Demain, Jeudi 20 nvembre 2025 à 14h (CEST)

Chao FEI  (INRAE, UMR Eco&Sols)

Salle 204, bâtiment 11 - Institut Agro Montpellier, Bâtiment 9, 2 Place Pierre Viala, 34060 Montpellier, France
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Résumé

La réduction de la dépendance aux engrais phosphatés (P) minéraux est essentielle pour assurer la durabilité environnementale des agroécosystèmes et préserver les ressources fossiles en P. Le recyclage du phosphore passe par l’utilisation des formes organiques du P qui peuvent représenter jusqu’à 30% du P total dans un sol. Le processus de minéralisation permet aux plantes de prélever du P du réservoir organique. Parmi les différents réservoirs de P organique, celui contenu dans la biomasse microbienne est parmi les plus labiles et sensibles aux pratiques jouant ainsi un rôle central dans le cycle du P du sol.

Cette étude examine la teneur en P dans la biomasse microbienne de sols agricoles et porte une attention particulière à l’impact de l’hétérogénéité spatiale induite par l’agroforesterie intra parcellaire. Plus précisément, la thèse intègre trois volets complémentaires: (i) une méta-analyse à l’échelle mondiale évaluant les effets des pratiques agricoles sur la teneur en P de la biomasse microbienne des sols dans l’horizon de surface (0-20cm); (ii) une étude de terrain dans un système agroforestier méditerranéen évaluant les variations spatiales (en fonction de la distance aux arbres et en profondeur) des stocks et formes de P du sol ainsi que du turnover  du P microbien ; et (iii) une expérience en milieu contrôlée (incubation de 21 jours avec double marquage isotopique ¹⁸O et ¹³C) pour comprendre le métabolisme microbien et les interactions entre C, N et P dans les processus de transformation du P. 

Les principaux résultats de la méta-analyse révèlent que la fertilisation minérale et organique augmente significativement la teneur en P dans la biomasse microbienne du sol (+65 % et +61 %, respectivement). Les variations en P disponible et en C organique du sol sont respectivement le premier et deuxième prédicteur des variations de teneur en P de la biomasse microbienne. L’étude sur terrain agroforestier révèle que les arbres accompagnés du linéaire sous arboré (bande de végétation sous la ligne d’arbre) ont significativement augmenté le P organique moyennement labile dans le sol, et ce, probablement en raison d’une plus grande accumulation de P microbien. Une augmentation du carbone organique du sol et des rapports C/P et N/P a également été induite par les arbres et le linéaire sous arboré, reflétant une transition vers des communautés microbiennes plus actives mais potentiellement limitées par le P, comme en témoignent l’augmentation de la respiration basale du sol et de l’activité spécifique des phosphatases.

Que ce soit sous les arbres ou dans la culture, la composition isotopique de l’oxygène du P disponible (δ¹⁸O_Pres) dans l’horizon de sol 0–50 cm suggère une contribution du P microbien mais aussi du P issu des phases minérales. L’expérience d’incubation a montré que les apports de C, en particulier lorsqu’ils sont combinés avec de l’azote stimulent significativement la croissance microbienne et immobilisent rapidement le P disponible dans la biomasse. Seul le traitement ayant reçu à la fois du carbone et de l’azote solubles a augmenté la libération du P microbien dans le pool disponible, ce qui a probablement été causé par une re-minéralisation du P microbien microbienne plus.

Ce travail démontre, en contexte cultivé, l’importance de la biomasse microbienne des sols dans le cycle du P.

Mots-clés : Agroforesterie ; pratiques agricoles ; marquage isotopique ; transformation biologique du phosphore ; accumulation de carbone ; sous-sol

Abstract

Reducing dependence on mineral phosphorus (P) fertilizers is essential for ensuring the environmental sustainability of agroecosystems and preserving fossil P resources. Phosphorus recycling relies on the use of organic P forms, which can represent up to 30% of total soil P. Through mineralization, these organic forms can be transformed into plant-available P. Among the different organic P pools, the fraction contained in the microbial biomass is among the most labile and sensitive to management practices, and thus plays a central role in soil P cycling.

This study examines microbial biomass P content in agricultural soils, with particular attention to the impact of spatial heterogeneity induced by within-field agroforestry. More specifically, the thesis integrates three complementary components: (i) a global meta-analysis evaluating the effects of agricultural practices on soil microbial biomass P content in the surface horizon (0–20 cm); (ii) a field study in a Mediterranean agroforestry system assessing spatial variations (as a function of distance to trees and soil depth) in soil P stocks and forms, as well as in microbial P turnover; and (iii) a controlled-environment experiment (a 21-day incubation with dual ¹⁸O and ¹³C isotope labelling) to understand microbial metabolism and C–N–P interactions in P transformation processes.

The main results of our meta-analysis show that both mineral and organic fertilization significantly increase soil microbial biomass P content (+65% and +61%, respectively). Variations in available P and soil organic C are the first and second predictors, respectively, of changes in microbial biomass P content. The agroforestry field study reveals that trees combined with the understory vegetation strip beneath the tree rows significantly increased moderately labile organic P in the soil, probably due to greater microbial organic P accumulation. An increase in soil organic C and in C/P and N/P ratios was also induced by trees and the understory vegetation strip, reflecting a shift towards more active but potentially P-limited microbial communities, as evidenced by higher basal soil respiration and specific phosphatase activity.

Whether under the trees or in the crop rows, the oxygen isotopic composition of available P (δ¹⁸O_Pres) in the 0–50 cm soil horizon suggests contributions from both microbial P and P derived from mineral phases. The incubation experiment showed that C inputs, especially when combined with nitrogen, significantly stimulated microbial growth and rapidly immobilized available P in microbial biomass. Only the treatment that received both labile carbon and nitrogen (CN treatment) increased the release of microbial P into the available P pool, which was probably caused by stronger microbial P re-mineralization.

Overall, this study demonstrates the importance of microbial turnover of P in agricultural soils.

Keywords: Agroforestry; agricultural practices; isotopic labeling; phosphorus biological transformation; carbon accumulation; subsoil

Devant le jury composé de

1. Laurent AUGUSTO, Directeur de recherche, INRAE – Rapporteur
2. Gwenaëlle LASHERMES, Directrice de recherche, INRAE – Rapporteure
3. Stéphane DE TOURDONNET, Professeur, L’Institut Agro Montpellier – Examinateur
4. Isabelle BERTRAND, Directrice de recherche, INRAE – Examinatrice / Directrice de thèse
5. Chiara PISTOCCHI, Maîtresse de conférences, Institut Agro Montpellier – Co-encadrante de thèse

[à venir - 20 nov.] Journée d’échanges autour de la mesure du carbone à Montpellier

Les unités Eco&Sols et LISAH, avec le soutien du pôle AEB de l’Université de Montpellier et du programme FairCarboN, organisent une journée scientifique dédiée à la mesure du carbone dans les matrices environnementales.

📅 Le 20 novembre 2025
📍 Campus de la Gaillarde – Amphi 2 (bâtiment 2bis)

Notre collègue Jean-Luc Chotte, est présent à Belèm pour la Conférence ONU Climat -- COP 30 CCNUCC

Les 23 & 24 octobre, l’UMR Eco&Sols a accueilli l’assemblée générale du réseau Agroécosystèmes Cycles Biogéochimiques et Biodiversité (ACBB). Cette AG a été l’occasion de faire visiter le site DIAMS (Dispositif Instrumenté en Agroforesterie Méditerranéenne Sous contrainte hydrique) à la direction scientifique Environnement et Forêt d’INRAE, aux départements ECODIV et AgroEcoSystem et à tous les collègues faisant partie du réseau de sites ACBB et AnaEE-France. Le site DIAMS a rejoint ACBB depuis janvier 2024 et vient ajouter l'agroforesterie à la gamme d'agroécosystèmes déjà présents sur quatre autres sites d'expérimentation in natura : grandes cultures (Estrée-Mons), prairies temporaires et cultures (Lusignan), prairies permanentes (Theix et Laqueuille).

Soutenance à venir - Le Jeudi 23 octobre 2025 à 9h (CEST)

Vitória BARBOSA FERREIRA  (CIRAD, UMR Eco&Sols)

Amphithéâtre 206 - Institut Agro Montpellier, Bâtiment 9, 2 Place Pierre Viala, 34060 Montpellier, France
Meeting's ZOOM link: https://institut-agro.zoom.us/j/94559846406?pwd=a4Ogq8yXailLvevpSrfZMCeakRiNDq.1

Resumé :

Les données à grande échelle sur les caractéristiques biophysiques de la végétation, telles que l’indice de surface foliaire (LAI), la teneur en chlorophylle a et b (Cab, µg/cm²), la masse surfacique des feuilles (LMA, g/cm²) et le contenu en eau des feuilles (EWT, g/cm²), informent sur l’état des forêts et leur capacité d’adaptation à des conditions plus chaudes, sèches et inflammables. L’observation satellitaire de la Terre, grâce à des images optiques à couverture mondiale et haute résolution temporelle, constitue l’outil privilégié pour le suivi de ces caractéristiques, via des approches empiriques ou physiques. Cette thèse évalue différentes méthodes d’estimation du LAI, du Cab, du LMA et de l’EWT à partir d’une base de données de terrain issue de plantations d’Eucalyptus au Brésil en utilisant des images satellites Sentinel-2. Le premier chapitre examine comment la structure verticale du couvert, la géométrie soleil-capteur et les traits foliaires influencent la précision des modèles empiriques basés sur les indices de végétation. Les résultats montrent qu’une moyenne pondérée donnant plus de poids au feuillage supérieur, combinée à des paramètres géométriques et à des informations génétiques, améliore nettement les estimations. Le deuxième chapitre explore l’estimation des caractéristiques biophysiques par inversion de modèles de transfert radiatif, PROSAIL et INFORM. La méthode optimise la précision en testant différents paramètres des modèles de transfert radiatif, notamment le filtrage des valeurs d’entrée de PROSAIL, l’intégration de jeux de données de réflectance du sol et la sélection des bandes spectrales utilisées. Les résultats soulignent l’intérêt de combiner sélection spectrale et connaissances contextuelles sur le sol et les caractéristiques de l’eucalyptus. Le troisième chapitre compare les performances de PROSAIL (conçu pour les cultures) et d’INFORM (conçu pour les forêts) pour ces estimations. Les principaux résultats soulignent que PROSAIL et INFORM ont produit des résultats relativement similaires pour la plupart des propriétés biophysiques à différents âges, PROSAIL allant globalement mieux dans l'estimation de la LMA et INFORM globalement mieux dans l'estimation de Cab. Cette thèse contribue à la mise en œuvre et au perfectionnement de l'application de méthodes empiriques et physiques pour l’estimation du LAI, Cab, LMA et EWT à l'échelle du couvert forestier dans les plantations d’Eucalyptus à l'aide d'images Sentinel-2. En outre, elle offre plusieurs perspectives destinées à orienter les travaux futurs, notamment une suggestion d'application de certaines des variables estimées dans un cadre de gestion des risques d'incendie.

Mots-clés : estimation des variables biophysiques, teneur en chlorophylle, modélisation empirique, épaisseur équivalente en eau, teneur en eau du combustible, INFORM, indice de surface foliaire, masse surfacique foliaire, modélisation physique, PROSAIL

Summary :

Large-scale information on vegetation biophysical characteristics, such as Leaf Area Index (LAI), leaf Chlorophyll a and b content (Cab, µg/cm²), Leaf Mass per Area (LMA, g/cm²), and Equivalent Water Thickness (EWT, g/cm²), provides essential insights into forest health and may indicate how these ecosystems adapt to increasingly warmer, drier, and more fire-prone conditions. The retrieval and monitoring of such vegetation characteristics are commonly done using Earth Observation (EO) satellites, which provide optical images with global spatial coverage and high temporal resolution. The EO methods used to estimate vegetation properties are broadly categorized as empirical and physical. The present thesis explores existing methods to retrieve LAI, Cab, LMA, and EWT using an extensive field database acquired from Eucalyptus plantations in Brazil using Sentinel-2 imagery. The first chapter provides a comprehensive overview of the dataset. It explored how vertical canopy structure, sun-sensor geometry, and foliage traits affect the accuracy of biophysical variable retrieval using empirical modeling approaches based on vegetation indices. Key results highlighted that applying a vertically weighted average emphasizing lower canopy foliage improved Cab, LMA, and EWT retrieval accuracy. Furthermore, incorporating sun-view geometry metrics and information on genotype or associated traits alongside vegetation indices enhanced model retrieval performance. Building on these findings, the second chapter focuses on advancing retrieval accuracy by systematically evaluating key components of radiative transfer model simulations. Specifically, it investigates the individual and combined effects of constraining the PROSAIL input parameter ranges, integrating different background datasets, and performing band selection techniques. The goal is to identify the optimal simulation and feature selection configurations for accurately retrieving LAI, Cab, LMA, and EWT. Our results highlight the importance of jointly considering spectral feature selection and contextual prior knowledge on background and the range and distribution of Eucalyptus characteristics in improving the robustness and accuracy of biophysical variable retrieval for forest plantations. The third chapter advances the analysis by comparing the retrieval performance, overall and by stand age, of two radiative transfer models, PROSAIL (focus on crops) and INFORM (focus on forest), in estimating key biophysical traits from Eucalyptus plantations. The main findings highlight that PROSAIL and INFORM produced relatively similar results for most biophysical properties across different ages, with PROSAIL performing overall better at estimating LMA and INFORM performing overall better at estimating Cab. This thesis contributes to implementing and refining the application of empirical and physical methods to estimate LAI, Cab, LMA, and EWT at the canopy scale in Eucalyptus plantations using Sentinel-2 images. In addition, it provides several perspectives intended to guide future work, including a suggestion of applying some of the retrieved variables in a fire risk management framework.

Keywords: Biophysical variable, Radiative Transfer Model, Model inversion, Chlorophyll content, Empirical modelling, Equivalent Water Thickness, Fuel Moisture Content, INFORM, Leaf Area Index, Leaf Mass per Area, PROSAIL

Devant le jury composé de

Brahima Silue UNA  (Côte d'Ivoire) - soutenue ce 10 octobre 2025

Stockage de carbone et fertilité des sols dans les systèmes agroforestiers à base de cacaoyers dans les zones du Centre-Ouest (Divo) et du Sud-Ouest (Soubré) de la Côte d’Ivoire.

Travaux menés sous la direction de Prof Armand Koné (UNA) et Dr. Dominique Masse (IRD, Eco&Sols), dans le cadre du projet SoCa coordonné par Lydie LARDY

La thèse a été soutenue vendredi 10 octobre et Brahima a obtenu son doctorat avec mention Très Honorable

Bravo Brahima !