Carbon storage in soils by ancient and modern wheat varieties
Stockage de carbone dans les sols par les variétés de blé anciennes et modernes
Résumé
Les émissions anthropiques de gaz à effet de serre sont le principal moteur du changement climatique. Le plan Climat, issu de la COP 21 tenue à Paris en 2015, vise à atteindre la neutralité carbone à l'horizon 2050. Pour atteindre cette neutralité carbone, les gaz à effet de serre doivent d'abord être stabilisés, puis fortement réduits au cours du siècle prochain. Dans cette dynamique, l'initiative « 4 pour 1000 » fixe comme objectif d'atteindre un taux de croissance annuel du stock de carbone dans les sols de 0,4% par an. Ce stockage additionnel devrait compenser les émissions de CO2 dans l'atmosphère liée aux activités humaines. Les sols agricoles sont identifiés comme un compartiment de la biosphère continentale sur lequel l'adoption de bonnes pratiques permettrait d'atteindre l'objectif 4. Dans le même temps, le gouvernement français souhaite faire de l'agriculture « une alliée de la biodiversité » en promulguant le Plan biodiversité (Plan Biodiversité, 2018) qui vient renforcer et actualiser les plans antérieurs favorisant l'agroécologie. Ce dernier intègre la prise en compte de la diversité génétique, indispensable pour préserver l'adaptabilité du vivant aux conditions de vie future, dont la diversité des espèces cultivées en agriculture de rente ou vivrière. À la croisée de ces dispositifs gouvernementaux, le sujet de thèse a pour vocation d'aider au développement de systèmes de culture agroécologique pluri performants en capacité à maximiser de nombreux services écosystémiques, dont le stockage de carbone, via la mobilisation d'un patrimoine génétique délaissé que constituent les variétés anciennes de blé. L'un des critères de performance critique, au-delà du rendement, résidera en la capacité de production de biomasse racinaire et de stockage de la matière organique non simplement dans les horizons organo-minéraux de surface, mais aussi dans les horizons minéraux profonds souvent non considérés, mais pourtant puits de carbone et source d'alimentation minérale et hydrique. Cette thèse s'articulera autour de deux chantiers. Dans le premier, une expérimentation agronomique aura pour objectif de comparer quatre variétés modernes et quatre variétés anciennes en présence et absence d'intrants de synthèse. Les différents compartiments pouvant être affectés par le génotype des plantes, à savoir la biomasse aérienne (notamment les grains), la biomasse racinaire (et sa distribution), les exsudats racinaires et la biomasse microbienne, seront comparés pour les variétés modernes et anciennes. Le second chantier, analytique, aura pour objectif de déterminer la cinétique de minéralisation, par des incubations en conditions contrôlées, des échantillons prélevés dans le premier chantier. Ces échantillons, seront incubés dans des flacons placés dans des étuves. La minéralisation de la matière organique sera suivie par des mesures régulières de CO2. La détermination des paramètres des cinétiques de minéralisation par modélisation statistique permettra une projection de cette minéralisation afin de prévoir la part de carbone des différents compartiments qui sera stabilisée à long terme. Le couplage des résultats sur la taille des compartiments dans la première approche et sur la cinétique de minéralisation dans la seconde devrait permettre de définir si les variétés de blé anciennes permettent de stocker plus de carbone dans les sols agricoles que les modernes. Et, le cas échéant la surface à convertir en variétés anciennes pour parvenir à l'objectif 4 . Le rendement des variétés sera également suivi afin d'évaluer le compromis potentiel à trouver entre production de grain et stockage de carbone, en fonction de l'usage d'intrants.
Titre traduit : Carbon storage in soils by ancient and modern wheat varieties
Anthropogenic emissions of greenhouse gases are the main driver of climate change. The Climate Plan, resulting from the COP 21 held in Paris in 2015, aims to achieve carbon neutrality by 2050. To achieve this carbon neutrality, it must first be stabilized during the next century. In this dynamic, the "4 per 1000" initiative aims to achieve an annual growth rate of carbon stock in soils of 0.4% per year. This additional storage should offset CO2 emissions in the atmosphere related to human activities. Agricultural soils are identified as a compartment of the continental biosphere on which the adoption of good practices could achieves goal 4. At the same time, the French government wants to make agriculture "an ally of biodiversity" by promulgating the Biodiversity Plan which has strengthened and updated previous plans promoting agroecology. It integrates the consideration of genetic diversity, essential to preserve the adaptability of life to future living conditions, including the diversity of species grown in cash crops or food. At the crossroads of these governmental devices, the subject of the PhD thesis aims to help the development of multi-performing agroecological culture systems with the capacity to maximize many ecosystem services, including carbon storage, through the mobilization of a neglected genetic heritage that are the ancient varieties of wheat. One of the critical performance criteria, beyond yield, will lie in the capacity to produce root biomass and to store organic matter not just in the surface organo-mineral horizons, but also in the deep mineral horizons often not considered, but carbon sink and mineral and water supply source. This thesis will be structured around two projects. In the first, an agronomic experiment will aim to compare four modern and four old varieties in the presence and absence of synthetic inputs. The different compartments that can be affected by the genotype of plants, namely above ground biomass (including grain), root biomass (and its distribution), root exudates and microbial biomass, will be compared for modern and old varieties. The second project, analytical, will aim to determine the kinetics of mineralization, by incubations under controlled conditions, samples taken from the first site. These samples, undisturbed, will be incubated in flasks placed in ovens. The mineralization of organic matter will be followed by regular measurements of CO2. The determination of kinetic parameters of mineralization by statistical modeling will allow a projection of this mineralization to predict the carbon content of the different compartments, which will be stabilized in the long term. The coupling of the results on the size of the compartments in the first approach and on the kinetics of mineralization in the second should make it possible to define whether old wheat varieties can store more carbon in agricultural soils than modern ones. And, the appropriate surface to convert into old varieties to achieve the 4 goal. Varietal yield will also be monitored to assess the potential trade-off between grain production and carbon storage, based on input use.