Cultiver plusieurs cultures vivrières ensemble est une pratique agricole plus durable imitant les communautés de plantes sauvages hautement productives. Ce processus, connu sous le nom de culture intercalaire, tire parti des caractéristiques complémentaires de différents types de cultures pour maximiser la production et minimiser le besoin d’engrais et d’autres pratiques nuisibles à l’environnement. Par exemple, les peuples autochtones d’Amérique du Nord cultivent depuis longtemps du maïs, des haricots et des courges pour maximiser le rendement de chaque plante et réduire le besoin d’arrosage ou d’engrais.
« Cependant, la plupart des cultures commerciales ont été sélectionnées pour des caractéristiques qui les rendent très productives dans des contextes de culture unique », explique l’auteure principale Laura Stefan, ancienne titulaire d’un doctorat. étudiant à l’ETH Zurich et maintenant chercheur postdoctoral à Agroscope, l’Institut de recherche agronomique de la Confédération suisse. « Ces cultures peuvent ne pas être bien adaptées à la culture dans des systèmes de cultures multiples, ce qui peut réduire les avantages de la culture intercalaire. »
Pour en savoir plus sur la capacité d’adaptation des différentes cultures, l’équipe a cultivé des espèces de blé, d’avoine, de lentilles, de lin, de caméline et de coriandre dans de petites parcelles. Les parcelles comprenaient 13 combinaisons de deux espèces, quatre mélanges de quatre espèces différentes, des plantes poussant individuellement ou en parcelles monospécifiques, en parcelles fertilisées ou non. L’équipe a répété les expériences pendant trois années consécutives, chaque année en utilisant des graines collectées dans les parcelles de l’année précédente pour évaluer les effets générationnels de la culture dans différents systèmes. La troisième année, ils ont mesuré les caractéristiques et la productivité des plantes.
Ils ont découvert que les plantes cultivées dans le même cadre de cultures multiples pendant deux générations s’adaptaient pour moins se concurrencer et coopérer davantage les unes avec les autres. Cependant, l’avantage de rendement de ces cultures multispécifiques par rapport aux cultures en monoculture n’a été augmenté que dans les parcelles fertilisées. Sur deux générations, les plantes cultivées ensemble dans des monocultures ou des parcelles mixtes ont grandi. Ils ont également produit des feuilles « moins chères », ou plus fines, indiquant une stratégie de croissance associée à une production rapide de biomasse.
« Notre étude montre que les cultures annuelles s’adaptent rapidement pour être plus coopératives sur seulement deux générations, mais cela ne conduit pas à des avantages de rendement accrus sans engrais », déclare la co-auteure Nadine Enggersen, qui a travaillé sur l’étude en tant que doctorante. étudiant à l’Institut des Sciences Agronomiques de l’ETH Zurich, Suisse. « De manière inattendue, les plantes ont toutes poussé pour avoir des traits plus similaires plutôt que de se spécialiser pour remplir une niche unique. »
Les auteurs suggèrent que le court laps de temps de l’étude – sur seulement trois ans – peut expliquer pourquoi plus de différenciation ne s’est pas produite. Il est peu probable que de nombreux changements génétiques se soient produits pendant cette période. Cependant, la sélection génétique de génotypes particuliers pourrait avoir eu lieu pour les espèces présentant une variation génotypique existante. De plus, les modifications épigénétiques qui activent ou désactivent les gènes peuvent expliquer certaines des adaptations végétales observées. Les microbes ou les ressources nutritives transmises d’une génération végétale à l’autre via les graines peuvent également expliquer certaines de ces adaptations rapides.
Des études à plus long terme peuvent observer plus d’adaptations causées par des mutations génétiques ou une recombinaison génétique, le réarrangement des séquences d’ADN végétal. Les résultats actuels suggèrent que l’élevage sélectif pourrait donner lieu à des traits qui optimisent la coopération et le rendement dans les parcelles multi-espèces.
« Nos découvertes ont des implications importantes pour le passage à une agriculture plus diversifiée », conclut l’auteur principal Christian Schöb, responsable du groupe d’écologie agricole, auparavant à l’ETH Zurich et maintenant à l’université Rey Juan Carlos. « Ils suggèrent que la sélection de plantes à cultiver dans des parcelles d’espèces mixtes pourrait encore améliorer les rendements et réduire le besoin d’engrais et d’autres pratiques nocives. »
La recherche a été publiée dans eVie.
Laura Stefan et al, L’adaptation transgénérationnelle rapide en réponse à la culture intercalaire réduit la concurrence, eVie (2022). DOI : 10.7554/eLife.77577