Characterization of pulses functional diversity for the design of sustainable agro-ecosystems under low-input conditions | Caractérisation de la diversité fonctionnelle des légumineuses à graines pour la conception d'agro-écosystèmes durable en condition bas intrants

إنجليزي. Pulses are generally recognized for their multiple nutritional and environmental benefits. However,most legume species can be defined as orphan crops. This underlines the lack of knowledge onlegume diversity and the importance of studying this diversity and elucidating how it supports thefunctioning of agro-ecosystems. Functional trait approach could guide the inclusion of pulses intoagro-ecosystems to provide one or more services. This work aimed at synthetizing current knowledgeon the functional diversity of cultivated pulses at the interspecific level as well as producing newinsights on the relationships between pulses functional trait variation and agro-ecosystemsfunctioning. We focused on agro-ecosystem properties hypothesized to be good indicators of threespecific agro-ecosystem services related to food provision in low-input systems: yield under dryconditions, nitrogen (N) fixation, and competitiveness toward weeds. We combined concepts andmethods from functional ecology, crop physiology and agronomy. We applied multivariate statisticalmethods to data collected from the literature and to data collected from an original field experimentto explore traits-agro-ecosystem properties relationships under multiple environments (literaturedata) or optimal environmental conditions (field experiment). A controlled experiment in potsallowed to assess the effect of water deficit on key processes such as transpiration and biological Nfixation. Our results highlighted covariation patterns and trade-offs between agro-ecologicalproperties supported by different pulses species. Pulses diversity was also described throughfunctional traits and indicated leaf traits as key drivers of inter- and intra-species variability. Nitrogencontent of plant organ and seeds traits also captured a great part of pulses diversity. Those traits wererelated to agro-ecosystem properties. Although they were predicted by multiple alternativecombinations of traits it was possible to identify that leaf N content was an important predictor ofpulses agro-ecosystem properties. We compared different approaches (meta-analysis andexperimental) and discussed intra-species variability. Controlled experiment revealed a large intraand interspecific variability in the response of N fixation and transpiration dynamics, as well asrelationships between leaf traits, C/N metabolism, and soil drying-responses of growth, transpiration,and N2 fixation. We also discussed the intrinsic limitations of trait-based approach and pertinencefor its application to agro-ecosystem diversification.

فرنسي. Les légumineuses à graines sont généralement reconnues pour leurs nombreux avantages nutritionnelet environnementaux. Cependant, la plupart de ces espèces peuvent être définies comme des culturesorphelines. Ce constat souligne le manque de données et de connaissances quant à la diversité deslégumineuses. L’étude de cette diversité via l'approche des traits fonctionnels pourrait guiderl’insertion des légumineuses dans les agro-écosystèmes. Le but de ces travaux a été de synthétiserles connaissances actuelles sur la diversité fonctionnelle des légumineuses cultivées au niveauinterspécifique, ainsi que de produire de nouvelles connaissances sur les relations entre les traitsfonctionnels et le fonctionnement des agro-écosystèmes. Nous nous sommes concentrés sur uncertain nombre de propriétés des agro-écosystèmes dont nous supposons qu'elles sont de bonsindicateurs de trois services agroécosystemiques importants et liés à l'approvisionnement alimentairedes système bas intrants : le rendement en conditions sèches, la fixation de l’azote et la compétitivitéface aux adventices. Pour cela, nous avons combiné des méthodes et des approches issues dedifférentes disciplines : écologie fonctionnelle, physiologie et agronomie. Nous avons appliqué desméthodes de statistique multivariée sur une base de données collectées dans la littérature puis auxdonnées originales recueillies lors d'une expérience au champ pour explorer les relations entre traitset propriétés des agro-écosystèmes dans des environnements multiples (données de la littérature) oudans des conditions environnementales communes et optimales (expérience sur le terrain). Uneexpérience en conditions contrôlées a également permis d'évaluer l'effet du déficit en eau sur desprocessus clés tels que la transpiration et la fixation biologique de l'azote. Nos résultats ont mis enévidence la structure de covariation ainsi que des compromis entre les propriétés soutenues pardifférentes espèces de légumineuses. La diversité des légumineuses a également été décrite par lebiais de traits fonctionnels. Les traits foliaires ont été mis en évidence comme étant le principalélément de variabilité inter- et intra-espèces. La teneur en azote des organes végétaux et des semencesconstituait également un facteur important de la diversité des légumineuses. Ces traits ont été liésaux propriétés des agro-écosystèmes. Bien que ces derniers puissent être prédits par de multiplescombinaisons de traits, il a été possible d'identifier le LNC comme un indicateur important despropriétés de l'agro-écosystème. Nous avons comparé différentes approches (méta-analyse etexpérimentale) et discuté de la variabilité intra-espèce. L’expérience contrôlée a révélé une grandevariabilité intra et interspécifique dans la réponse de la fixation de l'azote et de la dynamique de latranspiration, ainsi que des relations entre traits foliaires, métabolisme C/N et réponses de lacroissance, de la transpiration et de la fixation du N2 au dessèchement du sol. Nous avons égalementdiscuté des limites intrinsèques de l'approche basée sur les caractères et de son potentiel pourl'application dans la conception d’agro-écosystèmes diversifiés.