Role of organic phosphorus forms, soil minerals, nitrogen, and plant functional traits on phosphorus availability and acquisition by plants
Rôle des formes de phosphore organique, des minéraux du sol, de l'azote et des traits fonctionnels des plantes sur la disponibilité et l'acquisition du phosphore par les plantes
Résumé
Soil phosphorus (P) deficiency limits the productivity of many agroecosystems. Modern agricultural practices depend heavily on mineral fertilizer derived from mined phosphate rock, a finite and steadily declining resource. Moving toward more sustainable sources for managing phosphorus (P) nutrition in agroecosystems, organic phosphorus (OP) derived from organic inputs and soil is increasingly considered to complement mineral P fertilizer. However, the dynamics of P added by organic input in soil-plant systems are still poorly understood and there is currently no clear information on how the OP composition of these amendments determines P availability. The objectives of this thesis were to better understand the role and interactions of OP forms, N, soil minerals, and crop functional traits on OP availability and P acquisition by plants in order to optimize organic fertilizer management in agroecosystems. By deciphering the interactions between soil minerals and the predominant forms of OPs in soils and organic fertilizers, we demonstrated that factors related to soil mineral properties and molecular traits of OPs directly affected OP responses and release in the soil. Similarly, these factors affected the availability of OPs in the rhizosphere and their uptake by the plant. The beneficial effect of N addition on OP availability was highlighted in characterizing N-OP-mineral interactions. This provided important information on ecosystem P cycling under N addition and the biogeochemical properties involved, which will allow ecosystem models to accurately predict plant N-P limitation and its impacts, and will also help build robust ecosystem models with fully coupled N-P or C-N-P interactions. The improvement in P acquisition by most species from OPs indicated that the positive response of P acquisition strategies to OP sources resulted in greater P availability and acquisition from OPs. Some species and strategies specific to certain forms of P, highlight specialized ecological niches. In addition, several species and strategies with high plasticity demonstrate a broad ecological niche and strong potential to improve P availability, P recycling from the diversity of P forms in soils, or biobased fertilizers. Finally, the identification by modeling of major traits involved in P acquisition strategies and their ability to better predict P acquisition offers opportunities to design crop species compositions and more specifically the functional structure of crop plant communities (e.g. intercrops, cover crops...) to estimate total soil OP reserves and at least its specific forms (IHP, G6P, GLY, etc.) in a multi-species cropping system. These new insights, ranging from the adsorption process to the influence of plant P acquisition strategy on P cycling in agroecosystems, could contribute to the improvement of existing models and their integration into decision support systems. These systems would, in turn, allow assessing the overall effects of interactions between organic inputs, soil, and plants on P availability and support farmers' management decisions, such as adapted P fertilization
La carence en phosphore (P) des sols limite la productivité de nombreux agroécosystèmes. Les pratiques agricoles modernes sont fortement tributaires des engrais minéraux dérivés de la roche phosphatée extraite, une ressource limitée et en constante diminution. Dans l'optique d'une gestion plus durable de la nutrition en P dans les agroécosystèmes, le phosphore organique (OP) provenant d'intrants organiques et du sol est de plus en plus considéré comme un complément aux engrais minéraux P. Cependant, la dynamique du P ajouté par les apports organiques dans les systèmes sol-plante est encore mal comprise et il n'existe actuellement aucune information claire sur la façon dont la composition OP de ces amendements détermine la disponibilité du P. Les objectifs de cette thèse étaient de mieux comprendre le rôle et les interactions des formes d'OP, de N, des minéraux du sol et des traits fonctionnels des cultures sur la disponibilité des OP et l'acquisition de P par les plantes afin d'optimiser la gestion des engrais organiques dans les agroécosystèmes. En déchiffrant les interactions entre les minéraux du sol et les formes prédominantes d'OP dans les sols et les engrais organiques, nous avons montré que les facteurs liés aux propriétés minérales du sol et aux caractéristiques moléculaires des OP affectaient directement les réactions des OP et leur libération dans le sol. De même, ces facteurs ont affecté la disponibilité des OP dans la rhizosphère et leur absorption par la plante. L'effet bénéfique de l'ajout de N sur la disponibilité des OP a été mis en évidence dans la caractérisation des interactions N-OP-minéraux. Cela a fourni des informations importantes sur le cycle du P dans les écosystèmes en cas d'ajout de N et sur les propriétés biogéochimiques impliquées, ce qui permettra aux modèles d'écosystèmes de prédire avec précision la limitation N-P des plantes et ses impacts, et aidera également à construire des modèles d'écosystèmes robustes avec des interactions N-P ou C-N-P entièrement couplées. L'amélioration de l'acquisition de P par la plupart des espèces à partir des OP a démontré que la réponse positive des stratégies d'acquisition de P aux sources d'OP a entraîné une plus grande disponibilité et acquisition de P à partir des OP. Certaines espèces et stratégies spécifiques pour certaines formes de P, soulignent des niches écologiques spécialisées. En outre, plusieurs espèces et stratégies à forte plasticité montrent une large niche écologique et un fort potentiel pour améliorer la disponibilité du P, le recyclage du P à partir de la diversité des formes de P dans les sols ou les engrais biosourcés. Enfin, l'identification par modélisation des traits majeurs impliqués dans les stratégies d'acquisition du P et leur capacité à mieux prédire l'acquisition du P, offre des opportunités pour concevoir des compositions d'espèces cultivées et plus spécifiquement la structure fonctionnelle des communautés végétales cultivées (ex : cultures intercalaires, plantes de couverture...) pour estimer les réserves totales d'OP du sol et au moins ses formes spécifiques (IHP, G6P, GLY, etc.) dans un système de culture multi-espèces. Ces nouvelles connaissances allant du processus d'adsorption à l'influence de la stratégie d'acquisition du P par les plantes sur le cycle du P dans les agroécosystèmes pourraient contribuer à l'amélioration des modèles existants et à leur intégration dans des systèmes d'aide à la décision. Ces systèmes permettraient à leur tour d'évaluer les effets globaux des interactions entre les intrants organiques, le sol et les plantes sur la disponibilité du P et de soutenir les décisions de gestion des agriculteurs, telles qu'une fertilisation P adaptée
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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