L’impact de la production intensive de cultures annuelles sur les ressources naturelles, sous la menace du changement climatique, a entraîné une amplification de la dégradation de l’environnement et de la perte de biodiversité à l’échelle mondiale. De ce point de vu, le développement de systèmes de culture de céréales pérennes peut permettre d’atténuer certains impacts.
L’agropyre intermédiaire (Thinopyrum intermedium L.) est l’un des exemples les plus avancés de cultures céréalières pérennes récemment développées pour la production alimentaire ou fourragère, avec des sites expérimentaux établis dans toute l’Europe. S’inspirant des écosystèmes naturels, en particulier des prairies, ces systèmes offrent une conception innovante pour promouvoir des solutions basées sur la nature (NBS) afin d’atténuer les désavantages de l’agriculture et de fournir des avantages écologiques. Avec une couverture permanente du sol, une production totale de biomasse élevée et des systèmes racinaires plus profonds, les cultures céréalières pérennes offrent des avantages fondamentaux pour l’atténuation/adaptation au changement climatique. Les cultures céréalières pérennes soutiennent des réseaux alimentaires très structurés et complexes, améliorant la diversité fonctionnelle et les conditions de conservation. Cependant, les effets sur la biodiversité, les performances des cultures et les services écosystémiques résultant de ces systèmes ne sont que peu connus. L’approche de recherche systémique de NAPERDIV est fondée sur des analyses comparatives entre des systèmes de culture de céréales pérennes et annuels établis le long d’un gradient paneuropéen (Suède, Belgique, France) avec différentes conditions agroécologiques et climatiques.
Grâce à un réseau interdisciplinaire et multisectoriel de chercheurs et de parties prenantes à travers l’Europe, NAPERDIV analyse (a) les performances agronomiques de l’agropyre intermédiaire afin d’évaluer et de simuler sa résistance aux aléas climatiques, (b) le microbiome associé aux cultures et ses avantages fonctionnels (promotion de la croissance, suppression des maladies), (c) la résistance du microbiome du sol à la sécheresse dans le cadre de la variabilité climatique prévue, et (d) la faune du sol, ses avantages et ses valeurs indicatives pour les performances des cultures, la diversité du système et les processus.
Les principales questions de recherche du projet sont :
- Dans quelle mesure la biodiversité fonctionnelle et les interactions se développeent-elles au fil des années dans un système de culture intégrant les céréales pérennes ?
- Comment ces changements biotiques contribuent-ils aux performances de la culture, à la durabilité en réduisant les intrants, et à la résilience face aux changements environnementaux ?
Approche méthodologique
L’approche de recherche de NAPERDIV repose sur des analyses comparatives entre les systèmes de culture de céréales pérennes et annuelles établis, en utilisant un gradient d’expérimentation pan-européen qui permet l’évaluation dans des conditions agro-écologiques et climatiques contrastées.
Le projet analyse particulièrement :
- Les performances agronomiques des céréales pérennes tel que le Kernza pour évaluer et simuler la résilience de la culture.
- Le microbiome associé à la culture et les services fonctionnels fournis
- La résilience du microbiome du sol contre la sécheresse en condition de variabilité climatique importante. Ceci est réalisé via la mise en place in-situ de zone d’exclusion de pluie.
- La faune du sol, ces bénéfices et indicateurs pour le fonctionnement du sol et de la plante. Pour cela, des analyses de la diversité fonctionnelle de la macro-faune du sol (vers de terre, carabes, …) sont réalisées.
- Les adventices de cultures, comprises comme une flore végétale spontanée, indicatrice des stratégies de croissance favorisée par le développement d’une culture pérenne.
Principaux résultats
Ce projet a permis de mieux caractériser les besoins thermiques et photopériodiques de la culture pour son développement tel que représenté ci-dessous.
Équipe projet
Olivier Duchêne, Cyrille Thomas, Christelle Ginot, Florian Celette, Anthony Roume, Adeline Cadiergues et Christophe David, unité de recherche Agroécologie et Environnement.
Partenaires
Gembloux AgroBio-Tech (Belgique), Université de Hohenheim (Allemagne), Université de Graz (Autriche), Université de Liège (Belgique), Université de Trier (Allemagne), Nicolaus Copernicus University of Torun (Pologne), Swedish University of Agricultural sciences (SLU – Suède)
Publications
Fagnant, L., Duchêne, O., Celette, F., David, C., Bindelle, J., Dumont, B., 2023. Learning about the growing habits and reproductive strategy of Thinopyrum intermedium through the establishment of its critical nitrogen dilution curve. Field Crops Research, 291, 108802. doi.org/10.1016/j.fcr.2022.108802
Förster, A., David, C., Dumont, B., Dimitrova Martensson, LM., Rasche, F., Emmerling, C. 2023. Earthworm populations and diversity under annual and perennial wheat in a North to South gradient in Western Europe. European Journal of Soil Biology 119, 103561. doi.org/10.1016/j.ejsobi.2023.103561
DeHaan, L., Crain, J., Poland, J., Sacks, E., Anderson, J., Bajgain, P., Basche, A., Cattani, D., Crews, T., David, C., Duchêne, O., Gutknecht, J., Hayes, R., Hu, F., Jungers, J., Knudsen, S., Kong, W., Larson, S., Lundquist, PO., Luo, G., Miller, A., Nabukalu, P., Newell, M., Olsson, L., Palmgren, M., Patterson, M., Picasso, V., Wang, S., Westerbergh A. 2023 Discussion: Prioritize Perennial Grain Development for Sustainable Food Production and Environmental Benefits. Authorea doi.org/10.22541/au.168787023.36471151/v1
Duchêne, O., Bathellier, C., Dumont, B., David, C., Celette, F., 2023. Weed community shifts during the aging of perennial intermediate wheatgrass crops harvested for grain in arable fields. Eur. J. Agron. 143, 126721. doi.org/10.1016/j.eja.2022.126721
Fagnant, L., Duchêne, O., Celette, F., Dumont, B., 2024. Maintaining grain yield of Th. intermedium across stand age through constant spike fertility and spike density: Understanding its response to various agronomic managements. Eur. J. Agron. 152, 127038. doi.org/10.1016/j.eja.2023.127038
Duchêne, O., Dumont, B., Cattani, D.J., Fagnant, L., Schlautman, B., DeHaan, L.R., Barriball, S., Jungers, J.M., Picasso, V.D., David, C., Celette, F., 2021. Process-based analysis of Thinopyrum intermedium phenological development highlights the importance of dual induction for reproductive growth and agronomic performance. Agricultural and Forest Meteorology 301-302, 108341. doi.org/10.1016/j.agrformet.2021.108341
Fagnant, L., Duchene, O., Bindelle, J., Beckers, Y., Decruyenaere, V., Dumont, B., n.d. Forage potential of Thinopyrum intermedium through near-infrared spectrometry and grown in mixture with various legumes. Grass Forage Sci.