Effect of the understory vegetation strip on soil organisms and soil fertility in temperate agroforestry systems | Impact du linéaire sous arboré sur les organismes et la fertilité du sol en système agroforestier tempéré

Inglés. Alley cropping systems are composed of tree rows alternating with crop alleys. Their interest in providing ecosystem services is increasingly acknowledged. In particular, they could have a positive impact on nutrient accessibility, soil carbon content and could increase the biodiversity of soil invertebrates associated with the provision of ecosystem services (carbon and nutrient cycling, pest regulation, etc). However, few studies have taken into account the spatial heterogeneity of soil fertility and soil organisms within these systems. A key question, however, is whether soil functioning is impacted only below the tree row, or whether crop alleys benefit from the presence of the tree row. Moreover, the positive effects of alley cropping systems are often attributed to the tree. However, the tree row is not cultivated and not tilled, resulting in the development of predominantly herbaceous vegetation, either natural or seeded, forming an understory vegetation strip (UVS). This UVS could play a particularly important role in providing organic matter in the first few centimeters of the soil, and provide an interesting habitat for soil organisms. The objective of my PhD thesis is to determine the impact of the UVS on the spatial variation of soil fertility and some associated organisms (microorganisms and macrofauna), through various observations and an experimentation in situ.I studied in a first chapter the variations of soil fertility and soil organisms within the UVS (with the distance to the tree) and between UVS and crop alleys, in two young plots in South-West France. This study has shown on the one hand that the distance to the tree does not modify the properties of the UVS with sown UVS. On the other hand, it showed that young UVS can induce an increase in the C and available P contents in the first centimeters of soil under the UVS compared to the crop alley, but that their effect on the variation of soil microbial biomass and respiration and on the abundance of macrofauna is less clear. Soil organisms may even be negatively impacted by the proximity to the UVS. Secondly, I studied the variation of soil fertility and soil organisms with the distance from the UVS at different seasons within three shade treatments in a 22 year old market gardening plot in the South of France. This plot was sampled using a design that took into account the distance to the tree, but also the impact of herbaceous strips without trees. This study showed that the UVS has a strong impact on the abundance of soil macrofauna and the efficiency of microorganisms in the UVS independently of the presence and proximity to the tree, but that it induces little heterogeneity within the crop alley in its immediate vicinity. Moreover, the presence of trees has a greater impact on soil fertility than the UVS. Finally, there is a great variability in the response of soil organisms depending on the season, and the UVS can be a refuge for macrofauna in some seasons, while the distribution of macrofauna in the plot is more homogeneous in other seasons. In a final chapter, I studied the movement of earthworms near the UVS in a 23 year old plot near Montpellier. This study suggests that in spring, endogeic earthworms move more towards the UVS than towards the crop alley.

Francés. Les systèmes agroforestiers en allées cultivées sont composés d'une alternance de lignes d'arbres et d'allées cultivées. Leur intérêt dans la fourniture de services écosystémiques commence à être bien démontré. En particulier, ils auraient un impact positif sur l'accessibilité des nutriments, la teneur en carbone des sols et l'augmentation de la biodiversité des invertébrés du sol associés à la fourniture de services écosystémiques (cycle du carbone et des nutriments, régulation des ravageurs, etc). Cependant, peu d'études ont pris en compte l'hétérogénéité spatiale de la fertilité et des organismes du sol au sein de ces systèmes. Une question essentielle est pourtant de déterminer si le fonctionnement du sol est impacté seulement sous la ligne d'arbres, ou si les allées cultivées bénéficient de la présence de cette ligne d'arbres. De plus, les effets positifs des systèmes en allées cultivées sont souvent attribués à l'arbre. Cependant, la ligne d'arbres n'est pas cultivée et le sol n'y est pas travaillé, entraînant le développement d'une végétation majoritairement herbacée, naturelle ou semée, formant un linéaire sous arboré (LSA). Ce LSA pourrait jouer un rôle particulièrement important dans l'apport de matière organique dans les premiers centimètres du sol, et fournir un habitat intéressant pour les organismes du sol. L'objectif de mon projet de doctorat est de déterminer l'impact du LSA sur la variation spatiale de la fertilité du sol et de certains organismes associés (microorganismes et macrofaune), au travers de différentes observations et d'une expérimentation in situ.Pour cela, j'ai étudié dans un premier chapitre les variations de la fertilité et des organismes du sol au sein du LSA (avec la distance à l'arbre) et entre LSA et allée cultivée, dans deux jeunes parcelles en grandes cultures dans le Gers. Cette étude a montré d'une part que la distance à l'arbre ne modifie pas les propriétés de LSA semés. D'autre part, elle a montré que de jeunes LSA peuvent induire une augmentation de la teneur en C et en P disponible dans les premiers centimètres du sol sous le LSA en comparaison avec l'allée cultivée, mais que leur effet sur la variation de la biomasse et respiration des microorganismes du sol et sur l'abondance de la macrofaune est moins clair. Les organismes du sol peuvent même être négativement impactés par la proximité au LSA. Deuxièmement, j'ai étudié la variation de la fertilité et des organismes du sol en fonction de la distance au LSA à différentes saisons au sein de trois modalités d'ombrage, dans une parcelle de 22 ans cultivée en maraîchage dans le Gard. Cette parcelle a été échantillonnée selon un design permettant de prendre en compte la distance à l'arbre, mais également l'impact de bandes enherbées sans arbres. Cette étude a montré que le LSA impacte fortement l'abondance de la macrofaune du sol et l'efficience des microorganismes dans le LSA indépendamment de la présence et proximité à l'arbre, mais qu'il induit peu d'hétérogénéité au sein de l'allée cultivée dans sa proximité immédiate. De plus, la présence des arbres impacte davantage la fertilité du sol que le LSA. Enfin, il existe une grande variabilité de la réponse des organismes du sol en fonction de la saison, le LSA pouvant être un refuge pour la macrofaune a certaines saisons, alors que la distribution de la macrofaune dans la parcelle est plus homogène a d'autres saisons. J'ai étudié dans un dernier chapitre les mouvements de vers de terre à proximité du LSA dans une parcelle de 23 ans en grandes cultures près de Montpellier. Cette étude suggère qu'au printemps, les vers de terre endogés se déplacent davantage vers le LSA que vers l'allée cultivée.