Le Phosphore, nutriment majeur et ressource finie - enjeux pour l'agriculture de demain

Nutrition des plantes : Innover pour une agriculture

compétitive et durable 15 & 16 novembre 2012 - Montpellier SupAgro INRA

w w w . r e n c o n t r e s – q u a l i m e d i t e r r a n e e . f r

Le phosphore, nutriment majeur et ressource finie - enjeux pour l'agriculture de demain

Hinsinger Philippe / INRA Montpellier

Le phosphore … pour l’agriculture de demain


Quelques chiffres •  P moyennement abondant dans la croute terrestre (1,2 g kg-1)

•  P peu abondant dans les sols, notamment tropicaux

•  Facteur limitant majeur, notamment dans les pays tropicaux



Production mondiale de céréales et consommation d’engrais 1960-1995 (Tilman, Cassman, Matson, Naylor & Polasky 2002 – Nature 418)

→  Révolution verte

→  Diminution de l’efficience d’utilisation de N et P



Les activités humaines ont considérablement modifié la biodiversité et divers services écosystémiques, notamment les cycles biogéochimiques

de C, N et P (Rockström et al. 2009 – Nature 461)

→  approcher voire dépasser les

« limites planétaires »



Une utilisation excessive de N et P en agriculture est responsable de l’eutrophisation des zones côtières en Europe (OSPAR Commission, 2010)

→  eutrophisation et blooms algaux

(Schindler et al. 2009 – Trends Ecol. Evol. 24)



→  intensification écologique – une nécessité

Phosphates naturels : une ressource non renouvelable et non substituable (Gisbert 2009 – Nature 461)

Phosphates naturels : une ressource non renouvelable et non substituable – des engrais P de plus en plus coûteux (Cordell et al. 2009 – Global Environ. Change 10)

→  durabilité ???... à moyen terme (cf pétrole)



USGS <2005



Prix des phosphates naturels : une hausse inexorable particulièrement préoccupante dans les agricultures du Sud

(Cordell, 2012 – RHIZOPOLIS Annual Meeting)


Des pertes importantes tout au long du cycle de vie du P : forte inefficience (Cordell, Drangert & White 2009 – Global Environ. Change 10)

Phosphates naturels

FertilisantsP

Sols agric. Cultures Récoltes Aliments Humains

Animaux domestiques

Effluents d’élevage

Réserves Phosphates

Naturels

Déchets organiques

Excreta humains

Eaux de

surface

Autres usages

industriels

17.5

14.9 14 12 7 3.5 3

15

12.1 Pâturage70.9

0.62

3 0.9

1.21.2

3

1.5

0.3

0.2

1

8?0.9

1.8

2.6

HerbagesPertes: sols non agricoles, eaux…

Suppl. alim.

Résidus cult.

Prod. résid.: phosphogypse

Pertes à la distribution

Erosion

Herbivorie Destruction

Pertes post-récolte

SYSTEME ALIMENTAIRE

GLOBAL




Bilans entrées-sorties de P dans les sols cultivés dans le monde (McDonald, Bennett, Potter & Ramankutty 2011 – PNAS 108)

→  d’énormes disparités

les végétaux, pour survivre et s’adapter, ont dû faire preuve d’intelligence…

et développer des stratégies de colonisation et de modification de leur environnement,

en particulier le sol (Ryan, 2004)

→  intensification écologique – une meilleure valorisation des interactions sol/racines



root racine

la rhizosphère : le volume de sol

influencé par les activités racinaires

(Darrah, 1993 - Plant Soil 155) (Hinsinger et al., 2005

- New Phytol. 195) (Hartmann et al., 2008

- Plant Soil 312)



… un « hot spot » de la biologie et biogéochimie du sol (Hinsinger, Bengough, Vetterlein & Young, 2009 – Plant Soil 321)

root racine

la rhizosphère : le volume de sol

influencé par les activités racinaires

(Darrah, 1993 - Plant Soil 155) (Hinsinger et al., 2005

- New Phytol. 195) (Hartmann et al., 2008

- Plant Soil 312)



biologie et biogéochimie dterlein & Young, 2009 – Plant Soil 321l ) 1

nsinger Philippe / INRA M

racine e

phases solides

solution du sol

Absorption de P et appauvrissement en P de la rhizosphère (Hinsinger, Gobran, Gregory & Wenzel, 2005 – New Phytol. 195; Hinsinger et al., 2011 – Plant Soil)

(Jungk, 2002)



Simulation du volume de la zone d’appauvrissement en P chez le haricot (13 j.) en fonction du coefficient de diffusion (De) de P dans le sol

(Ge, Rubio & Lynch, 2000 – Plant Soil 218)

3.0%

0.8%

0.4%



Appauvrissement en P dans la rhizosphère de deux génotypes d’orge avec et sans poils racinaires

(Gahoonia, Nielsen, Joshi, Jahoor, 2001 – Plant Soil 235)



Acquisition de P au champ chez deux génotypes d’orge différent par la longueur des poils racinaires (même longueur de racines)

(Gahoonia, Nielsen, Joshi & Jahoor, 2001 – Plant Soil 235)

Salka 1.10 ± 0.16

Zita 0.63 ± 0.18

mm



Extension radiale des hyphes de trois espèces mycorhiziennes et effet sur la biodisponibilité de P pour Medicago truncatula

(Thonar, Schnepf, Frossard, Roose & Jansa, 2011 – Plant Soil 339)

Glomus intraradices

Glomus claroideum

Gigaspora margarita



Réduction significative de l’intensité de la mycorhization (M %) sous l’effet d’une surfertilisation phosphatée – blé dur et féverole

(Tang, Daydé, Bernard, Journet, Pernot, Robin & Hinsinger – non publié)

P0 P1 P4

P0

P4 INRA Essai P longue durée

Toulouse-Auzeville

***

P1



P0 P1 P4

Absence d’appauvrissement en P dans la rhizosphère de la céréale et augmentation de disponibilité dans la rhizosphère de la légumineuse

(Betencourt, Colomb, Cordier, Justes, Souche & Hinsinger – non publié)

blé dur

P0 P1 P4

féverole



racine e

phases solides

solution du sol

Modification de pH et mobilisation de P dans la rhizosphère (Hinsinger, Gobran, Gregory & Wenzel, 2005 – New Phytol. 195; Hinsinger, 2001 – Plant Soil)

→

(Römheld, 1986)



Augmentation de la disponibilité de P dans la rhizosphère du pois-chiche lorsque le pH diminue (en relation avec la nutrition azotée) sol P4 Auzeville

(Betencourt, Tang & Hinsinger – non publié)


céréale

absorption de P

Facilitation de l’acquisition de P

légumineuse

Interactions positives entre espèces en culture associée favorisant l’acquisition de la ressource P (Hinsinger et al. 2011 – Plant Physiol.)



blé dur

pois-chiche


Facilitation de l’acquisition de P

racine

phases solides

solution du sol

Sans oublier le rôle direct/indirect des microorganismes… (Richardson et al., 2011 – Plant Physiol.)



Effet positif de l’inoculation d’un champignon mycorhizien et d’une bactérie PGPR (Pseudomonas sp.) sur le rendement en grain du blé en essais multilocaux en Inde (Mäder et al., 2011 – Soil Biol. Biochem. 43)

→  une exception plutôt qu’une règle :

→ 




Conclusions: de multiples leviers pour intensification écologique / acquisition P •  Génotypes performants

(traits racinaires et rhizosphériques)

•  Associations (d’espèces / de génotypes)

•  Inoculants microbiens (pgpr, bactéries solubilisatrices, champignons mycorhiziens)

•  etc...



Conclusions: un autre enjeu majeur = améliorer l’efficience d’utilisation de P •  Sélectionner pour la nutrition (humaine)

plutôt que pour le rendement

•  ex.: Céréales moins riches en P (i.e. en phytate = antinutritionnel)

•  = Augmenter la biodisponibilité des micronutriments (e.g. Fe, Zn) pour l’homme et les animaux


« The breeder’s dilemma – yield or nutrition » (Morris & Sands, 2006 – Nature Biotech. 24)

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