Plantes, microorganismes et sol interagissent au travers des racines
Le changement climatique à l’œuvre risque de se traduire non seulement par une augmentation de la température moyenne, mais également par un changement de régime des précipitations et une récurrence accrue d’épisodes intenses : sécheresses, pluies intenses (
GIEC, 2021)
1. Ces sécheresses, combinée à de plus fortes températures (voire canicules), provoquent un déficit hydrique des cultures, impactant le rendement ou la qualité (et pour partie à l’origine de la stagnation de rendements) (
Brisson et al., 2010). Les réponses actuelles envisagées sont d’ordre technique (irrigation, ReUT
2), génétique ou agronomique (variétés, diversité, densité, amendements…). D’un autre côté, des pluies plus intenses, suivant l’état de surface du sol, peuvent entrainer des périodes d’engorgement du sol, impactant les cultures mais aussi de plus forts ruissellements et des conséquences sur l’érosion et les crues/inondations (
Qiu et al., 2021). Ici également les réponses peuvent être d’ordre technique (en aménagement : bassins, drains…) ou de pratiques agronomiques (introduction de plantes de couvertures, bandes enherbées…). Dans ce panel de réponses et d’adaptions aux effets climatiques, la plante à travers son système racinaire est assez peu évoquée, bien que le système racinaire soit un acteur central des flux d’eau dans les agrosystèmes (
Bengough, 2012). Si les propriétés du sol (physiques, chimiques ou microbiologiques) sont généralement considérées pour leur impact sur les plantes (prélèvement hydrominéral, croissance et rendement), le fait qu’à l’inverse la plante agisse sur les propriétés du sol à travers son système racinaire, et ses conséquences écohydrologiques, est moins investigué. En effet, le système racinaire est un acteur biologique majeur dans l'évolution de la structure du sol et de ses propriétés physico-chimiques, soit par des effets directs, soit par des effets indirects. Les effets directs comprennent la perforation du sol avec un colmatage possible des macropores du sol créés pendant la croissance des racines, mais libérés à leur mort, le compactage éventuel du sol autour des pores induit par la croissance radiale des racines ainsi qu’une réorientation des particules du sol (
Lu et al., 2020). Les effets indirects sont majoritairement induits d’une part par les cycles secs-humides diurnes créés par l’absorption hydrique racinaire (effet « eau »), et d’autre part par le dépôt de matière organique issu des racines dans le sol (effet « carbone »). Ces « rhizodépots » carbonés peuvent être du mucilage (mélange hydraté de grosses molécules polymériques), de molécules simples (types sucres, acides aminés), de cellules desquamées, des tissus racinaires en décomposition. Ces processus indirects se déroulent dans une zone de sol proche des racines, appelée la rhizosphère. La rhizosphère est définie comme la zone de sol autours des racines influencée par l’activité racinaire (figure 1).
Source : A. Bérard.
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Dans cette zone de sol interagissent la plante, le sol, mais aussi les microorganismes associés au travers de relations trophiques et communication chimique. La rhizosphère est donc un « hot spot » de l'activité microbiologique et des processus métaboliques du sol (
Hinsinger, 2009). Cette forte activité de la microflore est soutenue par l’apport des rhizodépots, riches en carbone, qui vont être utilisés comme source d’énergie et de croissance pour les microorganismes. Dans le mucilage exsudé par les racines se trouvent majoritairement des exopolysaccharides (EPS), qui sont des polymères de sucres, plus ou moins complexes. Ces EPS sont également secrétés par les microorganismes de la rhizosphère (à l’origine des biofilms). Les effets « eau » et « carbone » peuvent induire à la fois une fissuration des macro-agrégats, mais également une coalescence des micro-agrégats, la résultante globale étant une modification de l’agrégation dans la rhizosphère, avec une modification de l’espace poral dans lequel l’eau peut circuler et se stocker par rapport au sol non rhizosphérique (
Lu et al., 2020). En plus de cette modification de la porosité, se superpose un effet physicochimique créé par les EPS. Ces polymères, peuvent fortement absorber l’eau (de 200 à 800 fois leur poids) et forment des hydrogels qui peuvent modifier la rétention de l’eau dans la rhizosphère (
Le Gall et al., 2021 ;
Buchmann et al., 2020). De plus, les EPS présentent aussi un caractère hydrophile ou hydrophobe suivant leur état d’hydratation susceptible de tamponner les variations de teneur en eau près des racines. Comme on voit ci-dessus, les racines peuvent avoir un effet global et local, rhizosphérique, sur le sol en lien avec ses propriétés hydriques et donc influencer la tolérance des plantes par rapport au déficit en eau. La section ci-dessous décrit quelques-uns de ces effets rhizosphériques sur le sol que nous avons étudiés et leur lien avec de la tolérance de la plante au déficit en eau.
Pour aller plus loin dans l’exploitation d’un effet racinaire sur les propriétés du sol et l’utilisation de l’eau par les cultures
À travers ces exemples présentés ci-dessus, se dessine une possibilité de tolérance des plantes au déficit en eau du sol en lien avec une variation des propriétés du sol dans la rhizosphère. Cet effet pourrait passer par des effets plus ou moins directs : production d’EPS dans la rhizosphère, modification des propriétés de rétention du sol et d’activité microbienne. Suivant les espèces/variétés, mais aussi le type de sol, des effets plus ou moins forts sont visibles sur la régulation stomatique et l’efficience d’utilisation de l’eau. Au travers de ce constat, en élargissant le propos au cadre des solutions fondées sur la nature, on peut se poser la question de savoir si les racines et leur rhizosphère peuvent être un levier dans l’amélioration de la gestion de l’eau dans les agroécosystèmes ? Nous proposons dans un premier temps d’explorer cette question, à l’échelle de la plante, (a) en identifiant l’influence de différents types de sol et (b) en caractérisant les « traits rhizosphérique » d’espèces (ou de génotypes) variés et d’aborder ainsi la notion de « phénotypage souterrain étendu ». Dans un deuxième temps et dans un cadre plus large à l’échelle des systèmes de culture, l’effet « racines » sur le sol ouvre une piste de recherche sur la possibilité de préparer/faire évoluer le sol par la diversification des cultures (agroforesterie, agriculture de conservation, mélanges et cultures intermédiaires…). Cet effet racine, de l’échelle du segment racinaire à celle du profil racinaire (qui peut être profond avec des arbres, par exemple) peut provoquer une évolution globale de la porosité du sol, des propriétés de rétention et stockage de l’eau mais aussi de son transfert dans le sol, avec des implications non seulement sur l’alimentation hydrique des plantes mais également sur le partage infiltration/ruissellement ou le drainage et la recharge des nappes. Un tel effet a d’ailleurs déjà été mesuré sur le réservoir utilisable du sol (RU) dans une rotation prairie/céréales ; la rotation présentant un RU plus fort de 10 à 20 mm par rapport à une culture continue en céréales ou à une prairie permanente (
Doussan et al., 2015).
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Photo d’entête : Денис
Никифоров – Adobe Stock