Une étude comparative de quinze espèces de plantes de couverture pour la gestion des sols des vergers : absorption d'eau, traits de densité racinaire et stabilité des agrégats du sol

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 721 (2023) Citer cet article

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L'augmentation de l'utilisation des cultures de couverture (CC) est une nécessité dans la viticulture durable, même si elle pourrait se heurter à une éventuelle concurrence excessive vis-à-vis de la vigne. Surtout dans un scénario de changement climatique, cette dernière caractéristique devrait être minimisée tout en maintenant les services écosystémiques. Visant à identifier les CC pour la gestion du sol du vignoble, l'essai a caractérisé plusieurs espèces en fonction de leurs taux d'évapotranspiration (ET), des schémas de croissance des racines et du potentiel de stabilité des agrégats du sol. L'étude a été réalisée en 2020 à Piacenza (Italie du Nord) sur 15 espèces de CC cultivées en pots gardées à l'extérieur et classées comme graminées (GR), légumineuses (LE) et rampantes (CR). Avec le sol nu (témoin), ils ont été disposés dans un bloc randomisé complet. CCs ET a été évalué par une méthode gravimétrique, commençant avant la tonte puis répété 2, 8, 17 et 25 jours après. La biomasse sèche aérienne (ADW), la densité de longueur des racines (RLD), le poids sec des racines (RDW) et la longueur de la classe de diamètre des racines (DCL) ont été mesurés, et le diamètre de poids moyen (MWD) a été calculé à une profondeur de 0 à 20 cm. Avant la tonte, ET était le plus élevé en LE (18,6 mm jour-1) et le plus bas en CR (8,1 mm jour-1) ce dernier étant encore plus bas que le témoin (8,5 mm jour-1). Les taux élevés d'ET montrés par LE étaient principalement liés à un développement très rapide après le semis, plutôt qu'à une transpiration plus élevée par unité de surface foliaire. Après la tonte, la réduction ET (%) des 15 espèces tracée en fonction de l'indice de surface foliaire (LAI, m2 m−2) a donné un ajustement très proche (R2 = 0,94), suggérant que (i) une diminution linéaire de l'utilisation de l'eau est attendue à tout moment à partir d'un LAI initial de 5–6, (ii) un effet de saturation semble être atteint au-delà de cette limite. La sélection des espèces de cultures de couverture à utiliser dans le vignoble était principalement basée sur les taux d'utilisation de l'eau diurnes et saisonniers ainsi que sur la dynamique et l'étendue des schémas de croissance des racines. Parmi les GR, Festuca ovina s'est démarquée comme celle avec l'ET le plus bas en raison de ses caractéristiques de "nanisme", ce qui la rend appropriée pour un recouvrement permanent entre les rangs. Les espèces CR ont confirmé leur potentiel d'enherbement sous la vigne, assurant une couverture rapide du sol, des taux d'ET plus faibles et une colonisation racinaire peu profonde.

Les vignobles sont souvent établis sur des sols intrinsèquement pauvres1 et soumis à des pratiques de gestion intensive, menaçant les fonctions du sol et les services écosystémiques associés2,3,4. De plus, le climat méditerranéen est souvent caractérisé par de fortes sécheresses estivales associées à des orages courts mais violents en automne-printemps, favorisant le ruissellement des eaux de surface2,5, la dégradation des sols et l'érosion6,7. Le ruissellement élevé des eaux de surface dû aux pluies courtes et fortes en automne-printemps élimine la couche arable la plus fertile, réduisant la teneur en matière organique du sol (MOS) et la séquestration du carbone (C), la disponibilité des nutriments et la capacité de rétention d'eau, entraînant une diminution globale de la fertilité du sol et de la productivité des cultures8. De plus, suite à la perte de MOS, les agrégats du sol ont tendance à se décomposer plus facilement et l'érosion du sol s'aggrave9,10. Enfin, le ruissellement de surface et l'érosion des sols qui en résulte sont les principales voies par lesquelles les résidus d'engrais et de pesticides atteignent les eaux de surface8.

La gestion conventionnelle des sols viticoles affecte les propriétés des sols2,11. Le désherbage mécanique peut induire une dégradation physique des sols viticoles7,12 et modifier les communautés biologiques du sol à différents niveaux trophiques13. À l'inverse, la culture de couverture du vignoble est considérée comme une stratégie de gestion durable des sols, car elle stimule les services écosystémiques essentiels du sol3, notamment l'infiltration des eaux de surface14, la séquestration du C15 et la réduction de l'érosion des sols7,16,17. De plus, les cultures de couverture (CC) peuvent aider à protéger le sol de l'érosion hydrique et/ou éolienne, car elles améliorent la stabilité des agrégats du sol18 et les protègent de l'impact des gouttes de pluie19.

Les CC peuvent également aider à améliorer/maintenir une structure de sol favorable et une porosité stable dans les vignobles20, car le développement et le renouvellement des racines influencent directement la structure du sous-sol, augmentant la macro-porosité. Lors de la croissance, les racines exercent une pression qui engendre une réorganisation du réseau poreux du sol21. Après la décomposition des racines, les canaux creusés par les racines restent vides, formant des biopores22,23. Suite à l'augmentation de la macro-porosité du sol, la conductivité hydraulique de la surface du sol, l'infiltration de l'eau et le remplissage du sous-sol s'améliorent généralement pendant la saison des pluies 24,25. Lors d'un événement pluvieux, si le sol devient saturé, la conductivité hydraulique de la surface du sol diminue, entraînant un ruissellement des eaux de surface3. Une telle baisse est en partie compensée par la présence d'un CC26. De plus, la surface foliaire du CC réduit l'énergie cinétique des gouttes de pluie et favorise l'infiltration de l'eau à mesure que le temps de séjour de l'eau à la surface du sol augmente24.

L'amélioration du taux d'infiltration des précipitations et l'amélioration du stockage de l'eau dans le sol promus par les CC pourraient justifier un stockage supplémentaire de l'eau dans le sol25. Ceci est particulièrement important dans les zones où les précipitations se produisent sur une période relativement courte dans une série d'épisodes de fortes pluies3, comme dans la région méditerranéenne. Cependant, les viticulteurs des régions méditerranéennes sont encore assez réticents à utiliser les CC en raison de préoccupations concernant la concurrence de l'eau et des nutriments avec la culture principale27,28 car le budget hydrique supplémentaire mentionné ci-dessus pourrait être rapidement utilisé (c'est-à-dire transpiré), en partie ou totalement par le CC lui-même29.

En règle générale, la technique la plus courante de culture de couverture implique la gestion d'espèces indigènes facilement disponibles et peu coûteuses4,30, étant généralement les plus compétitives pour l'eau et les nutriments28,31.

Pour atténuer ou supprimer la concurrence, le CC est souvent interrompu au printemps par le travail du sol4. Néanmoins, comme effet secondaire négatif de cette décision, plusieurs avantages liés à la couverture permanente du sol du vignoble (par exemple, passage facilité de la machine avec un sol humide, réduction de l'érosion du sol, etc.) sont perdus4,32. Par conséquent, l'identification des stratégies appropriées (c'est-à-dire les espèces de CC et l'adoption des meilleures pratiques culturales) pour maintenir les avantages de la couverture permanente du sol, tout en réduisant la concurrence des CC dans les vignobles, est toujours nécessaire.

Selon la littérature, la tonte peut être utilisée comme une stratégie utile de préservation de l'eau à court terme28,33. Après la tonte, la masse résiduelle d'herbe laissée sur place protège davantage le sol de l'érosion et du ruissellement34,35, et améliore la santé du sol à court terme36, tout en réduisant la compétition hydrique et l'évaporation du sol33,37.

Pour exploiter un maximum d'externalités positives et réduire les problèmes potentiels liés à la présence de CC dans un vignoble, il convient de passer de l'utilisation d'espèces indigènes à des espèces semées (c'est-à-dire sélectionnées)30. De plus, lorsqu'un risque élevé de compétition hydrique vis-à-vis de la vigne consociée est évalué, la sélection du type de CC approprié devient cruciale, en privilégiant celles présentant une biomasse aérienne et un développement racinaire réduits30, en supposant que ces caractéristiques sont propices à une consommation d'eau plus faible31,38.

Malheureusement, à ce jour, la demande des viticulteurs en espèces peu compétitives est encore largement insatisfaite38. Agroscope (Changins—Wädenswil, Suisse) a initié la sélection et la propagation de génotypes peu compétitifs pour une utilisation dans les vignobles39,40. De plus, l'idéotype recherché doit posséder d'autres caractéristiques importantes : (i) une bonne capacité d'établissement et une bonne résistance aux piétinements répétés ; (ii) homogénéité et pérennité de la couverture du sol ; (iii) un désherbage efficace ; (iv) habitus pérenne (pour réduire le coût de semis) ; (v) un développement aérien réduit (pour réduire l'entretien et les interventions viticoles) et (vi) un retard de croissance estival suivi d'une reprise automnale.

Parmi près de cinquante espèces, les meilleurs résultats testés ont été obtenus avec Hordeum murinum et, dans une moindre mesure, Trifolium subterraneum et Trifolium repens39. D'autres études ont montré que les espèces pérennes (par exemple Trifolium repens) ont tendance à être plus compétitives avec la vigne, par rapport aux annuelles à réensemencement spontané40. Sans surprise, les moins compétitives sont aussi celles qui ont le plus de mal à assurer l'implantation de la végétation et à maintenir une bonne couverture du sol dans le temps, étant souvent envahies par l'herbe indigène en deux ou trois saisons41.

Cet essai en pot est, à notre connaissance, le premier cas d'un criblage comparatif pour évaluer l'utilisation de l'eau, la caractérisation racinaire et le potentiel anti-érosif d'un grand nombre d'espèces herbacées potentiellement ciblées pour l'utilisation viticole. Aux côtés de certains CC déjà utilisés, comme les graminées (GR) et les légumineuses (LE), de nouveaux rampants (CR) ont été inclus dans l'étude pour leur intérêt potentiel comme paillis vivant sous le treillis.

La présente étude visait à comparer différentes espèces de CC pour (i) évaluer la perte d'eau (utilisation) avant et après la tonte, (ii) caractériser les traits racinaires et clarifier leurs effets sur l'agrégation du sol, et (iii) identifier les espèces les plus recommandées pour le couvert végétal viticole.

La figure 1 montre l'évapotranspiration quotidienne (ET, mm jour−1) de chaque CC testée avant la tonte (DOY, jour de l'année, 184) et à 2, 8, 17 et 25 jours après la tonte (DOY 190, 196, 205 et 213) ; le sol nu a également été inclus comme référence. Avant la tonte, les taux d'ET montraient des différences significatives entre et au sein des trois groupes. Les plantes CR avaient un ET moyen de 8,1 mm jour-1, ce qui était inférieur à celui des deux autres groupes (10,6 et 18,6 mm jour-1 pour GR et LE, respectivement) et du témoin sol nu (8,5 mm jour-1). Sur DOY 184, des valeurs aussi élevées que 9,4 (Glechoma hederacea L., GH) et 9,8 mm jour-1 (Trifolium subterraneum L. cv. Danemark, TS) ont été trouvées (Fig. 1), tout en oscillant autour de 7 mm jour-1, Dichondra repens JRForst. & G.Forst. (DR), Hieracium pilosella L. (HP) et Sagina subulata (Swartz) C. Presl (SS) ET étaient inférieurs à l'évaporation du sol lui-même.

Les barres verticales représentent l'utilisation quotidienne de l'eau par rapport à l'unité de sol (ET, mm jour −1) pour le sol nu (jaune) et toutes les espèces de cultures de couverture, divisées en plantes rampantes (nuances de bleu), légumineuses (nuances de vert) et graminées (nuances d'orange). L'évapotranspiration a été mesurée par une méthode gravimétrique avant (c'est-à-dire − 4) et à 2, 8, 17 et 25 jours après la tonte. Les données ET sont des valeurs moyennes ± SE (n = 4).

Le même jour, une grande variation ET a été enregistrée au sein du groupe GR sous le nom de Festuca arundinacea Schreb. CV. Thor (FA) a obtenu les valeurs ET quotidiennes les plus élevées (13,4 mm jour−1), alors que chez Festuca ovina L. cv. Ridu (FO), la perte d'eau a été réduite de 45 % (7,5 mm jour−1). Parmi les 15 CC, LE a enregistré l'ET pré-fauche le plus élevé avec Trifolium michelianum Savi cv. Bolta (TM) culminant à 22,6 mm jour−1. Cependant, au sein de l'EL, Medicago polymorpha L. cv. Scimitar (MP) a montré des valeurs ET aussi basses que 12,1 mm jour-1 (Fig. 1).

Deux jours après la tonte, toutes les CC testées ont enregistré des valeurs ET inférieures à 9 mm jour−1 (Fig. 1). De plus, la réduction de la consommation d'eau chez les LE variait entre 56 % (M. polymorpha, MP) et 73 % (T. michelianum, TM), de sorte que T. michelianum (TM, 6,1 mm jour-1), Medicago truncatula Gaertn. CV. Paraggio (MT, 5,6 mm jour-1) et M. polymorpha (MP, 5,2 mm jour-1) ont enregistré des valeurs ET inférieures à celles du sol nu (7,0 mm jour-1). Même en enregistrant une réduction constante de l'ET après la tonte, GR a conservé des taux d'ET légèrement supérieurs à ceux du sol nu, à l'exception de F. ovina (FO), qui a enregistré le plus bas à 6,3 mm jour-1. Des échantillonnages ultérieurs ont montré que la plupart des CC avaient une récupération progressive de l'utilisation de l'eau (Fig. 1) et les données prises 17 jours après la tonte ont confirmé que Lotus corniculatus L. cv. Leo (LC) et tous les GR ont récupéré les taux ET avant la tonte. Medicago lupulina L. cv. Virgo (ML) a enregistré une récupération partielle avec des taux similaires (environ 13 mm jour−1) à 17 et 25 jours après la tonte. F. ovina et tous les LE restants sont restés en dessous de 10 mm jour-1 avec des valeurs ET proches du contrôle jusqu'à la fin de l'essai. À 17 jours après la coupe de l'herbe, sous une biomasse dépassant le pot assez élevée, G. hederacea (GH) et T. subterraneum (TS) ont atteint des valeurs ET aussi élevées que 12,0 et 11,4 mm jour−1, respectivement. En revanche, D. repens (DR), H. pilosella (HP) et S. subulata (SS) même si avec des valeurs ET légèrement supérieures à celles enregistrées au début de l'essai (DOY 184), sont restés proches des taux d'évaporation du sol jusqu'au DOY 213.

La biomasse aérienne sèche coupée à la première date de tonte (ADW_MW1, DOY 188) a montré de grandes différences entre les groupes, comme représenté dans le tableau 1. ADW_MW1 au sein de LE était assez variable, car les valeurs variaient entre 274,3 gm-2 (M. polymorpha, MP) et 750,0 gm-2 (T. michelianum, TM). Avec une valeur moyenne de 565,9 gm-2, la biomasse aérienne LE était supérieure de 80 % à la moyenne GR ADW_MW1 (110,2 g m-2). F. ovina (FO) a obtenu la valeur la plus faible à 48,4 gm-2 parmi les graminées, tandis qu'au sein du groupe rampant, G. hederacea (GH) et T. subterraneum (TS) avaient un développement de biomasse à l'extérieur des bords du pot totalisant 89,6 gm-2 et 23,2 gm-2, respectivement.

L'indice de surface foliaire (LAI, m2 m−2) à la tonte a montré les valeurs les plus élevées en LE avec un LAI culminant à 12,4 (tableau 1). Parmi les GR, le LAI n'a pas montré de différences significatives, se situant autour de 1,2. En ce qui concerne le CR, le LAI a été évalué à 0,2 et 0,8 pour T. subterraneum (TS) et G. hederacea (GH) respectivement, tandis que le LAI estimé par analyse photo variait entre 1,3 (D. repens, DR) et 3,6 (T. subterraneum TS).

L'évapotranspiration par unité de surface foliaire (ETLEAF) était nettement plus élevée en GR, allant de 7,75 (F. ovina, FO) à 9,22 (Lolium perenne L. cv. Playfast, LP) mm m−2 jour−1 (Tableau 1). Par ordre décroissant, ETLEAF était le plus élevé chez D. repens (DR, 5,46 mm m−2 jour−1). ETLEAF similaire a été trouvé lors de la comparaison de certaines espèces LE et CR telles que M. truncatula (MT, 3,40 mm m-2 jour-1), M. lupulina (ML, 4,05 mm m-2 jour-1), G. hederacea (GH, 3,68 mm m-2 jour-1), H. pilosella (HP, 3,86 mm m-2 jour-1) et T. subterraneum (TS, 2,74 mm m-2 jour-1). −1). T. michelianum (TM), avec 1,81 mm m-2 jour-1, a obtenu le score ETLEAF le plus bas de toutes les espèces (tableau 1).

Le tracé du LAI par rapport à l'ET avant la tonte a donné une relation quadratique significative (R2 > 0,76) (Fig. 2a) qui a permis de distinguer deux nuages de données différents. Jusqu'à des valeurs LAI d'environ 6, le modèle était linéaire, ayant à son extrémité inférieure toutes les espèces GR et CR avec l'inclusion de M. polymorpha (MP) comme légumineuse, tandis qu'à l'autre extrémité, M. truncatula (MT), L. corniculatus (LC) et M. lupulina (ML) étaient regroupées. T. michelianum (TM) a été isolé de tous les CC à 22,56 mm jour-1.

Panneau (a) : régression quadratique de l'indice de surface foliaire (LAI, m2 m−2) en fonction de l'évapotranspiration du couvert végétal par unité de sol (ET, mm jour−1). Chaque point de données est une valeur moyenne ± SE (n = 4). L'équation du modèle quadratique est y = − 0,128x2 + 2,9968x + 5,4716, R2 = 0,76. Panneau (b) : la régression quadratique entre le LAI correspondant à la biomasse coupée (m2 m−2) et la réduction ET de la culture de couverture (%). Chaque point de données est une valeur moyenne ± SE (n = 4). L'équation du modèle quadratique est y = − 0,8985x2 + 16,503x + 5,1491, R2 = 0,94.

Lors de la régression de la fraction de réduction ET, par rapport aux valeurs avant tonte vs LAI (Fig. 2b), le même modèle quadratique a obtenu un ajustement très proche (R2 = 0,94, p < 0,01). Le groupement CC était similaire aux schémas mis en évidence pour l'ET, bien que des prédictions plus précises aient été atteintes au LAI, variant de 0 à 3. Une réduction linéaire de l'ET a été montrée lorsque le LAI retiré par rognage variait entre 0 et 6, tandis que par la suite, la réduction de l'ET était moins que proportionnelle à la quantité de LAI retirée. Cela suggère un LAI de 5 à 6 comme référence, à l'intérieur duquel il est possible de maximiser la réduction de la consommation d'eau après la coupe.

La densité de longueur des racines (RLD, cm cm-3) déterminée pour chaque CC à 0–10 cm et 10–20 cm de profondeur est présentée dans le tableau 2. Dans la couche arable, la RLD de Poa pratensis L. cv. Tetris (PP), Festuca rubra L. var. commuta Gaud. CV. Casanova (FRC) et F. arundinacea (FA) ont culminé à 52,5 ; 53,7 et 59,0 cm cm-3, respectivement, alors que M. polymorpha, (MP), M. truncatula (MT), T. subterraneum (TS) et T. michelianum (TM) n'ont pas atteint le seuil de 10 cm cm-3 (tableau 2). L. corniculatus (LC) a enregistré le RLD le plus élevé (29,7 cm cm-3) à 0–10 cm parmi les espèces LE tout en étant très proche de F. ovina (FO, 30,3 cm cm-3), qui avait le RLD le plus bas du groupe GR. Dans le groupe CR, les valeurs RLD les plus élevées et les plus basses dans la couche supérieure ont été trouvées chez G. hederacea (GH) et T. subterraneum (TS), à 26,9 et 7,4 cm cm-3 respectivement (tableau 2). En ce qui concerne la colonisation racinaire de l'horizon du sol de 10 à 20 cm, F. arundinacea a maintenu le RLD le plus élevé (10,7 cm cm-3), suivi de L. corniculatus (7,9 cm cm-3). Dans l'ensemble, un RLD très faible a été enregistré à travers cette couche dans tous les CC restants.

Les valeurs les plus élevées de longueur de la classe de diamètre (DCL, mm cm−3) pour les racines très fines (DCL_VF, < 0,075 mm) dans les 10 premiers cm de sol ont été enregistrées en GR, comprises entre 9,75 (F. ovina, FO) et 23,35 (P. pratensis, PP) cm cm−3 (Tableau 2). Toutes les espèces restantes ont enregistré des valeurs assez faibles, comprises dans la plage de 0–4 cm cm−3. Un schéma similaire a été observé dans la même couche de sol pour la classe des racines fines (DCL_F, 0,075–0,2 mm), bien que F. arundinacea (FA) et F. rubra commutata (FRC) aient obtenu les valeurs les plus élevées (25,74 et 26,10 cm cm−3, respectivement). Pour la même longueur de classe de diamètre, aucun parmi les LE et les CR ne dépasse les 9 cm cm−3 à l'exception de G. hederacea, évalué à 16,32 cm cm−3.

Un comportement plus uniforme parmi les espèces a été trouvé pour les racines moyennes (DCL_M, 0,2–1,0 mm) et grossières (DCL_C, > 1,0 mm), bien que, plus particulièrement, les racines de L. corniculatus aient montré l'abondance la plus élevée pour DCL_M (23,08 cm cm−3) et DCL_C (0,54 cm cm−3).

À une profondeur de sol de 10 à 20 cm, GR a confirmé les valeurs les plus élevées pour les racines très fines et fines, F. arundinacea atteignant un DCL maximal de 2,269 et 5,215 cm cm-3, respectivement (tableau 2). L. corniculatus a largement surpassé toutes les autres espèces pour le diamètre moyen et grossier des racines (6,173 et 0,037 cm cm-3, respectivement), F. arundinacea se classant deuxième (3,157 et 0,016 cm cm-3, respectivement).

Le poids sec des racines le plus élevé (RDW, mg cm-3) dans la couche arable a été atteint par L. corniculatus (8,7 mg cm-3) et F. arundinacea (7,6 mg cm-3). Notamment, ces valeurs étaient significativement plus élevées que celles enregistrées sur les espèces restantes, à l'exception de la comparaison entre F. arundinacea et F. rubra commutata (tableau 2). À 10–20 de profondeur, une faible variation a été enregistrée dans le RDW mesuré chez les graminées, tandis que L. corniculatus a conservé sa suprématie dans les légumineuses (4,5 mg cm-3). Dans le type rampant, D. repens (DR) et G. hederacea (GH) ont obtenu des valeurs RDW aussi élevées que celles déterminées pour les espèces de graminées (à savoir F. arundinacea, P. pratensis et F. rubra commutata), alors que S. subulata (SS) n'avait essentiellement aucun développement racinaire.

Le tableau 3 rapporte le poids global proportionnel (g kg−1) pour des profondeurs de sol de 0–10 et 10–20 cm. Par rapport au sol nu, la plus forte augmentation des gros macroagrégats (ML, > 2000 µm) dans les 10 premiers centimètres du sol a été obtenue par L. corniculatus avec 461 g kg−1. L. corniculatus différait du reste du groupe LE, dont la moyenne générale (90 g kg−1) était la plus faible des trois groupes testés. En tant que légumineuse, T. subterraneum (TS, 122 g kg−1) a enregistré les valeurs les plus faibles par rapport aux autres espèces CR, comprises entre 211 (D. repens, DR) et 316 g kg−1 (G. hederacea, GH). GR a enregistré des valeurs de LM légèrement inférieures à celles de CR, avec une valeur moyenne de 217 vs 224 g kg-1.

Les petits macroagrégats les plus élevés (sM; 250–2000 µm) dans la couche arable ont été trouvés dans le sol nu et des valeurs tout aussi élevées ont été trouvées chez M. polymorpha (MP), M. lupulina (ML) et M. truncatula (MT), tandis que L. perenne (LP), avec 298 g kg-1, avait la quantité la plus faible. Dans la couche de sol de 0 à 10 cm, GR a obtenu le sM moyen le plus bas (340 g kg−1), tandis que les espèces CR variaient entre 343 (G. hederacea, GH) et 439 (T. subterraneum, TS) g kg−1. La plage globale de variation entre les espèces au sein de la fraction sM à 0–10 cm était de 66 % (sol nu vs L. perenne) par rapport à la variation de 707 % (L. corniculatus vs T. michelianum) enregistrée pour la fraction LM (tableau 3). Dans la couche supérieure du sol, T. michelianum (TM) se distingue par les valeurs les plus élevées pour les microagrégats (m, 53–250 µm) et les fractions de limon et d'argile (s + c, < 53 µm) enregistrant respectivement 346 et 173 g kg-1. Bien qu'appartenant au même groupe, L. corniculatus avait le comportement opposé, enregistrant les valeurs les plus basses pour m (163 g kg−1) et s + c (63 g kg−1).

À une profondeur de sol de 10 à 20 cm, L. corniculatus avec 319 g kg −1 ML a de nouveau surpassé tous les autres CC. Une situation assez homogène a pu être repérée au sein de la GR ; les fractions mesurées de LM comprises entre 65 et 136 g kg-1 ont mis en évidence le GR comme le groupe le plus efficace dans la production de LM dans la profondeur inférieure de 10 à 20 cm. T. michelianum (TM) est le seul à montrer une valeur LM aussi faible que celle du sol nu (36 g kg-1).

Dans la couche de sol de 10 à 20 cm, un comportement plus uniforme a été trouvé parmi les espèces pour sM, m et s + c dans une plage de variation de 64% (sol nu vs L. corniculatus), 56% (F. rubra commutata vs L. corniculatus) et 46% (F. rubra commutata vs sol nu) respectivement par rapport à la variation de 811% (L. corniculatus vs sol nu) enregistrée pour la fraction LM (tableau 3).

L. corniculatus a enregistré le diamètre de poids moyen le plus élevé (MWD, mm) parmi tous les CC dans les couches de sol supérieures (2, 68 mm) et inférieures (1, 98 mm) (tableau 3), tandis que T. michelianum s'est classé le plus bas (0, 92 et 0, 74 mm, respectivement). Dans les 10 premiers cm, GR a montré un schéma plus homogène avec une variabilité MWD de 32% (F. rubra commutata vs F. arundinacea), augmentant à 73% en CR (T. subterraneum vs G. hederacea) et 226% en LE (T. michelianum vs LC). De même, à une profondeur de 10 à 20 cm, la variabilité la plus élevée a été enregistrée dans le LE (167 % pour la comparaison entre T. michelianum et L. corniculatus). À l'inverse, moins de variabilité a été trouvée au sein de GR (41 % pour FRC vs L. perenne) et CR (26 % pour T. subterraneum vs G. hederacea).

Les coefficients de Spearman (ρ) calculés pour les corrélations entre les fractions de taille d'agrégat, RLD, DCL et RDW sont présentés à la Fig. 3 pour les profondeurs de sol de 0 à 10 cm (A) et de 10 à 20 cm (B). Pour la couche arable (Fig. 3a), LM avait une corrélation positive étroite avec RLD (ρ = + 0,56), DCL_M (ρ = + 0,69) et RDW (ρ = + 0,62). À l'inverse, sM était corrélé négativement avec les mêmes longueurs de classe de diamètre (ρ = − 0,68, − 0,74 et − 0,65, respectivement). Dans l'ensemble, un modèle similaire a été maintenu pour la profondeur de 10 à 20 cm, bien que les corrélations aient été en général moins étroites (Fig. 3b).

Corrélations de Spearman pour les différences dans la configuration des agrégats du sol et les traits des racines pour les profondeurs de sol de 0–10 cm (a) et de 10–20 cm (b). La couleur bleue indique une corrélation positive, tandis que le rouge indique une corrélation négative.

La matrice de corrélation de Pearson calculée par l'analyse en composantes principales (ACP) (tableau S1) pour le pool de données sur les 15 CC a montré que l'évapotranspiration avant la tonte (UMW_ET) n'était pas corrélée à RLD ou à tout DCL ; plutôt, une corrélation très étroite (r = 0,96) a été trouvée vs ADW_MW1. À l'inverse, ET évalué 25 jours après la tonte (MW_ET_25) a montré une corrélation positive significative avec plusieurs variables de croissance racinaire, notamment DCL_C, DCL_M, RDW et le poids sec total hors sol (c'est-à-dire la somme des première et deuxième coupes, ADW_TOTAL).

L'analyse du bi-plot (Fig. 4) rapportant le positionnement de chaque CC et la direction et l'ampleur de la variation de chaque variable le long des composantes F1 et F2, permet une séparation assez nette des trois groupes familiaux, bien qu'avec quelques exceptions intra-groupe.

Analyse en composantes principales pour 15 espèces différentes de cultures de couverture réparties en graminées (nuances orange), légumineuses (nuances vertes) et plantes rampantes (nuances bleues). Les lignes rouges représentent des variables actives telles que (i) l'évapotranspiration avant (UNMW_ET) et (ii) 25 jours après la tonte (MW_ET_25), (iii) la biomasse aérienne sèche coupée au premier événement de tonte (ADW_MW1) et (iv) le total (ADW_TOTAL) ; (v) longueur de classe de diamètre pour les racines très fines (DCL_VF), (vi) fines (DCL_F), (vii) moyennes (DCL_ M) (viii) grossières (DCL_C); (ix) densité de longueur des racines (RLD) et (x) poids sec des racines (RDW). Les traits racinaires sont des valeurs moyennes de 0 à 20 cm de profondeur de sol.

Au sein de LE, L. corniculatus (LC) s'est clairement isolé des autres espèces. L. corniculatus a combiné une corrélation forte et positive avec RDW, DCL_C et DCL_M le long de la composante F1 et avec UMW_ET et ADW_MW1 le long de la composante F2. Inversement, l'emplacement de M. truncatula (MT), T. michelianum (TM) et M. lupulina (ML) dans le biplot dépendait d'une étroite corrélation positive le long de F2 avec UMW_ET et ADW_MW1. M. polymorpha (MP) a affiché un autre comportement distinct, déterminé par une forte corrélation négative avec RDW, DCL_C, DCL_M le long de la composante F1.

GR regroupées dans le quadrant inférieur droit, sauf pour F. ovina (FO). Une fois de plus, cependant, un comportement différent entre F. arundinacea (FA) et F. ovina (FO) était apparent, les autres espèces de graminées ayant un comportement intermédiaire. F. arundinacea a montré une corrélation positive étroite avec RLD et RDW le long de F1, et une corrélation négative avec DCL_F et DCL_VF le long de F2 (Fig. 4). À l'inverse, F. ovina (FO) a une corrélation négative avec UMW_ET et ADW_MW1 (F2) et, quoique de moindre ampleur, avec DCL_M, DCL_C et RDW (F1). Les trois espèces de graminées restantes (L. perenne, F. rubra commutata et P. pratense) ont été essentiellement regroupées, bien que leur comportement ait été déterminé par des scores factoriels négatifs le long des composantes principales F2. Ces CC établissent une corrélation négative avec UMW_ET et ADW_MW1 et une corrélation positive avec DCL_VF et DCL_F.

CR avait un comportement un peu plus homogène, bien que G. hederacea (GH) ait également eu tendance à être isolé dans la distribution bi-parcelles. S. subulata (SS), H. pilosella (HP) et T. subterraneum (TS) étaient presque insensibles aux variables décrites dans F2, alors que leur comportement était largement déterminé par une corrélation négative avec certaines variables F1, à savoir, DCL_C, DCL _M et RDW.

Les résultats de la présente étude mettent en lumière une question clé pour la transition écologique de la viticulture moderne sous la menace du changement climatique, à savoir, comment et quelles espèces de CC doivent être utilisées au niveau du champ pour améliorer les performances de l'agro-écosystème.

Bien que notre essai ait été mené dans des pots dans des conditions intrinsèquement contraintes et un régime bien arrosé, la nature détaillée et riche des données collectées permet l'identification d'espèces CC appropriées ou moins appropriées. Même si ces CC ont été analysés ici avec l'idée d'une mise en œuvre viticole, les résultats obtenus peuvent être considérés comme des informations précieuses pour une application dans des vergers génériques.

Concernant l'ET, les mesures prises après 105 jours de croissance non perturbée ont indiqué des taux très élevés (environ 20 mm jour-1 dans des conditions bien arrosées) dans toutes les légumineuses, à l'exception partielle de M. polymorpha (MP). En prenant LC comme exemple, au même LAI estimé (environ 5), ET était plus élevé que ceux enregistrés en Nouvelle-Zélande42, culminant à environ 11 mm jour−1. Les raisons de cet écart sont probablement liées à la demande d'évaporation significativement plus faible dans leur expérience que la nôtre puisque les températures de l'air pendant les heures centrales ne dépassaient pas 21 °C, alors que notre température quotidienne variait entre 17 et 29 °C (Fig. S1). Dans des conditions bien arrosées et en dehors du rôle joué par la demande d'évaporation, l'ET quotidienne est principalement déterminée par deux facteurs : la quantité de biomasse aérienne produite et l'ETLEAF génétiquement déterminé. Nos résultats ont montré que l'ET élevé du groupe LE provenait principalement d'un développement très rapide après le semis, plutôt que d'un ETLEAF plus élevé, ce dernier étant plus que divisé par deux par rapport à la valeur moyenne du groupe GR (tableau 1).

Alors que la tonte est connue pour être un outil précieux pour limiter la consommation d'eau par les CC33, la disponibilité des résultats précédents quantifiant la quantité et la dynamique de l'économie d'eau due à la tonte de l'herbe est limitée. Une étude a révélé que trois semaines après la coupe de Medicago sativa L., l'ET quotidienne était d'environ 60 à 70 % de celle d'avant la coupe43. Notre MW_ET_25 confirme un comportement similaire avec ML, tandis que L. corniculatus (LC) a rapidement récupéré pleinement les taux de pré-tonte (Fig. 1).

Ici, pour la première fois, nous avons constaté que le tracé du LAI en fonction de la réduction de l'ET pour les données regroupées sur les 15 espèces (Fig. 2b) a donné un ajustement très proche des données observées, suggérant ainsi que (i) une diminution linéaire de l'ET est attendue chaque fois que le LAI est supprimé par des plages de coupe comprises entre 0 et 6 ; (ii) un effet de saturation semble atteint au-delà de cette limite, probablement parce qu'avec une canopée de couverture augmentant en hauteur et en densité, les couches foliaires inférieures deviennent fortement ombragées, minimisant ainsi leur contribution à la transpiration33. Cela a des implications pertinentes lorsqu'une culture de couverture d'hiver temporaire, contenant généralement des légumineuses, est semée pour la terminaison au printemps dans un but d'engrais vert. Si une caractéristique souhaitable est d'obtenir la biomasse la plus élevée avant la fin pour maximiser le retour de N à la culture, une croissance de légumineuses au-dessus d'un LAI de 6 à 7 n'entraînera pas une consommation d'eau de luxe, sur la base du mécanisme mis en évidence ci-dessus.

L'utilisation élevée d'eau par L. corniculatus (LC) a été corroborée par le RLD le plus élevé dans la couche de sol de 10–20 cm (7,9 cm cm−3) et le RDW dans les profondeurs de 0–10 cm (8,7 mg cm−3) et de 10–20 cm (4,5 mg cm−3). Cependant, nos résultats clarifient également qu'un tel effet est principalement dû aux valeurs très élevées de DCL_M et DCL_C, qui expliquent à leur tour pourquoi L. corniculatus (LC) a également pu creuser dans la couche inférieure du sol. Puisqu'il a été rapporté que des racines plus épaisses sont plus efficaces pour surmonter les problèmes liés à la résistance mécanique du sol44, nos résultats suggèrent également l'importance de L. corniculatus (LC) dans l'amélioration de la qualité physique du sol en diminuant la densité apparente et en empêchant le compactage du sol, même si les opérations de travail du sol sont suspendues.

En ce qui concerne la RG, nos résultats ajoutent des connaissances importantes aux études précédentes45,46,47 menant à l'utilisation potentielle de CC permanents à mi-rang à base d'herbe dans la gestion du sol des vergers. Le présent essai indique que F. arundinacea (du moins en ce qui concerne le cultivar testé) doit être considérée comme une graminée assez compétitive, tandis que F. ovina se comporte à l'inverse. Le potentiel de transpiration de F. arundinacea repose davantage sur une ETLEAF élevée que sur une biomasse aérienne favorisée : d'où la capacité d'interception de la lumière plus élevée (Fig. 1 et Tableau 1). Ceci est sensiblement différent de ce qui a été rapporté ci-dessus sur le groupe LE (en particulier L. corniculatus) et suggère une implication pertinente pour l'utilisation au niveau du champ : au même LAI, l'une de nos espèces GR testées utilisera probablement une quantité d'eau significativement plus élevée que les espèces de légumineuses.

Nos résultats sur GR ET sont confirmés par la littérature, où F. arundinacea et F. ovina sont évaluées comme les graminées les plus et les moins compétitives, avec des valeurs aussi élevées que 8,5 et 12,6 mm jour-1, respectivement45,48. De plus, une étude46 a montré la différence existante entre les cultivars de F. arundinacea cultivés dans des conditions nutritives hydriques non limitantes dont les taux ET variaient entre 10 et 13,5 mm jour-1, ce qui correspond parfaitement à nos données. L'entrée de nos valeurs fauchées de F. arundinacea (161,8 g m-2) dans un modèle de réduction ET vs biomasse coupée sèche réalisé sur Festuca arundinacea var. Barfelix33 conduit à une réduction de 36 % de l'ET, ce qui est très proche de la réduction de 35 % enregistrée à un LAI de 1,52 (Tableau 1 et Fig. 2b).

Notamment, alors que L. corniculatus (LC) et F. arundinacea (FA) partagent la capacité d'étendre leurs racines dans la couche de sol plus profonde, notre analyse PCA a révélé que les valeurs de DCL pour tout diamètre de racine - incluant donc les racines très fines et fines - sous F. arundinacea dans la couche de sol de 10 à 20 cm étaient plusieurs fois plus élevées que celles sous d'autres graminées. Il est largement admis qu'un système racinaire bien établi et développé est essentiel pour une absorption efficace de l'eau49. Par conséquent, nos résultats sur le DCL indiquent que F. arundinacea peut également améliorer l'absorption des nutriments et de l'eau, en augmentant la surface des poils absorbants même dans les couches inférieures du sol.

Toutes les espèces de GR testées, malgré de grandes différences dans les paramètres de croissance des racines, ont conservé des valeurs ETLEAF élevées et similaires. L'explication d'un tel comportement se trouve dans les taux ET donnés sur une base de pot (Fig. S2). Il est assez frappant de constater que pour n'importe quel GR, l'ET quotidien du pot est resté à moins de 60% de l'approvisionnement quotidien en eau (1,0 à 1,1 L par pot). Vraisemblablement, cela a permis une fonction optimale des feuilles, expliquant pourquoi ETLEAF ne différait pas. Par conséquent, en cas de disponibilité persistante et non limitative de l'eau du sol, l'utilisation totale de l'eau dans notre GR testé devient une fonction principale du LAI (Fig. 2b).

FO confirme son attitude vis-à-vis des faibles ET en raison de ses caractéristiques de "nanisme". Un ADW_MW1 très faible (Tableau 1) associé à un système racinaire peu profond avec une colonisation minimale du sol en dessous de 10 cm de profondeur fait de ce CC un candidat assez intéressant pour un établissement permanent entre rangs. Selon l'analyse PCA, F. ovina (FO) isolé pour une corrélation négative avec ADW_MW1 et UMW_ET. Idéalement, au champ, son système racinaire peu profond pourrait faciliter un assèchement temporel et partiel en été, avec une récupération rapide avec les précipitations entrantes à l'automne.

En ce qui concerne la gestion des bandes sous vigne, beaucoup de travail a été fait pour étudier comment le semis natif par rapport au semis de mélanges commerciaux pourrait affecter le degré de compétition envers le système racinaire des vignes consociées (insistant essentiellement dans le même volume de sol) avec des effets possibles sur le RLD et la distribution des racines50. Plusieurs auteurs ont trouvé que la couche arable conquise par un CC incite le système racinaire de la vigne à explorer un horizon pédologique plus profond ou à s'étendre préférentiellement latéralement à partir de l'axe du rang50,51,52. Des recherches menées précédemment53 ont montré que les vignes bien établies avec de l'herbe F. rubra en sous-étage avaient une distribution racinaire plus profonde et montraient quelques signes d'absorption d'eau restreinte. Ce n'est qu'à une profondeur de sol de 10 cm que l'appauvrissement en isotopes O 18O (δ18O, ‰) était significativement plus négatif dans le sol avec le CC par rapport au sol labouré, mais il n'y avait pas d'effet de traitement significatif en dessous.

Des travaux préliminaires menés en France40,41 ont montré que la mise en place de CC à racines peu profondes, mais rampantes et étouffantes sous la bande de rang peut être assez efficace pour contrôler les mauvaises herbes, réduisant ainsi le besoin de travail du sol ou d'herbicides. Dans le même temps, le système racinaire de la vigne se développera sous le CC, où une humidité du sol plus élevée est susceptible d'être disponible. La gestion de tels CC implique qu'aucune tonte n'est faite tant que le couvert n'est pas trop grand et tend à envahir l'allée. Par conséquent, dans notre essai, nous avons évité toute coupe de raccourcissement de la canopée jusqu'à ce que la couverture commence à déborder de la surface du pot. Un tel statut n'a été atteint que par G. hederacea (GH) et T. subterraneum (TS). L'ET rapporté sur la Fig. 1 a fortement soutenu l'hypothèse selon laquelle toutes les espèces CR conservent de bonnes caractéristiques d'économie d'eau et pour trois d'entre elles (DR, HP et SS), les taux d'ET avant tonte étaient légèrement inférieurs à ceux mesurés sur le témoin et moins de 400 g H20 pot-1 jour-1 ont été utilisés (Fig. S2). Malgré l'absence réelle de tonte, les données prises sur ces espèces à 17 et 25 jours après la tonte ont montré une légère augmentation des taux d'ET qui doit être intrinsèquement attribuée à un épaississement probable du CC à la surface du pot. La deuxième caractéristique qui était également partagée par tous les CR était que la colonisation racinaire était essentiellement limitée à la couche arable uniquement (tableau 2), obéissant ainsi à la nécessité d'avoir, dans les conditions de terrain, deux couches de sol bien séparées, y compris les racines d'herbe sur le dessus et les racines de vigne à des profondeurs plus élevées.

Dans notre étude, une évaluation minutieuse des effets des CC sur la stabilité des agrégats du sol et la MWD a été réalisée et associée aux traits racinaires. Il est bien connu que la taille et la stabilité des agrégats du sol sont positivement associées à l'infiltration (et à la rétention) de l'eau et à l'atténuation de l'érosion du sol, en raison de l'amélioration de la distribution de la taille des pores54. De plus, la ML joue un rôle majeur dans l'amélioration de la concentration et de la stabilisation de la MOS55, augmentant ainsi encore la disponibilité de l'eau et des nutriments pour les plantes cultivées. En effet, il est bien connu que les macro-agrégats offrent une protection physique à la MOS en liant les composés organiques aux minéraux du sol et en créant une barrière entre les micro-organismes et leur substrat56. Étant donné que les vignobles méditerranéens sont généralement établis sur des pentes abruptes57, notre étude montre que les CC sélectionnés peuvent être considérés comme un outil prometteur pour stimuler l'agrégation du sol, suggérant ainsi une augmentation de l'infiltration de l'eau, ainsi qu'une réduction de l'érosion du sol et des pertes de nutriments58. Comme l'évaporation de l'eau du sol est principalement affectée par la teneur en eau du sol, la matière organique, la texture et la structure59, il est raisonnable de supposer que les CC peuvent contribuer à son changement avec une ampleur différente selon les caractéristiques des espèces. Cependant, dans notre essai, les composantes de l'évapotranspiration (c'est-à-dire l'évaporation et la transpiration) n'ont pas pu être distinguées, et les différents effets d'agrégation du sol induits par les cultures de couverture sur l'évaporation du sol étaient difficiles à évaluer car les mesures de perte d'eau ont été effectuées quelques mois avant l'échantillonnage du sol et les déterminations globales suivantes. Plus généralement, peu d'informations semblent disponibles : une stabilisation accrue des agrégats a été évaluée pour augmenter la quantité d'eau disponible dans les sols pour les plantes en réduisant les pertes par évaporation60, alors qu'un travail plus récent n'a montré aucun impact significatif de la taille des particules du sol sur le taux d'évaporation61.

Nos résultats montrent également une corrélation positive entre les grands macro-agrégats et les paramètres de développement des racines, tels que RLD et RDW, suggérant ainsi que les racines sont les principaux moteurs de la formation et de la stabilisation des agrégats du sol dans ce système. En effet, les racines sont connues pour produire du mucilage et d'autres exsudats qui maintiennent les particules ensemble, favorisant ainsi la formation de ML62. Des résultats similaires ont été rapportés dans les études précédentes63,64,65, qui ont observé une corrélation positive entre la biomasse racinaire/densité de longueur et la stabilité des agrégats. Par conséquent, les CC avec un RLD et un RDW élevés devraient être suggérés pour favoriser la stabilisation des agrégats, augmenter la protection du carbone organique du sol (COS) et l'infiltration/rétention de l'eau.

Dans notre étude, GR a généralement amélioré RLD et RDW, par rapport aux plantes LE et CR, à l'exception de L. corniculatus et G. hederacea. En particulier, F. arundinacea a montré la RLD la plus élevée (59,0 cm cm-3) parmi toutes les espèces et l'une des teneurs en LM les plus élevées (251 g kg-1 de sol) dans la couche de sol de 0 à 10 cm, confirmant ainsi l'interaction positive entre RLD et stabilisation de la LM. Parmi les légumineuses, L. corniculatus avait la plus grande quantité de LM dans les deux couches de sol, s'imposant comme un CC prometteur pour améliorer la structure du sol, tout en étant une source externe de N en raison de la fixation de N. Cela peut s'expliquer par le DCL plus élevé (Ø > 1,0 mm) de L. corniculatus par rapport aux autres espèces, indiquant ainsi le rôle important des grosses racines dans les niveaux d'agrégation du sol. La forte influence de L. corniculatus sur la résistance du sol, lorsqu'il est cultivé en monoculture par rapport à d'autres légumineuses, a été rapportée. Fait intéressant, H. pilosella avait un LM plus élevé que la plupart des autres espèces, tout en ayant un RLD et un RDW plus faibles. Des études antérieures ont rapporté un pH du sol plus faible sous H. pilosella que sous d'autres plantes66,67, ce qui s'est avéré à son tour corrélé négativement avec des agrégats stables à l'eau68. Les auteurs ont expliqué la corrélation négative entre l'augmentation du pH et le niveau d'agrégation du sol par la charge plus élevée d'acides humiques sur les surfaces minérales et par une diminution des forces de répulsion électrostatique entre les substances chargées négativement dans des conditions acides du sol, entraînant une coagulation plus élevée des particules organiques et minérales. Par conséquent, pour H. pilosella, l'effet sur l'agrégation du sol est davantage lié aux changements des propriétés chimiques du sol qu'aux caractéristiques des racines.

L'essai en pot en cours est, à notre connaissance, le premier cas d'un criblage comparatif pour évaluer l'utilisation de l'eau, la caractérisation des racines et le potentiel d'agrégation du sol d'un grand nombre d'espèces herbacées et définir les plus recommandées pour l'utilisation du vignoble. Les taux d'ET les plus élevés enregistrés pour les légumineuses étaient principalement dus à un développement très rapide après le semis, plutôt qu'à un ETLEAF plus élevé. Tant pour les légumineuses que pour les graminées, la tonte a été confirmée comme une pratique intéressante pour limiter proportionnellement l'utilisation de l'eau à tout moment jusqu'à un LAI de 5 à 6, tandis qu'un effet de saturation semble être atteint au-delà de cette limite. Parmi les graminées, F. ovina a été évaluée comme étant celle dont l'ET est le plus faible, ce qui en fait un candidat intéressant comme paillis vivant permanent entre les rangs. De plus, idéalement, une fois utilisé dans le champ, son système racinaire peu profond pourrait faciliter le séchage temporel et partiel en été, avec une récupération rapide avec les pluies entrantes à l'automne. CR a confirmé leur potentiel pour la gestion des bandes sous treillis car, tout en maintenant une couverture complète du sol (c.-à-d. potentiellement efficace dans le contrôle des mauvaises herbes), ils n'ont pas eu besoin de tonte pour réduire la hauteur, ont enregistré de faibles taux d'utilisation de l'eau et une colonisation racinaire superficielle (c'est-à-dire 0–10 cm). Enfin, notre étude a montré que les CC avec RLD et RDW améliorés tels que GR, G. hederacea et L. corniculatus peuvent être considérés comme des espèces prometteuses pour stimuler l'agrégation du sol, augmenter la protection du COS et l'infiltration de l'eau, ainsi que réduire l'érosion du sol et les pertes de nutriments.

L'étude a été menée en 2020 au Département de la production végétale durable, Università Cattolica del Sacro Cuore (Plaisance, Italie du Nord, 45°2' N; 09°42' E) sur 64 pots de 15 L de volume (0,27 m de profondeur, avec un diamètre interne de 0,27 m) conservés à l'extérieur dans un pot-lot. Les pots ont été remplis d'un sol argilo-loameux contenant 35 % de sable, 36 % de limon et 29 % d'argile. La capacité au champ, le point de flétrissement permanent et la densité apparente du sol ont été estimés à 32,8 %, 18,7 % et 1,42 g cm-3, respectivement69.

L'expérience a été mise en place sous la forme d'un bloc complet randomisé (RCBD) avec quatre répétitions et seize traitements : un témoin (c'est-à-dire un sol nu) et quinze CC, qui ont été testés en trois groupes : (i) graminées, (ii) légumineuses et (iii) plantes rampantes (tableau S2).

Le taux de semis des CC a été calculé selon un test de germination précédent (tableau S2) et tous les CC ont été semés manuellement le 20 avril 2020. Au moment où les premières mesures ont été effectuées, ils avaient tous une couverture du sol de 100 % et aucune croissance de mauvaises herbes n'a été enregistrée. Pour favoriser l'implantation de la plante et éviter tout déficit hydrique, pendant toute la période d'essai, chaque pot a été alimenté avec 350 mL d'eau trois fois par jour (soit 55 % de l'eau totale disponible) délivrée par un seul goutteur automatisé. L'arrosage automatisé a été arrêté un jour avant les mesures ET et la quantité exacte de 1 L pot-1 a été donnée manuellement.

Pendant la saison d'essai, la gestion des pots consistait en deux événements de tonte et deux opérations de travail du sol. Le 6 juillet et le 20 septembre 2020, les graminées et les légumineuses ont été tondues à la main à ~ 4 cm au-dessus de la surface du sol tandis que les plantes rampantes n'ont été taillées qu'en ce qui concerne la biomasse aérienne dépassant les bords du pot, car elles ne sont pas censées être taillées en hauteur dans des conditions de plein champ. Les mêmes jours, un léger travail du sol (environ 3 cm de profondeur) a été effectué dans les pots de sol nu à l'aide d'un râteau à trois dents.

La mesure de l'ET des CCs a été réalisée par une méthode gravimétrique car, à chaque date de mesure, tous les pots ont été pesés à 8 h et 19 h avec une balance électronique d'une résolution de 0,01 g. Le CC ET quotidien (mm j-1) a été calculé en ΔW/S, où ΔW est la variation de la masse du pot entre les 2 pesées quotidiennes, et S est la surface du pot33. Les taux d'ET mesurés ont ensuite été référencés par mètre carré de surface foliaire enlevée (ETLEAF) en cas de besoin. La température quotidienne maximale, moyenne et minimale de l'air (°C), ainsi que les précipitations quotidiennes (mm), ont été surveillées tout au long de l'expérience, et les données ont été recueillies à partir d'une station météorologique automatisée située à côté du pot d'expérience (Fig. S1).

Le 6 juillet et le 20 septembre 2020, la biomasse coupée à la main a été collectée et placée dans une étuve ventilée à 105 °C jusqu'à poids constant, puis le poids sec aérien a été mesuré en première (ADW_MW1) et deuxième (ADW_MW2) tonte. Le poids sec total hors sol (ADW_TOTAL) a été calculé comme la somme des deux coupes.

Avant la tonte, la biomasse aérienne fraîche de 20 plantes de chaque CC testée (soit cinq plantes par pot) a été prélevée et la surface foliaire équivalente a été mesurée à l'aide du logiciel d'analyse d'image Image J (National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA)70. La biomasse échantillonnée a ensuite été séchée dans une étuve ventilée à 105°C jusqu'à poids constant. Le LAI de la culture de couverture le premier jour de la mesure de l'ET a été estimé en ajustant l'ADW_MW1 dans la régression linéaire de la surface foliaire par rapport à la régression linéaire du poids sec obtenue pour tous les CC testés (tableau S3).

Pour le CR seul, comme la biomasse aérienne était coupée exclusivement lorsqu'elle dépassait les bordures du pot, le LAI a été estimé par photo-analyse du pot. Le nombre total de feuilles par pot a été compté sur les tirages photo (bien que la surface du pot soit complètement recouverte, les feuilles étaient clairement visibles car seuls quelques chevauchements se sont produits) et multiplié par la surface foliaire moyenne CC (connue à partir de l'échantillonnage des feuilles mentionné ci-dessus).

L'échantillonnage des racines a été effectué le 29 septembre avec un tube échantillonneur "Shelby" auto-construit de volume connu (6,88 cm de diamètre et 23,2 cm de longueur) qui a été inséré dans le sol pour atteindre une profondeur de 0,2 m. Des échantillons de sol pour chaque pot ont été prélevés à une position intermédiaire entre les bords et le centre du pot. Chaque carotte de sol a été divisée en deux couches : 0–10 cm et 10–20 cm de profondeur de sol. Deux échantillons supplémentaires par pot ont ensuite été prélevés à la fin de l'essai, le 4 février 2021, avec un échantillonneur de sol tubulaire (2,5 cm de diamètre) pour l'analyse de la stabilité des agrégats. La litière (le cas échéant) a été retirée et chaque carotte de sol a été divisée en profondeurs de 0 à 10 et 10 à 20 cm. Les échantillons de sol ont été passés à travers un tamis de 8 mm par cassage doux71, séchés à l'air et stockés à température ambiante pour des déterminations ultérieures.

Les carottes de sol ont été stockées à - 20 ° C jusqu'à ce que la séparation et l'analyse des racines aient été effectuées. Après décongélation, les échantillons ont été conservés dans une solution d'acide oxalique (2 %) pendant 2 h pour faciliter la séparation des racines du sol72. Les échantillons de sol ont ensuite été lavés et nettoyés. Les racines ont été récupérées de l'eau à l'aide d'un tamis de 2 mm72. Enfin, les racines ont été nettoyées à la main des particules organiques, immergées dans une solution d'éthanol à 10 % (v/v)73 et stockées à + 4 °C. Pour la numérisation, les racines ont été placées sur un plateau en plastique transparent. De l'eau distillée a été ajoutée au plateau pour faciliter la disposition de la racine et minimiser les chevauchements.

Les images des racines ont été acquises par un scanner (Epson Expression 10000xl, 600 dpi) équipé d'une double source lumineuse pour éviter le chevauchement des racines74. Le logiciel WinRHIZO Reg 2012 (Regent Instrument Inc., Québec, Canada) a été utilisé pour déterminer le RLD (cm cm-3) et le diamètre de la racine (RD, mm). Le RLD au sein de chaque classe de diamètre – à savoir le DCL (mm cm-3) – a été calculé pour les racines très fines (DCL_VF, < 0,075 mm), fines (DCL_F, 0,075–0,2 mm), moyennes (DCL_M, 0,2–1,0 mm) et grossières (DCL_C, > 1,0 mm), adaptées de Reinhardt et Miller75. De plus, le RDW (mg cm-3) a été déterminé par gravimétrie après séchage des racines dans une étuve ventilée à 60 °C jusqu'à poids constant.

Des sous-échantillons de 80 g ont été plongés dans de l'eau déminéralisée pendant 5 min et tamisés à l'eau. Trois tamis de mailles de 2000 µm, 250 µm et 53 µm ont été utilisés pour séparer les quatre fractions d'agrégats : LM (> 2000 µm), sM (250–2000 µm), m (53–250 µm) et s + c (< 53 µm). Chaque fraction a été isolée en déplaçant manuellement le tamis de haut en bas 50 fois. Après chaque phase, les agrégats de sol restant sur le dessus du tamis ont été transférés sur un plateau en aluminium, séchés au four à 105°C et pesés. L'eau et la terre passant à travers le tamis ont été versées sur la plus petite maille du tamis, commençant ainsi la phase suivante (tamisage humide). Toutes les fractions ont été corrigées pour la teneur en sable, et la MWD a été calculée selon van Bavel76 comme suit :

où \({x}_{i}\) est le diamètre moyen de chaque fraction de taille d'agrégat séparée par tamisage, et \({w}_{i}\) est la proportion de chaque fraction de taille d'agrégat sans sable par rapport au poids total de l'échantillon.

Toutes les données ont été soumises à une analyse de variance unidirectionnelle (ANOVA) à l'aide d'IBM SPSS Statistics 27 (SPSS Inc., Chicago, États-Unis). En cas de significativité du test de Fisher, la séparation moyenne a été réalisée par le test de Student-Newman Keuls (SNK) (p < 0,05).

Une analyse en composantes principales (ACP) a également été effectuée sur 10 variables représentatives de la croissance souterraine et aérienne (RLD, DCL_VF, DCL_F, DCL_M, DCL_C, RDW, ADW_MW1 et ADW_TOTAL) et de l'utilisation de l'eau (UMW_ET et MW_ET_25) à l'aide du progiciel statistique XLSTAT (Addinsoft, New York, NY, États-Unis). L'ACP choisie était une matrice de corrélation de Pearson. Le nombre de facteurs de filtre a été fixé à 5 et la visualisation finale des données était sous la forme d'un bi-plot de distance.

Une analyse de corrélation a été effectuée séparément pour les deux profondeurs de sol considérées (0–10 et 10–20 cm) afin d'évaluer la relation entre les traits racinaires (RLD, DCL_VF, DCL_F, DCL_M, DCL_C, RDW) et les fractions de taille d'agrégat (LM, sM, m, s + c, MWD), en utilisant le coefficient de rang de Spearman non paramétrique (ρ). Une valeur de p de 0,05 a été considérée comme significative pour le test. Nous avons utilisé R 4.0.3.77 avec le package factoextra78 pour les corrélations de rang de Spearman, respectivement.

La recherche expérimentale et les études en pot sur les plantes cultivées, y compris la collecte de matériel végétal ici rapportée, sont conformes aux directives et législations institutionnelles, nationales et internationales pertinentes. De plus, la collecte de spécimens de plantes a été effectuée conformément aux autorisations appropriées.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié et ses fichiers d'informations supplémentaires.

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Département de production agricole durable, Université catholique du Sacré-Cœur, Via Emilia Parmense 84, 29122, Plaisance, Italie

Caterina Capri, Matteo Gatti, Andrea Fiorini, Federico Ardenti, Vincenzo Tabaglio et Stefano Poni

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CC, MG et SP ont lancé la recherche, la conception expérimentale et mis en place l'expérience sur le terrain. CC a recueilli les données expérimentales et, avec AF et FA, a effectué l'analyse des données. CC, SP et AF ont rédigé le manuscrit. SP, MG, VT, AF, FA et CC ont revu, révisé et finalisé le manuscrit.

Correspondance avec Caterina Capri.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Capri, C., Gatti, M., Fiorini, A. et al. Une étude comparative de quinze espèces de plantes de couverture pour la gestion des sols des vergers : absorption d'eau, traits de densité racinaire et stabilité des agrégats du sol. Sci Rep 13, 721 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-27915-7

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Reçu : 10 août 2022

Accepté : 10 janvier 2023

Publié: 13 janvier 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-27915-7

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