Agroforesterie et biodiversité microbienne du sol : impacts sur la multifonctionnalité et services écosystémiques dans les systèmes agricoles bocagers

Description du sujet

Contexte et objectifs

Dans un contexte de changements climatiques,  l’agriculture est aujourd’hui confrontée à de nouveaux challenges et de nombreux leviers doivent être mis en œuvre pour faciliter son adaptation face à ces phénomènes climatiques fluctuants et extrêmes. L’agroforesterie, définie comme l’association d’arbres et de cultures ou d’animaux sur une même parcelle, est présentée comme un levier d’action face à ces enjeux. En effet, ces systèmes permettent de limiter I ’érosion des sols, préserver les réservoirs de biodiversité, limiter les effets des phénomènes climatiques extrêmes, et réguler les pressions de pathogènes et ravageurs. Cependant, les performances de ces systèmes sont complexes à étudier en raison d’effets confondants potentiels, en particulier vis à vis du microbiote du sol. En particulier, la composante bactérienne et fongique des sols, qu’elle soit bénéfique ou susceptible d’affecter la santé des plantes, est fortement affectée par les phénomènes climatiques extrêmes. L’évolution des communautés microbiennes des sols est sous la pression sélective du climat et des boucles de rétroactions sols-plantes modulées par les pratiques. Cependant, la contribution des arbres dans la régulation et la stabilité du microbiome des sols reste un front de science. Ainsi, une approche holistique des liens entre communautés du sol, arbres, fonctions agronomiques et changement climatique est indispensable pour identifier les déterminants du fonctionnement de ces systèmes. En outre, il est indispensable, pour la mise en œuvre des pratiques d’agroforesterie, de tenir compte des aspirations des producteurs et productrices agricoles, qui seront les acteurs de la transition agroécologique.

Dans ce contexte, les objectifs des travaux de thèse visent à i) évaluer l’impact des systèmes agroforestiers en contexte bocager breton sur la diversité microbienne du sol et ii) mesurer la résilience et capacité de ces sols à limiter les maladies des cultures lors de phénomènes climatiques extrêmes pour une agriculture bas intrants.

Description des travaux

Les travaux de la thèse seront organisés en 3 volets, décrits ci-dessous. Après un état des lieux des pratiques (WP1), le microbiote de sols de systèmes agroforestiers contrastés sera analysé (WP2), puis sa résilience aux aléas climatiques testée en microcosmes (WP3).

WP1. Caractérisation des systèmes agroforestiers finistériens, choix des parcelles de la thèse et perception des producteur.rices de l’intérêt des arbres

Ce premier volet aura pour objectif de faire un état des lieux de la diversité des systèmes agroforestiers et leurs spécificités, notamment socio-culturelles du département du Finistère, sur la base d’une enquête diffusée auprès des producteur.rices laitier.ères. Pour cela, le.a doctorant.e pourra s’appuyer sur le réseau des coopératives laitières et de la chambre d’agriculture de Bretagne, porteuse du projet Startijin Valait à laquelle cette thèse est adossée. Ces résultats nous permettront d’identifier (i) la prévalence des implantations d’arbres intraparcellaires et les rotations associées à ces pratiques et (ii) la densité des haies (en mètres linéaires/SAU) dans les exploitations ainsi que leur âge, hauteur et composition (iii) les perceptions des agriculteur.rices vis-à-vis des arbres ainsi que les freins et leviers relatifs à l’implantation et le maintien des arbres.

Sur la base de ces éléments, nous sélectionnerons un maximum de 30 parcelles présentant des degrés contrastés d’implantation des arbres (haies et arbres intra-parcellaires), toutes cultivées avec la même culture au moment des prélèvements. En outre, des entretiens semi-directifs seront réalisés visant à questionner plus en détail les producteur.rices impliqués dans ce travail sur leurs pratiques et les freins à l’implantation des haies ainsi que sur leur perception de l’intérêt des arbres et des services écosystémiques rendus

WP2. Diversité taxonomique et fonctionnelle du microbiote tellurique en fonction des pratiques d’agroforesterie

Durant deux cycles culturaux, pour chacune des parcelles sélectionnées dans le WP1, la diversité microbienne des échantillons de sols prélevés à différentes distances des arbres sera évaluée par analyse métagénomique (bactéries, champignons, protozoaires, ..). Au-delà de la description de la diversité taxonomique, cette approche permettra d’étudier les fonctions métaboliques et processus écologiques clés du fonctionnement du sol (impliqués dans les cycles biogéochimiques du carbone ou de l’azote, la décomposition de la matière organique, la fixation de l’azote ou la nitrification).

Des mesures complémentaires de diversité fonctionnelle des plantes (arbre, végétation sous linéaires, cultures) et d’analyses physico-chimiques des sols (pH, texture, capacité d’échange cationique, teneurs en carbone, azote et phosphores, potentiel de minéralisation et de nitrification) seront déterminées sur ces échantillons. Les mesures, appelées traits, seront corrélées aux estimations de la diversité taxonomiques et fonctionnelles afin de comprendre les potentiels liens de causalité entre la présence de l’arbre et le fonctionnement du sol et pratiques agricoles.

WP3. Impact de stress climatiques sur la résilience et suppressivité des sols issus de systèmes agroforestiers

A partir d’échantillons de sol prélevés dans une sélection de parcelles représentatives des systèmes agroforestiers finistériens du WP2, des essais en microcosmes seront réalisés afin d’évaluer l’impact de stress climatiques (variation de température et/ou teneur en eau des sols) sur la diversité et la résilience/résistance du microbiote des sols, évaluées par métabarcoding (composition du microbiote) et qPCR (abondance bactérienne et fongique).

Puis, à l’issue de leur trajectoire de stress, ces sols seront contaminés artificiellement par un agent tellurique pathogène et des plantes sensibles à cet agent seront plantées dans ces sols. La capacité des sols à limiter le développement de l’agent pathogène dans le sol et/ou l’expression de la maladie sera étudiée au regard de leur origine et des stress climatiques appliqués. Le pathosystème ciblé sera celui de la fusariose des céréales pour lequel des protocoles ont déjà été éprouvés au LUBEM pour mesurer l’effet fongistatique des sols par qPCR et l’impact sur une céréale modèle (Brachypodium distachyon) en chambre de culture.

Présentation des moyens et du consortium

Cette thèse est adossée au démonstrateur territorial Startijin Valait porté par la chambre d’agriculture de Bretagne. Le suivi du projet se fera donc en collaboration étroite avec celle-ci. En particulier, nous nous appuierons sur le réseau de parcelles des coopératives laitières faisant partie de Startijin Valait pour la diffusion des enquêtes et le choix des parcelles de l’étude.

Les travaux de cette thèse reposent sur la complémentarité des expertises au sein du LUBEM (écologie microbienne et phytopathologie) et de SAS (agronomie, écologie fonctionnelle des plantes et fonctionnement des sols). Drs. A. Picot et F. Pensec (LUBEM) ont déjà conduit des travaux visant à évaluer la résilience des sols face aux aléas climatiques (projet ClimatVeg) ou leur suppressivité vis-à-vis de la fusariose (thèses F. Legrand et TBH. Nguyen). Prof. E. Le Cadre est spécialiste de l’agroforesterie intraparcellaire et bocagère et a conduit plusieurs projets de recherche sur les liens entre diversité végétale et résilience des sols, et leurs perceptions par le monde agricole. Au travers de son UMR, elle dispose  de ressources dans la conduite d’entretiens dans le cadre de projets en lien avec les sciences humaines et sociales.

Précisions sur le financement

Le financement (salaire de la thèse) est en cours d'acquisition suite à un dépôt de dossier auprès de la Fondation Ginkgo pour l’environnement. La réponse sera obtenue le 26 mai.

La thèse se déroulera au LUBEM, Laboratoire de Biodiversité et d’Ecologie Microbienne, à Plouzané, près de Brest (29). Une partie des analyses sera également réalisée au sein de l’UMR SAS (Sol Agrohydrosystèmes et Spatialisation) à Rennes (35). Des déplacements sont à prévoir.

La thèse sera co-dirigée par la Dr. Adeline Picot (MCF HDR, LUBEM, adeline.picot@univ-brest.fr), la Prof. Edith Le Cadre (Prof. HDR, SAS, edith.lecadre@institut-agro.fr) et la Dr. Flora Pensec (MCF LUBEM, flora.pensec@univ-brest.fr)

Compétences scientifiques et techniques requises pour le candidat

Le(a) candidat(e) devra être diplômé(e) de Master 2 ou d'école d’ingénieurs, spécialisé(e) ou ayant effectué un stage en écologie microbienne appliquée à l’agronomie.

Le(a) candidat(e) retenu(e) devra également faire preuve d'autonomie, d'un bon esprit d’équipe et d’une appétence pour le traitement des données de séquençage haut-débit (langage R et python).