le phosphore, nutriment majeur et ressource finie - enjeux pour l'agriculture de demain
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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
Hinsinger Philippe / INRA Montpellier
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
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
Hinsinger Philippe / INRA Montpellier
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
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
Hinsinger Philippe / INRA Montpellier
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 »
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
Hinsinger Philippe / INRA Montpellier
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)
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
Hinsinger Philippe / INRA Montpellier
→ 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)
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
Hinsinger Philippe / INRA Montpellier
USGS <2005
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
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Prix des phosphates naturels : une hausse inexorable particulièrement préoccupante dans les agricultures du Sud
(Cordell, 2012 – RHIZOPOLIS Annual Meeting)
Hinsinger Philippe / INRA Montpellier
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
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
Hinsinger Philippe / INRA Montpellier
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
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
Hinsinger Philippe / INRA Montpellier
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)
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
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… 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)
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
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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)
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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%
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Appauvrissement en P dans la rhizosphère de deux génotypes d’orge avec et sans poils racinaires
(Gahoonia, Nielsen, Joshi, Jahoor, 2001 – Plant Soil 235)
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
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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
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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
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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
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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
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
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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)
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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)
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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.)
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
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blé dur
pois-chiche
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
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.)
Le phosphore … pour l’agriculture de demain
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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 :
→
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Le phosphore … pour l’agriculture de demain
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...
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Le phosphore … pour l’agriculture de demain
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
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« The breeder’s dilemma – yield or nutrition » (Morris & Sands, 2006 – Nature Biotech. 24)
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