noise Nunn pour les nlyses rugystiques! Merci à toutes les personnes de l'isara qui m'ont idé et supporté pendnt ce trvil: Christophe Dvid qui m' poussé et encore poussé, un grnd merci pour toute l confince qu'il m' ccordé, et ussi Dominique Vllod, Joël Roin, Philippe Fleury, Florin Célette, Yves Supin, Jen-Noël Giggon, Arnud Hllier, Thoms Lhuillery et ussi Jen Mrc et Benoît pour l'nlyse de données et surtout Brigitte Bottolier pour son ide précieuse en sttistiques. Une pensée prticulière pour les thésrds "d'à côté l slle cfé".ps fcile d'voir le ureu ici! Cécile et Pscl vec qui j'i prtgé ce ureu et des moments de stress, de concentrtion et surtout d'éclts de rires! Céline, tes mises en grde sur l'exercice de l thèse n'ont ps été ssez fortes, j'i plongé à mon tour, tout comme toi! Merci énormément pour tout ce que tu m's pporté, tes nomreux conseils sur l iomol et surtout, surtout, pour ton ide remrqule dns l'nlyse des données de T-RFLP et pour être rrivée à me fire comprendre comment ç mrche tout ç!!! Et oui tu étis pssée ussi pr là et tu svis tout le chemin que je devis fire mis ç tu ne me l's ps dit vnt sinon Ndine, un onheur d'voir trvillé vec toi! A tes côtés on l'impression de tout svoir fire à l pillsse de iomol.et m'initier à cet rt n' ps été chose simple, hitué que je suis à trviller vec des kilos de terre plutôt qu'vec des µg d'adn! Merci pour toute l rigueur dns les mnips que tu m's pporté, ton ide m' été plus que précieuse. Une spécile dédicce à mes "logeuses" de Dijon, sns qui j'uri dormi sous les ponts ou fini déprimé dns les chmres universitires! Donc un immense merci à Fiol et Noémie (et s sœur Chrline) qui m'ont supporté et vec qui j'i prtgé de vris ons moments qui m'ont idé à tenir! Qund vous voulez en Auvergne ou à Lyon! Attoll? Zitoune? JC? Toujours là qund il fut et ps vres de conseils tous plus sérieux les uns que les utres! Enfin, merci à Mousse, ps fcile de vivre vec Rymond Bitt durnt ces derniers mois

8 TABLE DES MATIERES Introduction générle 1 I / Contexte de l'étude 1 II / Ojectifs et prolémtique 4 III / Présenttion du document 6 Chpitre 1 : Synthèse iliogrphique 10 I / Le trvil du sol de conservtion et les principes de l'griculture iologique 11 I.1 / Le développement du trvil du sol de conservtion 11 I.2 / L griculture iologique 13 I.2.1 / Des concepts fondteurs à l législtion ctuelle 13 I.2.2 / Les systèmes de production en griculture iologique : contrintes et spécificités 14 I.2.3 / Le trvil du sol en griculture iologique 17 II / Effets du lour et des techniques de conservtion sur les propriétés physiques du sol et l circultion de l eu 19 II.1 / Structure du sol 19 II.2 / L densité pprente du sol 20 II.3 / L porosité du sol et l circultion de l eu dns le sol 21 III / Effets du trvil du sol conventionnel et des techniques de conservtion sur les teneurs et stocks en C et N 23 III.1 / Teneurs et stocks en C et N totux 23 III.2 / Frctions grnulométriques de l MOS 25 III.3 / Autres éléments nutritifs 25 IV / Effets du trvil du sol conventionnel et des techniques de conservtion sur les propriétés iologiques du sol 26 IV.1 / Influence des techniques de trvil du sol sur les mcro-orgnismes 27 IV.2 / Influence des techniques de trvil du sol sur l iomsse microienne 27 IV.3 / Influence des techniques de trvil du sol sur l structure et l diversité des communutés microiennes du sol 28 IV.4 / Influence des techniques de trvil du sol sur l minérlistion du crone et de l'zote 30 IV.4.1 / Influence de l profondeur d'enfouissement des résidus de cultures 30 IV.4.2 / Influence de l structure du sol 31 IV.4.3 / Vriilité des réponses dns diverses expérimenttions 32 Chpitre 2 : Démrche expérimentle 35 I / Les sites expérimentux 37 I.1 / Site expérimentl de Lyon 37 I.1.1 / Crctéristiques de l prcelle d essi 38 I.1.2 / Mesures rélisées vnt l mise en plce des tritements 38 I.1.3 / Rottion 39 I.2 / Site expérimentl de Kerguéhennec 40

9 I.2.1 / Crctéristiques de l prcelle d essi 40 I.2.2 / Mesures rélisées vnt I.2.3 / Rottion 42 II / Les techniques de trvil du sol étudiées 43 II.1 / Le lour trditionnel 43 II.2 / Le lour gronomique 43 II.3 / Le trvil du sol réduit 44 II.4 / Le trvil du sol superficiel 44 III / Description de l structure du sol 48 III.1 / Le profil culturl 48 III.2 / Estimtion de l proportion de zones 52 III.3 / Mesure de l densité pprente du sol ou msse volumique 52 IV / Échntillonnge 53 V / Mesures de lortoire 55 V.1 / Densité pprente des mottes Γ et 55 V.2 / Biomsse microienne 55 V.3 / Minérlistions potentielles de C et N orgniques 56 V.4 / Respirtion spécifique pprente 57 V.5 / Anlyses qulittives: structure des communutés microiennes 57 V.5.1 / Extrction de l'adn du sol 59 V.5.2 / Amplifiction d'adnr pr PCR 59 V.5.3 / Anlyse T-RFLP 60 V.5.4 / Tritement des données de T-RFLP 61 V.6 / Anlyses chimiques 62 V.7 / Frctionnement grnulo-densimétrique des MOS 62 VI / Anlyses des données 64 VII / Effets du mode de préprtion et de conservtion des échntillons sur les prmètres microiens quntittifs mesurés 65 Chpitre 3 : Effet du mode de trvil du sol sur l structure du sol et l'évolution des stocks de crone et d'zote 68 I / Modifictions de l structure du sol engendrées pr les techniques de trvil du sol 70 I.1 / Description des profils culturux en mrs 2006 et 2007 sur le site de Lyon 70 I.2 / Description des profils culturux en mrs 2006 et 2007 sur le site de Kerguéhennec 72 I.3 / Proportion de zones u sein des profils culturux 75 I.4 / Msse volumique des horizons de prélèvements 78 I.4.1 / Site expérimentl de Lyon 78 I.4.2 / Site expérimentl de Kerguéhennec 79 I.5 / Tux de sturtion en eu de l porosité (WFPS) 80 I.5.1 / Site expérimentl de Lyon 80 I.5.2 / Site expérimentl de Kerguéhennec 82 I.6 / Effet du mode de trvil du sol sur l structure du sol : discussion 84

10 II / Evolutions des teneurs et des stocks de C et N engendrées pr les différentes techniques de trvil du sol 89 II.1 / Evolutions des teneurs en C et N des différentes modlités 89 II.1.1 / Site de Lyon 89 II.1.2 / Site de Kerguéhennec 91 II.2 / Evolutions des stocks de C et N en fonction du mode de préprtion du sol 92 II.2.1 / Site de Lyon 93 II.2.2 / Site de Kerguéhennec 94 II.3 / Frctionnement grnulométrique des MOS 96 II.4 / Effet du mode de trvil du sol sur les teneurs et stocks de crone et d'zote : discussion 98 III / Conclusion 102 Chpitre 4: Effets de différentes techniques de trvil du sol sur l microflore du sol : spects quntittifs et qulittifs 103 I / Effets des modifictions structurles et de l réprtition des résidus de cultures sur l iomsse microienne du sol et les ctivités potentielles de minérlistion du C et N 105 I.1 / Site expérimentl de Lyon 105 I.1.1 / Biomsse microienne du sol 105 I.1.2 / Biomsse microienne du sol exprimée en pourcentge du C totl 108 I.1.3 / Minérlistions potentielles du crone et de l'zote 109 I.2 / Site expérimentl de Kerguéhennec 112 I.2.1 / Biomsse microienne du sol 112 I.2.2 / Biomsse microienne du sol exprimée en pourcentge du C totl 114 I.2.3 / Minérlistions potentielles du crone et de l'zote 115 I.3 / Modifictions des prmètres microiologiques quntittifs : discussion 118 I.3.1 / Influence de l réprtition des résidus de culture 118 I.3.2 / Influence de l structure du sol (type de motte) 120 I.3.3 / Comprison des tritements 123 II / Anlyse de l structure des communutés microiennes 124 II.1 / Evolution de l structure des communutés fongiques du sol 124 II.1.1 / Structure des communutés fongiques du sol vnt l différencition des tritements (février 2005, T0) 124 II.1.2 / Evolution de l structure des communutés fongiques du lour trditionnel (LT) entre février 2005 et mrs II.1.3 / Evolution de l structure des communutés fongiques entre T0 et T1 pour le tritement trvil du sol réduit (TR) 127 II.1.4 / Influence du LT et du TR sur l structure des communutés fongiques près un n de différencition des tritements : horizon 0-7 cm 128 II.1.5 / Influence du LT et du TR sur l structure des communutés fongiques près un n de différencition des tritements : horizon 7-17 cm 129 II.1.6 / Influence du LT et du TR sur l structure des communutés fongiques près un n de différencition des tritements: horizon cm 130 II.2 / Evolution de l structure des communutés ctériennes du sol 131 II.2.1 / II.2.2 / Structure des communutés ctériennes du sol vnt l différencition des tritements (février 2005) 131 Evolution de l structure des communutés ctériennes du lour trditionnel (LT) entre février 2005 et mrs

11 II.2.3 / II.2.4 / II.2.5 / II.2.6 / Evolution de l structure des communutés ctériennes du trvil du sol réduit entre février 2005 et mrs Influence du LT et du TR sur l structure des communutés ctériennes près un n de différencition des tritements: horizon 0-7 cm 134 Influence du LT et du TR sur l structure des communutés ctériennes près un n de différencition des tritements : horizon 7-17 cm 135 Influence du LT et du TR sur l structure des communutés ctériennes près un n de différencition des tritements: horizon cm 136 II.3 / Evolution de l structure des communutés microiennes : discussion 137 II.3.1 / Structure des communutés microiennes à T0 137 II.3.2 / Evolution des communutés microiennes entre T0 et T1 138 II.3.3 / Effet de l technique de trvil du sol sur les communutés fongiques 139 II.3.4 / Effet de l technique de trvil du sol sur les communutés ctérienne 141 III / Conclusion 142 DISCUSSION GENERALE 144 I / Retour sur les questions de recherche 145 I.1 / Evolution de l structure du sol (question de recherche I) 145 I.2 / Evolution des stocks de MO (question de recherche II) 146 I.3 / Influence glole des techniques de trvil du sol sur les microorgnismes (questions de recherche III et IV) 147 II / Limites et perspectives 154 II.1 / Remrques générles 154 II.2 / Utilistion des indicteurs microiens dns des systèmes gronomiques de plein chmp 156 II.3 / Adoption des techniques de trvil du sol sns lour en griculture iologique 158 Références iliogrphiques 160 Annexes 172

12 INTRODUCTION GENERALE

13 Introduction générle INTRODUCTION GENERALE I / Contexte de l'étude Le trvil du sol est une prtique ncestrle, dont un des uts premiers est de créer un environnement fvorle à l germintion des grines et u développement des rcines (Köller, 2003). Le premier outil permettnt d'enfouir et de recouvrir les grines est ppru il y environ ns dns l civilistion sumérienne, puis fut progressivement perfectionné u cours des siècles jusqu'à l'pprition de l première "chrrue romine" décrite pr Virgile ux lentours de l'n 1. L "chrrue moderne" fut dessinée ux Etts-Unis pr Thoms Jefferson en 1784 et revetée pr Chrles Newfold en Son utilistion s'est ensuite lrgement répndue et devint rpidement un des symole de l'griculture moderne (Ll et l., 2007). L prtique du lour, vec une chrrue à versoirs, reste encore ujourd'hui l technique de trvil du sol l plus répndue dns le monde. Cette prtique permis d'ugmenter l productivité des cultures grâce notmment à son ction de contrôle sur le développement des dventices et de frgmenttion de l structure du sol. Cependnt, u cours du XX ème siècle de nouveux prolèmes de fertilité des sols sont pprus, notmment ux Etts-Unis où les grves prolèmes d'érosion ("Dust Bowl") ont conduit u développement de techniques lterntives u lour. Ce mouvement été initié pr Edwrd Fulkner qui puli le livre "Plowmn's Folly" en 1942 (Ll et l., 2007). Depuis, les résultts de nomreuses recherches sous différentes zones climtiques dns le monde ont révélé des prolèmes communs ux sols lourés : tssement, isse des teneurs en mtières orgnique des sols (MOS), érosion, limittion de l circultion de l'eu (Köller, 2003; Ll et l., 2007) et coût énergétique et finncier de cette prtique (Monnier, 1994). On ssiste donc depuis quelques décennies, à trvers le monde entier, à une trnsition grduelle qui s'effectue entre le lour conventionnel (lour vec versoir, retournement de l couche rle sur cm de profondeur) et des formes vriées de préprtion sns retournement des couches de sol, llnt jusqu'u semis direct (trvil uniquement sur l ligne de semis). Ces techniques ont été regroupées sous le terme de trvil du sol de conservtion, ou griculture de conservtion, lorsqu'elles lissent plus de 30 % des résidus de l culture précédente en surfce (Köller, 2003; 1

14 Introduction générle Lreuche et l., 2007). L présence d'un mulch en surfce et l limittion des perturtions verticles du sol protègent le sol de l'érosion éolienne et hydrique, limitent les pertes de MOS, fvorisent l'ctivité iologique des sols et permettent d'ugmenter l lrgeur de trvil des outils et de réduire insi l chrge de trvil des griculteurs sns diminuer pour utnt le rendement des cultures (Kern et Johnson, 1993; Köller, 2003). Cependnt, le développement de ces techniques s'est ccompgné d'une utilistion croissnte d'hericides nécessire u contrôle du développement des dventices qui n'est plus ssuré, en prtie, pr le lour. Les systèmes de conservtion sont donc efficients mis à des coûts élevés d'intrnts chimiques ccroissnt insi leur potentiel de pollution des eux de surfce (Tesdle et l., 2007). L'griculture de conservtion s'est développée de fçon qusi-exclusive dns les systèmes de production conventionnels. Depuis quelques nnées, l'ifoam (Interntionl Federtion of Orgnic Agriculture Movements stndrds) encourge les griculteurs à dopter les techniques de conservtion en griculture iologique (AB) fin de limiter l'érosion des sols et d'méliorer l qulité des sols (Peigné et l., 2007). Les systèmes de production conduits selon les principes de l'ab excluent le recours ux engris et produits phytosnitires de synthèse. Ils essient de rechercher une utonomie énergétique sur l rottion fin de protéger l qulité environnementle et de fvoriser les interctions et les processus iologiques fvorles u développement des cultures (Mrinri et l., 2006). L pluprt des techniques culturles employées en AB nécessitent donc un trvil du sol fréquent voire intensif fin de plier, entre utres, l'sence d'utilistion d'hericides. Le trvil du sol, notmment le lour, est utilisé en AB pour limiter le développement des dventices mis ussi pour enfouir les cultures légumineuses pérennes u déut de l rottion, les engris verts ou les intercultures, incorporer les mendements orgniques et préprer le lit de semence. Les effets énéfiques des systèmes de culture groiologique peuvent être lors réduits ou nnulés pr l'utilistion intensive des interventions mécniques sur les prcelles (pertes de MOS, tssement des sols, érosion) (Tesdle et l., 2007). L'AB est donc confrontée à un prdoxe cr le recours fréquent u trvil du sol semle nécessire mis il peut engendrer une dégrdtion de l qulité des sols. En Frnce, une enquête rélisée uprès de 68 exploittions groiologiques montré que de plus en plus d'griculteurs vient recours à des méthodes 2

15 Introduction générle lterntives u lour (Peigné et l., 2006). Ils s'interrogent sur l'effet de ces techniques sur le développement des dventices, l'dpttion de leur prc mtériel, et plus glolement sur l qulité de leur sol 1. Les interrogtions les plus nomreuses portent sur l'impct de ces techniques sur l iodiversité du sol, s fertilité iologique (potentilités gronomiques liées à l'ctivité iologique des sols), son étt snitire, ses impcts environnementux et sur l cpcité de résilience de l'grosystème (Chussod, 1996). De nomreuses références techniques et scientifiques sur l'impct du mode de trvil du sol sur l qulité du sol sont disponiles mis, de fçon qusi-exclusive, ces références sont issues de l'griculture conventionnelle. Ces résultts montrent que l minérlistion de l MOS est ffectée pr le type de trvil du sol. Le lour ugmente le turn-over de l MOS en fvorisnt l'értion et le réchuffement du sol, en incorpornt de l MO frîche u sol et en liérnt de l MOS qui étit physiquement protégée u sein des grégts (Blesdent et l., 2000). En revnche, dns les systèmes de conservtion, les pools liles de l MOS ugmentent progressivement en surfce, conduisnt sur le long terme (>10 ns) à des potentiels de minérlistion du crone (C) et de l'zote (N) similires entre les systèmes de trvil du sol de conservtion et lourés (Andrde et l., 2003). Il pprit donc qu'à long-terme l'doption des techniques de trvil du sol de conservtion n'ffecte ps le potentiel gronomique des prcelles, cr leurs effets négtifs (tssement, turn-over de l MOS) peuvent être contrelncés pr l'ugmenttion des ctivités des microorgnismes et de l fune du sol (Kldivko, 2001). Cependnt, sur le court terme (< 5 ns) leur doption peut occsionner des prolèmes de nutrition des cultures en rison d'une immoilistion de l'zote importnte (Pekrun et l., 2003) et d'une dégrdtion de l structure du sol (Guérif, 1994). Or, les systèmes groiologiques reposent, plus qu'en conventionnel, sur les processus chimiques et iologiques du sol pour l fourniture d'éléments ssimilles pour l culture en plce. Les microorgnismes du sol sont des cteurs clefs de l nutrition des cultures en AB et une dégrdtion même trnsitoire de leur environnement physique et chimique, réduisnt leur cpcité à minérliser l MOS et à liérer des éléments nutritifs pour l culture en plce, peut être fortement préjudicile pour les cultures et l sitution 1 L qulité d'un sol été définie comme "l cpcité d'un certin type de sol à fonctionner, dns les limites d'un écosystème nturel ou nthropisé, pour fvoriser l productivité des plntes et des nimux, mintenir ou ugmenter l qulité de l'ir ou de l'eu, et méliorer l snté et l'hitt de l'homme" (Krlen et l., 1997). 3

16 Introduction générle économique de l'exploitnt gricole. Cependnt, peu de références sur l'effet des techniques de trvil du sol de conservtion sont disponiles en AB. Pourtnt, les sols conduits selon ce mode de production possèdent des crctéristiques prticulières qui permettrient de contrelncer les effets négtifs des systèmes de conservtion durnt les premières nnées de leur ppliction : un pool lile de MOS plus grnd qu'en conventionnel (Shepherd et l., 2002), une diversité et une ctivité microienne plus importntes (Mäder et l., 2002) et une ctivité des vers de terre plus intense (Scullion et l., 2002). II / Ojectifs et prolémtique L'ojectif principl de ce trvil de thèse est d'étudier les modifictions à court terme que génèrent l'doption de différentes techniques de trvil du sol en AB sur l structure du sol, l réprtition de l MOS et des microorgnismes u sein du profil de sol et d'évluer leurs conséquences sur l minérlistion potentielle du C et N u cours des premières nnées de leur ppliction. Deux des principux fcteurs sur lesquels le trvil du sol un effet direct et qui peuvent ffecter l réprtition et l'ctivité des microorgnismes ont été étudiés : - l structure du sol ; - l réprtition des pools orgniques totux et liles (mtières orgniques prticulires). L structure du sol ser, dns cette étude, ppréhendée à l'échelle du profil culturl (4 m x 30 cm). L méthode employée rend compte de l'effet de chque système de trvil du sol sur l'orgnistion sptile de l structure à l'échelle mcroscopique. Cette pproche permet de relier l'étt structurl du sol oservé à son fonctionnement microien en rélisnt un échntillonnge strtifié u sein de chque profil culturl qui prend en compte l profondeur de trvil de l'outil considéré et le niveu de tssement de l zone échntillonnée. Les prmètres microiens mesurés à prtir de cet échntillonnge sont de deux ordres : quntittifs (iomsse microienne et potentiel de minérlistion du C et N) et qulittifs (structure des communutés microiennes). L mesure de l tille du pool microien est un indicteur file de l qulité du sol, s mesure contriue à l compréhension des cycles des éléments nutritifs à l fois sur le court et le long terme (Insm, 2001) 4

17 Introduction générle tndis que l mesure des flux de C et N donne une estimtion glole du fonctionnement de l'écosystème et du niveu de productivité des prcelles (Aon et l., 2001). Enfin, l'étude de l structure des communutés microiennes est une première pproche de l'effet des techniques de trvil du sol sur les modifictions qulittives de l microflore du sol, question récurrente chez les griculteurs iologiques. Ce trvil devrit permettre, in fine, d'dpter les itinérires techniques ssociés à chque mode de trvil du sol fin de minimiser ou d'éviter les effets délétères d'un chngement de prtique culturle sur le développement des microorgnismes du sol et sur leur cpcité à minérliser l MOS et à fournir des éléments ssimilles pr l culture en plce dns le contexte de l'griculture iologique. Pour répondre à ces ojectifs, qutre itinérires techniques de trvil du sol, llnt du lour clssique (référence) u semis direct sous couvert vivnt ont été comprés dns deux situtions pédoclimtiques et historiques différentes. Les tritements choisis représentent un grdient d intensifiction du trvil du sol et chque système conserve un niveu miniml de mécnistion fin de mîtriser le développement des dventices et de préprer le lit de semence. Ces modes de trvil du sol sont étudiés dns des systèmes de production sés sur une lternnce de cultures légumineuses (luzerne, pois, soj) et de céréles (mïs, lé ou triticle), d intercultures et d pport de mtière orgnique u sol. Les sites ynt servi de support à l mise en plce des expérimenttions sont situés près de Lyon et en Bretgne. Le premier (Lyon), géré pr l'isara Lyon, se situe dns l phse de trnsition lour-non lour (mis en plce en 2005). Il permet d'étudier l'évolution des prmètres physiques, chimiques et iologiques u cours des trois premières nnées d'doption des techniques de trvil du sol en AB. Le second site (Kerguéhennec), géré pr l chmre d'griculture du Morihn, entre dns l 4 ème nnée de différencition des tritements. Sur ce site, le sol à, priori, tteint un étt dit de pseudo-équilire (Guérif, 1994) et les différences entre les tritements doivent donc être théoriquement plus grndes que sur le site de Lyon. Les résultts otenus sur ce site doivent permettre d'infirmer ou de confirmer les oservtions et hypothèses émises sur l'évolution de l structure du sol et des indicteurs microiens mesurés sur le site de Lyon. 5

18 Introduction générle Ce mémoire été orgnisé selon le schém directeur de l Figure 1. Cette figure présente l'effet du mode de trvil du sol sur l structure du sol, l loclistion de l MOS et des résidus de culture et leurs conséquences sur les microorgnismes du sol et leur potentiel de minérlistion du C et N. Selon l profondeur de trvil de l'outil considéré et son mode de frgmenttion de l structure (retournement ou non) le trvil du sol modifie l'environnement iotique (conditions de vie des microorgnismes du sol) et iotiques (ccessiilité des sustrts) des microorgnismes et modifie en retour leur cpcité à minérliser l MOS. Ce trvil soulève plusieurs questions reltives ux modifictions structurles, chimiques et microiologiques engendrées pr le trvil du sol. Chcune de ces questions de recherche est indiquée sur l Figure 1 insi que les chpitres qui s'y réfèrent. III / Présenttion du document Ce mémoire est composé de 4 chpitres. Le premier chpitre est une revue de l littérture interntionle qui permet de pointer les questions de recherche qui sous-tendent ce trvil (Figure 1). L première prtie de ce chpitre précise le contexte de l'étude en rppelnt : (1) les enjeux du trvil du sol de conservtion et les surfces gricoles mondiles et frnçises converties à l'griculture de conservtion et (2) les concepts fondteurs de l'ab, les systèmes de production et l prolémtique du trvil du sol en AB. L seconde prtie de ce chpitre porte sur l'effet du mode de trvil du sol sur l structure du sol, l réprtition des résidus de cultures, les teneurs et stocks en C et N et les microorgnismes du sol. Cette revue de l littérture interntionle repose essentiellement sur les trvux menés en griculture conventionnelle et se concentre sur les spects ordés ultérieurement dns ce trvil. Ainsi, l'influence du trvil du sol sur l'enherement, l réponse des cultures, les mcro-orgnismes ou les émissions de N 2 O ne sont ps, ou peu, ordés. Le deuxième chpitre présente l démrche expérimentle doptée pour répondre ux questions de recherche et ux ojectifs de ce trvil. Les sites 6

19 Introduction générle expérimentux retenus sont présentés insi que l démrche d nlyse et les mesures rélisées. Le troisième chpitre répond ux questions de recherche I et II (Figure 1) : - I : Quel est l'impct des systèmes de trvil du sol sur l structure du sol, l densité pprente du sol et le tux de sturtion de l porosité u cours des premières nnées d'ppliction des tritements en AB? - II : Quelle est l'influence des techniques de trvil du sol sur l réprtition des résidus de cultures et quelle en est l conséquence sur les teneurs et les stocks de C et N insi que sur l dynmique des MOS à court terme en AB? Ce chpitre est conscré à l'étude de l'évolution de l structure du sol (vi l'oservtion de profils culturux et de l mesure de l densité pprente du sol) et des teneurs et stocks de C et N sur chcun des sites expérimentux. De plus, un "zoom" sur l'influence à court terme (3 ns) d'un chngement de prtique culturle (lour trditionnel versus trvil du sol réduit) sur les frctions grnulométriques de l MOS est rélisé sur le site de Lyon. Ceci permettr de discuter de l'influence des zones tssées, de l réprtition des résidus de cultures et du type de frgmenttion de l structure du sol sur l dynmique des MOS et sur l'ccessiilité des ressources trophiques pour les microorgnismes du sol. Le qutrième chpitre est divisé en deux prties. L première prtie fit étt des évolutions de prmètres microiologiques quntittifs qui interviennent dns le cycle de l MOS et l fourniture potentielle d'éléments nutritifs : iomsse microienne, ctivités potentielles de minérlistion du C et N. L seconde prtie présente qunt à elle l'influence du trvil du sol sur l structure des communutés ctériennes et fongiques du sol sur le site de Lyon. Elle permet d'étudier et de comprer à court terme (un n) les effets d'un lour trditionnel et d'une technique de conservtion (trvil du sol réduit) sur des chngements qulittifs de l microflore tellurique. Ce chpitre répond à l question de recherche III (Figure 1) : - III : Quelles sont les répercussions des modifictions de l structure du sol et de l réprtition des résidus de cultures sur l iomsse microienne, le potentiel de minérlistion du C et N et sur l structure des communutés microiennes à court terme (< 5 ns) en AB? 7

20 Introduction générle Enfin, l discussion générle revient sur l influence glole des différents systèmes de trvil du sol étudiés sur les reltions entre l structure du sol, l réprtition des résidus de cultures sur les microorgnismes du sol et leur ctivité de minérlistion du C et N à l'échelle du profil culturl. Ces reltions sont ordées à prtir de schéms d extrpoltion des mesures rélisées fin de comprendre et expliquer l réprtition sptile de l quntité et de l ctivité des microorgnismes du sol u sein du profil culturl. Cette prtie répond à l question de recherche IV (Figure 1) : - IV : Quelle est l'influence glole de chque technique sur les microorgnismes du sol et quels fcteurs limitent leur développement et l'ctivité microienne suite à un chngement de prtique culturle en AB? L discussion générle revient églement sur les pports méthodologiques de ce trvil, sur l'utilistion d indicteurs microiens dns des systèmes gronomiques de plein chmp et sur l fisilité d'dopter des techniques de trvil du sol de conservtion en AB. 8

21 Introduction générle Mode de trvil du sol Loclistion Loclistion Frgmenttion Question II Question II Question I Tssement Résidus de cultures Assimiltion Minérlistion Question III CO 2 Minérlistion Humifiction Mtière Orgnique du Sol Humifiction Immoilistion Assimiltion Microorgnismes du sol : iomsse microienne, structure des communutés Minérlistion Agrégtion Question III Conditions de vie Agrégtion Structure du sol Question III C N Dénitrifiction N minérl N 2 O N 2 Chpitre 3 Chpitre 4 Discussion générle Question IV Lixivition Asorption pr les rcines Figure 1 : Effet du mode de trvil du sol sur l structure du sol, l loclistion des résidus de culture et de l MOS et leurs répercussions sur les microorgnismes et le cycle du C et N dns le sol. Les questions de recherche, et les chpitres qui s'y réfèrent, sont pointés sur les différents comprtiments concernés. Questions de recherche Question I : Quel est l'impct des systèmes de trvil du sol sur l structure du sol, l densité pprente du sol et le tux de sturtion de l porosité u cours des premières nnées d'ppliction des tritements en AB? Question II : Quelle est l'influence des techniques de trvil du sol sur l réprtition des résidus de cultures et quelle en est l conséquence sur les teneurs et les stocks de C et N insi que sur l dynmique des MOS à court terme en AB? Question III : Quelles sont les répercussions des modifictions de l structure du sol et de l réprtition des résidus de cultures sur l iomsse microienne, le potentiel de minérlistion du C et N et sur l structure des communutés microiennes à court terme (< 5 ns) en AB? Question IV : Quelle est l'influence glole de chque technique étudiée sur les microorgnismes du sol et quels fcteurs limitent leur développement et l'ctivité microienne suite à un chngement de prtique culturle en AB? 9

22 Chpitre 1 : Synthèse iliogrphique 10

23 Chpitre 1: Synthèse iliogrphique Chpitre 1 : Synthèse iliogrphique Cette synthèse iliogrphique présente dns un premier temps les enjeux du trvil du sol de conservtion et les surfces gricoles mondiles et frnçises converties à l'griculture de conservtion puis le mode de production en griculture iologique et le trvil du sol en AB. Cette première prtie permet de préciser le contexte de ce trvil de thèse et les prolémtiques inhérentes u trvil du sol en AB. Ensuite cette revue iliogrphique porte essentiellement sur l'effet de différentes techniques de trvil du sol (du lour trditionnel u semis direct) sur l structure du sol (orgnistion structurle, porosité et circultion de l'eu dns le sol), les teneurs et stocks en crone et en zote et sur les microorgnismes du sol (iomsse microienne et ctivités de minérlistions, structure des communutés microiennes). Cette prtie se concentre principlement sur les pproches doptées pr l suite dns cette étude. I / Le trvil du sol de conservtion et les principes de l'griculture iologique I.1 / Le développement du trvil du sol de conservtion Si les outils de trvil du sol se sont ujourd hui diversifiés, l chrrue à versoirs reste l outil le plus répndu. Le lour permet de contrôler le développement des dventices, d enfouir les résidus de cultures et de frgmenter l structure du sol vnt l implnttion des cultures. Cette technique permis d ugmenter l productivité des cultures mis elle reste une technique consommtrice de temps, de min d œuvre, de puissnce trctrice et d énergie (Monnier, 1994). Les prolèmes de fertilité des sols communs ux sols lourés (isse des teneurs en MO, érosion éolienne et hydrique, tssements) ont conduit u développement des techniques lterntives u lour, regroupées sous le terme de trvil du sol de conservtion lorsqu'elles lissent en surfce plus de 30 % des résidus de l culture précédente (Köller, 2003). Ces techniques couvrent une lrge gmme d'opértions llnt du semis direct u trvil du sol réduit sns retournement de l couche de sol vec un 11

24 Chpitre 1: Synthèse iliogrphique outil à dents ou à disques. Le lour qunt à lui lisse moins de 15 % des résidus de culture en surfce près l implnttion de l culture suivnte (Köller, 2003; Lreuche et l., 2007). Depuis les nnées 50, les surfces gricoles lourées diminuent à trvers le monde entier u profit du trvil du sol de conservtion (Ll et l., 2007). Ce mode de production se prtique sur environ 95 millions d hectres à trvers le monde (Ll et l., 2007). Ces techniques se sont d ord et surtout développées ux Etts-Unis et ont rpidement ggné l Amérique du sud, notmment le Brésil, l Argentine et le Chili, insi que l Austrlie où les risques d érosion éolienne sont élevés (Köller, 2003). D utres risons invoquées pr les griculteurs pour l doption des techniques de conservtion sont l efficcité, l lrgeur de trvil des outils et le gin de temps, insi que leur potentiel de stockge du crone dns les sols et leur cpcité à fvoriser l ctivité iologique des sols (Kern et Johnson, 1993; Köller, 2003; Lreuche et l., 2007; Ll et l., 2007). Cependnt, l doption de ces techniques des conséquences sur le choix des rottions, l utilistion de cultures intermédiires, l gestion des résidus, l sélection des vriétés et l densité de semis, le contrôle des rvgeurs et des dventices, l gestion de l fertilité du sol et sur le choix du on équipement (Lreuche et l., 2007; Ll et l., 2007). En Frnce, l'griculture de conservtion s'est développée dès l fin des nnées 60. L extension des surfces est restée très limitée jusqu u déut des nnées 90 (réforme de l PAC) et à fortement progressé entre 2001 et En 2004, 40 % des prcelles de lé tendre ont été implntées sns lour. En ce qui concerne les oléoprotégineux, le pourcentge des surfces implntées sns lour est d environ 10 % en 2001 pour le tournesol et le pois, 35 % pour le soj en 2003 et plus de 40 % pour le colz en Pour le mïs, les surfces cultivées sns lour ont églement progressé entre 1994 et Elles sont pssées de 2 % à 14 % pour le mïs grin et de 2 % à 8 % pour le mïs fourrge. Ces données sont issues de différentes enquêtes et sont résumées dns le rpport ADEME 2007 : Evlution des impcts environnementux des Techniques Culturles Sns Lour (TCSL) en Frnce (Lreuche et l., 2007). Dns ce document les techniques d implnttion sns lour regroupent les techniques de trvil du sol réduit sns retournement (mximum 15 cm de profondeur) et les techniques de semis direct. 12

25 Chpitre 1: Synthèse iliogrphique I.2 / L griculture iologique I.2.1 / Des concepts fondteurs à l législtion ctuelle Les cournts fondteurs de l griculture iologique (AB) pprissent dns l première moitié du XX ème siècle en Europe. Ils s opposent à l utilistion des engris chimiques et des pesticides de synthèse et préconisent une fertilistion orgnique à se de composts. Une des vleurs clefs de l AB est que l snté du sol, des plntes, des nimux et de l homme sont un et indivisile. Les fondements de l AB constituent donc un cdre à l fois socil et environnementl (Wtson et l., 2007). L crétion en 1972 de l IFOAM (Interntionl Federtion of Orgnic Agriculture Movements stndrds) permis à l AB d être reconnue officiellement tnt d un point de vue professionnel qu institutionnel u niveu mondil. En Frnce, les premiers chiers des chrges de production pprissent en 1981 tndis qu u niveu de l Union Européenne l AB s officilise vec les règlements EU 2092/91 du 24 juin 1991 et EU 1804/99 du 24 oût Ces règlements élorent respectivement les chiers des chrges des productions végétles et nimles insi que les règles de contrôle et de certifiction des exploittions. Le tleu 1, rédigé à l ttention des orgnismes certificteurs et de tous les opérteurs en AB, présente les principux points ordés pr le chier des chrges de l AB. L réglementtion en AB repose sur une oligtion de moyens et non de résultts. L AB se prtique, en 2007, dns 120 pys et représente environ 31 millions d h réprtis dns le monde entier (Wtson et l., 2007). En Europe depuis 5 ns, les surfces cultivées en AB ugmentent fortement. L AB représentit en 1999 moins de 3 % des surfces gricoles (Lmpkin, 2000) pour tteindre 4 % en 2005 en Europe. En Frnce, l surfce gricole conduite en AB est de h, soit 2 % de l surfce gricole Frnçise et environ 9 % de l surfce totle Européenne (Llorens Ando et Rohner-Thielen, 2007). 13

26 Chpitre 1: Synthèse iliogrphique Tleu 1 : Principux points ordés pr le chier des chrges de l AB en 1991 (ENITA de Bordeux, 2003). Secteurs Fertilité du sol Protection des végétux Semences, mtériel de reproduction végéttif et plnts Réglementtion Fertilité et ctivité iologique du sol mintenues ou ugmentées pr : - cultures de légumineuses ou de plntes à enrcinement profond, - rottion plurinnuelle et intercultures (engris verts ), - mtière orgnique et déchets verts compostés issus d exploittions conventionnelles ( ) ou de l exploittion, - d utres engris et mendements du sol figurnt dns le chier des chrges ne peuvent intervenir qu en cs de dnger immédit pour l culture. Lutte contre les prsites, mldies et les muvises heres xée sur : - interdiction de pesticides de synthèse. Sustnces d origine nimle et végétle trditionnelles uniquement, - choix d espèces ou de vriétés résistntes ou rustiques, - procédés mécniques de culture, - rottion et polyculture, - protection et dissémintion des ennemis nturels des prsites pr des zones écologiques réservoirs, - produits de lutte à utiliser uniquement dns des pièges ou des distriuteurs évitnt l pénétrtion des sustnces dns l environnement et les contcts entre les sustnces et les cultures devnt être enlevés près utilistion et éliminés sns risques, - d utres produits phytosnitires figurnt dns le chier des chrges peuvent intervenir en cs de dnger immédit mençnt l culture. - semences et plnts issus de l AB, - plnte mère pour les semences et plntes prentles pour le mtériel de reproduction végéttive non OGM et dérivés d OGM, pendnt u moins une génértion ou, s il s git de cultures pérennes deux périodes de végéttion, - critères de choix vriétl : rusticité, productivité et qulité, - fvoriser les mélnges de vriétés et d espèces. I.2.2 / Les systèmes de production en griculture iologique : contrintes et spécificités Les exploittions conduites selon le mode de production groiologique n ont ps recours ux engris et pesticides de synthèse. L recherche de l'utonomie énergétique sur l rottion, l protection de l qulité environnementle et l stimultion des interctions et processus iologiques nturels fvorles u développement des cultures (Figure 2) est une des priorité de l'ab (Mrinri et l., 2006). Le ut de l AB est de développer une forme d griculture durle, tnt d un 14

27 Chpitre 1: Synthèse iliogrphique point de vue économique qu environnementl, sé sur l utosuffisnce énergétique et iologique du système plutôt que sur les pports externes (Wtson et l., 2002). Les systèmes de cultures en AB sont sés sur des rottions des cultures longues (en générl 4 à 6 ns) qui incluent une prt importnte de légumineuses (lternnce légumineuse/culture rle), le recyclge des effluents orgniques (fumiers/composts) et l ppliction d engris verts (Shepherd et l., 2002). L introduction de légumineuses et l pport de fumiers ou composts dns l rottion ont plusieurs vntges gronomiques : ils contriuent à l ugmenttion du stock de MOS et fvorisent insi l méliortion des propriétés physiques, chimiques et iologiques du sol. Les légumineuses dns l rottion fournissent l N ssimille pour l culture suivnte et lièrent une grnde quntité de composés cronés liles fvorisnt insi le développement microien et l grégtion du sol (Shepherd et l., 2002). Si l fourniture d N est en générl moins importnte en AB qu en conventionnel elle est plus régulière sur l ensemle de l sison culturle (Berry et l., 2002). L introduction de légumineuses fvorise églement, tout comme l emploi fréquent d engris verts, d inter-cultures et d ssocitions végétles, l croissnce lomricienne (Scullion et l., 2002). Les systèmes de cultures groiologiques mettent donc en vnt, plus qu en conventionnel, le rôle des processus chimiques et iologiques du sol pour l fourniture d éléments ssimilles pr l culture en plce (Figure 2), ceux-ci étnt stockés de fçon plus importnte qu en conventionnel sous forme orgnique (Stockdle et l., 2002). L gestion des nutriments dns les systèmes iologiques est donc fondmentlement différente de celle des systèmes conventionnels. Les nutriments sont pportés u sol sous forme orgnique ou sous forme filement minérlisle (engris phosphtés minérux). Cependnt, il reste difficile de comprer les systèmes AB ux systèmes conventionnels. En effet, si de nomreuses études montrent que les prtiques en AB fvorisent l quntité, l ctivité et l diversité des microorgnismes du sol (Fließch et Mäder, 2000; Gosling et l., 2005; Mäder et l., 2002; Melero et l., 2006), peu d entre elles comprent les systèmes AB à des systèmes conventionnels vec pport de mtière orgnique (MO). Lorsque des systèmes AB sont comprés à des systèmes conventionnels vec pports de MO, ucune tendnce générle se dégge (Shnnon et l., 2002). Certins uteurs vncent donc que ce n est ps tnt le mode de conduite qui est importnt mis plutôt l quntité et l qulité de l MO qui est retournée u sol 15