Associations de légumineuses et autres familles végétales : fausses idées reçues sur les transferts d azote

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Florentin Coutu
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1 Associations de légumineuses et autres familles végétales : fausses idées reçues sur les transferts d azote mais vraie dynamisation de la fertilité des sols Joëlle FUSTEC LEVA, ESA Angers Journée technique 5 décembre 2014 LEGTA, Ondes

Ce qu on pense instinctivement : «Lorsqu on

Cela permet d avoir une meilleure accumulation

2 Ce qu on pense instinctivement : «Lorsqu on associe une légumineuse à une autre culture, la légumineuse lui transfère l azote qu elle a prélevé dans l air. Cela permet d avoir une meilleure accumulation d azote dans la culture associée.» Est-ce qu on sait comment se font ces transferts?

3 N 2 (air) Les transferts d azote sont-ils en lien avec la rhizodéposition azotée? Rhizodéposition S P eau Rhizobium N minéral (sol) nodosités Régénération racines et nodosités, Exsudats, Mucilages, Ammonium. Jusqu à 15% de l azote totalde la légumineuse à maturité. (Rhizodéposition nette) Mahieu et al. 2007, Plant Soil Fustec et al. 2010; Agron. Sustain. Dev.

N 2 (air) Voies de transfert supposées - Après

organismes du sol - Transferts directs de

- Transferts par le biais de mycorhizes?

4 N 2 (air) Voies de transfert supposées - Après minéralisation des rhizodépôtspar les organismes du sol - Transferts directs de racine à racine? - Transferts par le biais de mycorhizes? Fixation symbiotique Transferts N? Rhizodéposition azotée nette (Exsudats, mucilages, contenus cellulaires, turnover racines et nodosités, NH4+ ) Pois Disponibilité azote sol (azote minéral) Céréale

5 Est-ce qu on sait quelle quantité d azote est transférée? Dans les associations graminée-trèfle : 40-50% du N de la graminée provient du trèfle (Høgh-Jensen and Schjoerring 2000, Gylfadóttir et al ) En cultures annuelles, où le pas de temps est plus court : Quelle quantité??? (Jensen 1996, Xiao et al ) Mesurer les transferts d azote, oui mais comment?

6 Nous avons mesuré les transferts d azote dans les associations dans le cadre de deux programmes de recherche Associations pois - blé dur (pois utilisé en tant que «plante de service») Associations colza - féverole

7 Urée 15 N

8 Essai 1 1 pois (P) et/ou 2 blés (B) 2B 2B 2B LEVA, ESA Angers

Quantité d azote transféré (microgrammes par plante) - Les quantités d azote transféré sont très faibles - Le

quantités équivalentes d azote sont transférées des blés vers le pois 600 500 400 300 200 100 0 Pois -> blé Blé

Maturité Stade de développement du pois (Moyenne ±SE) N donneur X (D1-D0) %Ntrans =

9 Quantité d azote transféré (microgrammes par plante) - Les quantités d azote transféré sont très faibles - Le pois a transféré moins de 1 % de son azote aux blés - Moins de 1% de l azote des blés provient du pois - Des quantités équivalentes d azote sont transférées des blés vers le pois Pois -> blé Blé -> pois b b a a a a Veg. Flo. Maturité Stade de développement du pois (Moyenne ±SE) N donneur X (D1-D0) %Ntrans = X 100 [N donneur X (D1-D0)] + [N receveur X (R1-R0)] D1-D0 = atom % 15 N excess donneur R1-R0 = atom % 15 N excess receveur Hogh-Jensen and Schjoerring 2000

10 Essai 2 1 pois (P) et/ou 1 blé (B) B B B Toile à bluter 30 µm Sol très pauvre en azote minéral LEVA, ESA Angers

Masse d azote transféré du pois au blé (microgrammes par plante) - Les transferts d azote nécessitent l enchevêtrement des racines - Les transferts sont légèrement plus élevés dans le sol pauvre en

11 Masse d azote transféré du pois au blé (microgrammes par plante) - Les transferts d azote nécessitent l enchevêtrement des racines - Les transferts sont légèrement plus élevés dans le sol pauvre en azote minéral, mais l azote du pois ne représente toujours pas plus de 1 % de l azote du blé *** Racines enchevêtrées Racines séparées Intermingled separated (Fustec et al. 2012, plaquette PerfCom )

de l association semblent négligeable Quantité d azote transféré trop

12 Il y a bien des transferts d azote du pois au blé durant le cycle de culture MAIS, la contribution de ces transferts d azote aux performances de l association semblent négligeable Quantité d azote transféré trop faible dans le pas de temps d une culture annuelle et transferts bi-directionnels

13 Pari Scientifique INTRANBA Et dans les associations colza-légumineuse, est-ce que c est la même chose?

14 Culture en rhizotrons sous serre N15 N15 N15 N15 Témoins non marqués au N 15 Mesures de biomasse et azote total Utilisation du N 15 pour calculer - La fixation de l azote atmosphérique - La rhizodéposition azotée - Les transferts d azote Suivi du développement des racines N15 N15

15 Biomasses du colza et de la féverole Culture pure Association En association, le colza accumule plus de matière sèche qu en culture pure (Jamont, Piva, Fustec 2013, Plant Soil)

16 Azote Culture pure Association En association, le colza accumule plus d azote qu en culture pure % d azote issu de la fixation de l azote atmosphérique dans la féverole : En culture pure de féverole 70 % En association avec le colza 87 % (P < 0,05) (Jamont, Piva, Fustec 2013, Plant Soil)

17 Le gain d azote du colza en association est-il lié à des transferts d azote?

18 N 2 Colza Féverole N sol 100 % 87 % 13 % N air N sol + graine Rhizodéposition N 9,1 % (± 1%) Rhizodéposition N 8,3 % (± 1,3%) 14,2 mg/pl 11,8 mg/pl Transferts N 0.62 ± 0.06 mg 0.66 ± 0.24 mg (Jamont, Piva, Fustec, 2013, Plant Soil)

rhizodépôts varie en fonction des espèces Le rapport C/N des

19 Toutes les espèces végétales rhizodéposent du C et du N de l ordre de 30% de leur C 15% de leur N Mais la composition des rhizodépôts varie en fonction des espèces Le rapport C/N des rhizodépôts des légumineuses est plus faible que celui du blé ou du colza

20 Alors finalement, est-ce que ça fonctionne, les associations de cultures annuelles? Oui! mais lorsque le sol n est pas trop riche en azote minéral Le rendement global de l association peut être meilleur que celui des cultures pures l accumulation d azote dans la culture associée à la légumineuse est meilleure qu en culture pure. Et comment ça marche si les transferts d azote ne sont pas efficaces?

Il faut travailler les complémentarités dans les associations Associer - Des espèces qui utilisent la même ressource (ici l azote) de façon différée dans le temps ou dans l espace - Des

21 Il faut travailler les complémentarités dans les associations Associer - Des espèces qui utilisent la même ressource (ici l azote) de façon différée dans le temps ou dans l espace - Des espèces qui exploitent des formes chimiques différentes de la même ressource Une limite est le manque de connaissances sur les légumineuses et aussi sur d autres cultures concernant ces aspects

22 Les bénéfices en azote de l association sont significatifs lorsque le partage des ressources entre les espèces est au maximum à tous les stades de la culture Il faut considérer deux phases dans le fonctionnement de l association : 1 - L installation de la culture : la légumineuse ne fixe pas encore d azote atmosphérique et les deux espèces sont en compétition pour l azote du sol Des complémentarités de morphologie des racines peuvent atténuer cette compétition par rapport aux cultures pures. 2 - Après la mise en place des nodosités, la légumineuse puise son azote dans l air, laissant plus de ressources azotées du sol à la culture associée.

23 Les bénéfices en azote de l association sont significatifs lorsque le partage des ressources entre les espèces est au maximum à tous les stades de la culture Il faut considérer deux phases dans le fonctionnement de l association : 1 - L installation de la culture : la légumineuse ne fixe pas encore d azote atmosphérique et les deux espèces sont en compétition pour l azote du sol Des complémentarités de morphologie des racines peuvent atténuer cette compétition par rapport aux cultures pures. 2 - Après la mise en place des nodosités, la légumineuse puise son azote dans l air, laissant plus de ressources azotées du sol à la culture compagne.

24 Phase 1 Durant le premier mois de culture, les racines du colza et de la féverole se répartissent différemment dans le rhizotron Nombre de racines secondaires - INTRANBA Féverole Colza Temps en degrés-jours Cortes-Mora, Piva, Fustec 2010, J Crop Veg Science

25 En association, même avant la mise en place de la fixation de l azote atmosphérique, la compétition pour l azote du sol est moins forte qu en culture pure. Colza-colza Colza-féverole féverole-féverole

26 Des résultats comparables ont été obtenus avec les associations pois-orge Profondeur d enracinement (cm) Orge Pois Temps en degrés-jours (Corre-Hellou2005)

27 Phase 2 La présence de la culture non-fixatrice stimule la fixation de l azote atmosphérique N 2 Effet -retour positif NO 3- N minéral sol

28 Pourcentage d azote fixé chez le pois cultivé seul ou associé avec de l orge Cultures pures de pois 47,0 74,2 77,2 Associations A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 58,0 57,0 83,0 91,2 79,5 87,2 75,4 Ne pas négliger l impact de la compétition aérienne Corre-Hellou et al. 2006, Plant Soil

29 Si la complémentarité entre espèces est élevée et que les deux espèces utilisent mieux les ressources, est-ce que ça n épuise pas le sol? NON Car la fixation de l azote atmosphérique intègre une quantité importante d azote de l air dans le système et la quantité d azote du sol absorbée est moins élevée. L azote rhizodéposé qui n a pas été transféré à la plante voisine sera dégradé par les organismes du sol et disponible pour la culture suivante. A cela s ajoutera l azote des racines. Les transferts s effectueront donc plutôt vers la culture suivante que vers la culture compagne, ou dans les dernières phases du cycle de la culture compagne.

30 et maintenant? Beaucoup reste à faire Qualité des rhizodépôts azotés dans le temps (dynamique) et liens avec organismes du sol? Transferts d azote après gel ou maturité de la légumineuse? Connaissance d un plus grand nombre d espèces (développement racinaire, tolérance au nitrate des légumineuses, installation des cultures ) Besoin de variétés plus adaptées à ces pratiques

31 Merci de votre attention Unité de Recherche Légumineuses, Ecophysiologie Végétale Agroécologie

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