La recherche offre une raison pour laquelle la diversité des espèces végétales entraîne un rendement agricole plus élevé, résolvant ainsi « un petit mystère »

« Il est communément observé que diverses communautés végétales peuvent être plus productives et plus stables au fil du temps », a déclaré l’auteur correspondant James Bever, scientifique principal au Kansas Biological Survey & Center for Ecological Research et professeur émérite de la Fondation d’écologie et de biologie évolutive à la KU. « Les parcours abritant de nombreuses espèces peuvent afficher une productivité accrue. Mais la raison en est un peu mystérieuse. »

Alors que la rotation des cultures et d’autres pratiques agricoles et de jardinage reflètent depuis longtemps les avantages d’un mélange de plantes, la nouvelle recherche apporte des données concrètes à un mécanisme important qui sous-tend l’observation : le nombre de micro-organismes dans le sol qui mangent les plantes.

« Diverses communautés agricoles ont le potentiel de garder les agents pathogènes à distance, ce qui se traduit par de meilleurs rendements », a déclaré Bever. « Ce que nous montrons, c’est que la spécialisation des agents pathogènes, en particulier ceux spécifiques à différentes espèces végétales, est un facteur majeur. Ces agents pathogènes suppriment les rendements dans les communautés à faible diversité. Un avantage significatif de la diversité des pâturages est que moins de biomasse est consommée par les agents pathogènes, ce qui permet davantage biomasse pour d’autres usages, comme le bétail. Le même processus est crucial pour la production agricole.

Les nouvelles données ont été développées à l’Université du Kansas à l’aide d’expériences sur le terrain à la KU Field Station, ainsi que d’essais en serre et de modélisation de rétroaction à l’aide d’ordinateurs. Ce projet a été soutenu par d’importantes subventions de collaboration à la KU de la National Science Foundation et du ministère américain de l’Agriculture.

« Nous avons mené une expérience en manipulant le nombre de plantes dans une parcelle et les différents niveaux de précipitations. Nous avions entre une et six espèces dans une parcelle », a déclaré Bever. « Ensuite, nous avons évalué la composition du microbiome sol-pathogène. Nous avons découvert que la variation de la composition des agents pathogènes dans les monocultures permettait de prédire de manière significative le rendement lorsqu’elles étaient combinées. Lorsqu’il existe des communautés pathogènes distinctes, leur mélange entraîne une plus grande libération d’agents pathogènes de « 

À la KU, les collaborateurs de Bever comprenaient la spécialiste associée Peggy Schultz ainsi que Haley Burrill et Laura Podzikowski, qui ont toutes deux obtenu un doctorat à la KU et sont maintenant chercheuses postdoctorales à l’Université de l’Oregon et à la KU, respectivement. L’auteur principal, Guangzhou Wang, a travaillé à la KU en tant que chercheur postdoctoral et est désormais affilié à l’Université agricole de Chine à Pékin, où il a travaillé sur l’enquête avec les co-auteurs Fusuo Zhang et Junling Zhang. Ils ont été rejoints par le co-auteur Maarten Eppinga de l’Université de Zurich, en Suisse.

Selon Bever, la recherche s’oppose à la pratique industrielle et agricole consistant à planter une seule culture vivrière sur plusieurs acres de terre, souvent appelée « monoculture ».

« En ce qui concerne les pratiques de monoculture, la philosophie de promotion de la diversité végétale semble aller à l’encontre des pratiques dominantes », a-t-il déclaré. « La monoculture – la plantation de vastes zones avec une seule culture – est motivée par des raisons technologiques plutôt que biologiques. Les aspects pratiques de la plantation et de la récolte ont motivé cette approche. L’agriculture traditionnelle amérindienne et les pratiques sous les tropiques impliquent des polycultures avec de multiples espèces. En Chine, il y a un mouvement vers une production mécanisée de polyculture, remettant en question le modèle de monoculture prédominant aux États-Unis. Il est essentiel de considérer la monoculture comme un modèle coût-bénéfice avec des intrants accrus et d’explorer des méthodes alternatives comme la rotation des cultures pour gérer les agents pathogènes au fil du temps.

Bever a déclaré que mélanger des plantes dans diverses parcelles serait bénéfique pour les jardiniers amateurs et tous ceux qui cultivent des plantes.

« Lorsque vous jardinez, vous ne comptez pas sur la plantation mécanique ni sur la récolte mécanique », a-t-il déclaré. « Il est certainement à votre avantage de mélanger vos cultures – de les planter dans des mélanges hétérogènes dans la parcelle. Pour plus de commodité, nous pourrions planter des rangées alternées de cultures différentes. Cela permettra de mieux contrôler les agents pathogènes que si vous n’en aviez que plusieurs. » rangées de la même culture les unes à côté des autres. Si vous aviez quatre parcelles distinctes dans votre jardin, vous ne voudriez pas mettre toutes les tomates dans une et toutes les courges dans une autre, et une troisième avec des herbes – vous voudriez pour les mélanger. Vous réduirez les agents pathogènes en faisant cela. C’est ce que montrent nos données.

Enfin, Bever a déclaré que les découvertes de son équipe qui montrent que la biodiversité interdit la croissance des agents pathogènes ne sont pas aussi claires en dehors du règne végétal. En fait, l’idée est controversée dans les systèmes animaux comme la maladie de Lyme.

« Nos résultats clairs dans le monde végétal contrastent avec la complexité de cette littérature dans le monde animal », a-t-il déclaré. « Dans le contexte de l’attention récente portée aux agents pathogènes, comme dans le cas du COVID, l’étude des agents pathogènes en écologie a été controversée. L’impact de la diversité sur les impacts des agents pathogènes, qu’elle augmente ou diminue, a été débattu. Nos résultats pour les plantes indiquent que le plus grand La préoccupation est la réduction de la propagation des agents pathogènes avec une diversité accrue, plutôt qu’une augmentation. Dans notre étude, les agents pathogènes, y compris ceux vivant dans le sol, ont été examinés. Des tendances similaires ont été observées avec les agents pathogènes foliaires, comme détaillé dans un article à paraître. La controverse découle de différences entre la façon dont les agents pathogènes affectent le règne animal et celui des plantes.