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International audience; This chapter discusses the influence of grassland management systems on grassland vegetation dynamics and its biodiversity, with an important discussion about antagonisms between grassland intensification and species diversity or the possibilities for restoring biodiversity. Factors such as scale and abiotic heterogeneity of a site and the size of herbivore or mixture of herbivores that are used will affect biodiversity are covered. The benefits and threats of reducing grazing intensity are also discussed. Finally, grazing and the conservation of faunal diversity in grasslands are explored.

Grasslands can contribute to climate change mitigation through soil organic carbon (SOC) sequestration, however, the magnitude of SOC sequestration is dependent on the management practices and pedoclimatic conditions. Grazing and mowing are both harvesting techniques, but their effect on the plant-soil system may be different. In this context the general aim of the PhD was to determine the effect of grazing and mowing on soil organic matter (SOM) quality and soil biogeochemical processes under contrasting pedoclimatic conditions. To this end, I analysed soil and plant parameters in grazing and mowing at two experimental sites of SOERE ACBB in Lusignan and Clermont Ferrand. My results indicate that grassland management practices altered plant chemistry, in particular its lignin content, resulting in higher plant litter quality under grazing compared to mowing. However, the soil lignin composition was not related to shoot and root lignin composition suggesting that soil lignin is controlled by microbial decomposition. Moreover, grassland management influenced the root biomass, which consequently controlled microbial functioning. Pedoclimatic conditions determined the grassland management effects on SOC and N: grazing resulted in higher SOC content compared to mowing in C-poor soil whereas in C-rich soil both resulted in similar SOC contents as in unmanaged grassland. However, regardless of the pedoclimatic conditions, mowing led to more degraded SOM and less efficient microbial functioning as compared to grazing.To conclude, both grazing and mowing have the potential to increase SOC sequestration albeit grazing has bigger potential in C-poor soil, which may be explained by contrasting effects of grazing and mowing on soil biogeochemical processes; Les prairies peuvent contribuer à l'atténuation du changement climatique par la séquestration du carbone organique dans le sol (COS). Cependant, l'ampleur de cette séquestration dépend des pratiques de gestion et des conditions pédoclimatiques. Le pâturage et le fauchage sont tous deux des techniques de récolte, mais leur effet sur le système plante-sol peut être différent. Dans ce contexte, l'objectif général de la thèse était de déterminer l'effet du pâturage et du fauchage sur la qualité de la matière organique du sol (MOS) et les processus biogéochimiques du sol dans des conditions pédoclimatiques contrastées. Pour cela, j'ai analysé les paramètres du sol et des végétaux en pâturage et en fauchage sur deux sites expérimentaux de SOERE ACBB à Lusignan et Clermont Ferrand. Mes résultats indiquent que les pratiques de gestion des prairies ont modifié la chimie des plantes, en particulier sa teneur en lignine, ce qui se traduit par une meilleure qualité de la litière végétale sous pâturage par rapport au fauchage. Cependant, la composition de la lignine du sol n'était pas liée à la composition de la lignine des parties aériennes et des racines, ce qui suggère que la lignine du sol est contrôlée par la décomposition microbienne. De plus, la gestion des prairies a influencé la quantité de la biomasse racinaire, qui contrôlait par conséquent le fonctionnement microbien. Les conditions pédoclimatiques ont déterminé les effets de la gestion des prairies sur le COS et l'azote: le pâturage a entraîné une teneur en COS plus élevée que le fauchage dans un sol pauvre en C, tandis que dans un sol riche en C, les deux ont abouti à des teneurs en COS similaires à celles des prairies non aménagées. Cependant, quelles que soient les conditions pédoclimatiques, le fauchage a conduit à une SOM plus dégradée et un fonctionnement microbien moins efficace par rapport au pâturage. Pour conclure, le pâturage et le fauchage ont le potentiel d'augmenter la séquestration du COS, bien que le pâturage ait un plus grand potentiel dans les sols pauvres en C, ce qui peut s'expliquer par les effets contrastés sur les processus biogéochimiques du sol.

International audience

La séquestration du C dans les sols réduit les effets du changement climatique, et améliore la qualité du sol. L'introduction des prairies temporaires dans le cycle des cultures pourrait améliorer les matières organiques du sol (SOM). L'objectif de la thèse était d'évaluer l'impact des modes de gestion de prairies temporaires sur la quantité, la composition et les processus de stabilisation des SOM et les émissions de gaz à effet de serre (GHG). Mes résultats montrent un arrière effet de la gestion des prairies temporaires sur les SOM après 3 ans de culture. La durée des prairies influence la quantité et la composition de la biomasse microbienne ainsi que la nature des SOM. La fertilisation en N de la prairie est nécessaire à la séquestration du C dans le sol sans augmenter les émissions de GHG. Pour remplacer la fertilisation en N minérale, des légumineuses peuvent être utilisées. En conséquence, je me suis intéressée à l'effet de la luzerne sur les formes de C, de N et de P dans les sols sous mélanges luzerne-graminées. Mes résultats indiquent une absence d'augmentation du stock de C dans les sols sous mélanges comparés aux monocultures de graminées fertilisées, malgré une plus forte productivité de la luzerne. Les biomarqueurs moléculaires indiquent que l'introduction de la luzerne en prairie influence la dégradation des SOM plus que leur stabilisation. De plus, la luzerne influence fortement les formes du P dans les sols sous mélanges. Ainsi, lors de l'introduction de prairie dans les cycles de culture, il est important d'optimiser les modes de gestion afin de faire le bon compromis entre le stockage du C, les émissions de GHG et l'utilisation d'engrais., Soil C sequestration reduces the effects of climate change, improves soil quality and food security. Soil organic matter (SOM) could be enhanced by introduction of ley grassland into the cropping cycle. The objective of this PhD thesis was to evaluate the effect of management practices of ley grassland on the quantity, composition and stabilization processes of SOM and greenhouse gas emissions (GHG). My data showed legacy effects of duration and fertilization of the temporary grassland phase on SOM after 3 years of cropping. The duration of grassland phase influenced the quantity and composition of the microbial biomass as well as the nature of SOM. N fertilization during the grassland phase is necessary for soil C sequestration in soil without increasing GHG emissions. To replace mineral N fertilization, legumes may be used in forage production systems. Consequently, I was interested in the effect of introduction of lucerne on C, N and P forms in soils under lucerne-grass mixtures. My results indicate similar soil C stocks under mixtures and grass monocultures, despite the high productivity of lucerne. Molecular biomarkers indicated that the introduction of lucerne in grassland influenced the degradation of the SOM more than its stabilization. Moreover, the presence of lucerne influenced P forms in soils under mixtures. In conclusion, the introduction of ley grasslands into cropping cycles requires careful evaluation of the management practices in order to optimize C storage, GHG emissions and N fertilizer use.

Co-directeur de thèse, Pierre Benoit EGC, Jean Philippe Croue ESIP; Dissolved organic matter (DOM) may by its biological and physicochemical properties play a major role in the fate of organic pollutants in soil. Its reactivity to the subsoil is strongly controlled by the dynamics of formation and decomposition of organic matter inputs. In agroecosystems, it is difficult to identify changes in the dynamic and quality of dissolved organic carbon (DOC) as well as their influence on the movement of organic pollutants towards groundwater. This work aims to study the spatial and temporal variability of DOM and the processes by which DOM may influence the fate of organic pollutants in subsoil. Two methods of soil management corresponding to contrasting agricultural settings were selected for this study: one concerning the introduction of temporary grassland in cereal rotations to mitigate the risks of groundwater contamination (SOERE-ACBB Lusignan , 86, Cambisol) and the other one concerning the recycling of organic waste products, PRO (composts) in cereal rotations in the context of agricultural use of these products in periurban areas (SOERE-PRO, ORE-Qualiagro Feucherolles, 78, Luvisol). The results showed that the dynamics and composition of DOM in agricultural soils vary more or less depending on management practices and environmental conditions (seasonal variations). We found that DOM adsorption to the subsoil is very important (75-86%); it depends slightly on DOM origin, but strongly on low DOC concentrations range (0-36 mg L- 1) and mineral soil constituents. Adsorption of organic pollutants to subsoil is related to their intrinsic physicochemical properties and those of mineral and organic soil fractions. Except for DOM extracted from soil amended with sewage sludge and green waste compost which favours the adsorption of dibutyl phthalate to the Luvisol profile, no clear effect of DOM on organic pollutants sorption was observed. The weak influence of DOM on the adsorption of organic pollutants may be due to the presence of low concentrations of DOC in the soil solution (~ 10 mg L-1). Our study help conclude that under natural conditions of agroecosystems functioning, DOM has little influence on the mobility of organic pollutants in subsoil.; La matière organique dissoute (MOD) peut par ses propriétés physico-chimiques et biologiques jouer un rôle prépondérant dans le devenir des polluants organiques dans le sol. Sa réactivité vis-à-vis des phases solide et liquide des horizons profonds du sol est fortement conditionnée par la dynamique de formation et de décomposition de la matière organique entrante. Dans les agrosystèmes soumis à l’influence anthropique, il est difficile de cerner les modifications engendrées dans la redistribution et la qualité du carbone organique dissous (COD) et les polluants organiques qu’il peut mobiliser vers les eaux souterraines. Ce travail cherche à étudier la variabilité spatio-temporelle de la MOD et les processus qui peuvent l’impliquer dans le devenir des polluants organiques dans les horizons profonds du sol. Deux modes de gestion des sols correspondant à des contextes agricoles contrastés ont été retenus pour cette étude : l’un concernant la mise en place de prairies temporaires dans les rotations céréalières pour diminuer les risques liés à la qualité des eaux souterraines (SOEREACBB Site de Lusignan, 86, Cambisol) et l’autre, l’apport de produits résiduaires organiques, PRO (composts) sur des rotations céréalières dans un contexte de valorisation agricole de ces produits (SOERE-PRO, Site Qualiagro à Feucherolles, 78, Luvisol). Les résultats ont révélé l’influence de la variabilité saisonnière et des modes de gestion sur la dynamique de formation de la MOD. Ils montrent dans les lixiviats de terrain des concentrations de COD globalement faibles (≤13.5 mg l-1) qui augmentent en début des saisons hivernales et printanières. Elles sont plus élevées dans le profil du Luvisol soumis aux amendements organiques (+5.2 mg l-1) comparé au témoin (sans amendement). La caractérisation par les méthodes de spectro-fluorescence et de chromatographie d’exclusion stérique a indiqué une faible influence des modes de gestion sur la composition de la MOD. Les chromatogrammes et les mesures d’UV-absorbance ont permis de constater des différences entre les conditions expérimentales de laboratoire et celles au champ. Certaines caractéristiques de la MOD des lixiviats de terrain diffèrent de celles de la MOD des extraits de l’horizon de surface de sol au laboratoire suggérant l’hypothèse d’une forte interaction de la MOD de surface à la phase solide des horizons profonds du sol au cours du processus de lixiviation. Cette interaction quantifiée par l’adsorption s’est avérée globalement très forte (75-86%), quasiment similaire entre les horizons profonds du Cambisol, mais augmente avec la profondeur dans le Luvisol. Aucune différence significative entre l’adsorption de MOD des différents traitements étudiés n’a été observée. Ces résultats peuvent s’expliquer par les gammes de concentrations de COD relativement faibles (0-36 mg l-1) utilisées dans nos expérimentations. En ce qui a trait au comportement des polluants organiques dans le profil du sol, nous avons montré que l’adsorption de l’herbicide dicamba, très faible au Cambisol et négligeable dans le cas du Luvisol, est fortement régulée par le pH du sol. Par ailleurs, l’adsorption des pesticides isoproturon et diflufénican diminue avec la profondeur du sol et est principalement conditionnée par la présence de matière organique. Contrairement aux pesticides, le dibutylphtalate qui est un polluant organique retracé dans les parcelles amendées par du compost est plus retenu en profondeur grâce à la fraction minérale du sol. L’adsorption des polluants organiques a été expérimentée en présence de la MOD extraite du sol à partir des différents traitements étudiés. Dans la gamme de faible concentration de COD utilisée (10 mg l-1), la MOD a peu d’effet sur l’adsorption des polluants organiques ; à l’exception du cas de la MOD dérivée du sol amendé par du compost de déchets verts et de boues de station d’épuration qui favorise, grâce à de possibles réactions de complexation, l’adsorption du dibutyl-phtalate au Luvisol. Cette étude permet de conclure que dans les conditions naturelles de fonctionnement des agrosystèmes, la MOD a peu d’influence sur la mobilité des polluants organiques dans les horizons profonds du sol.

International audience

International audience; In addition to their primary function in food production, pasture-based animal production systems contribute to the management of climate change and landscape diversity, implications for biodiversity and the socio-economic sustainability of agriculture, and the ethics, quality and safety of natural animal products. In the more productive pasture-based systems, the challenge is to combine a high animal productivity with high pasture utilization and a moderate use of fertilizers, all these factors contributing to reducing the carbon footprint of the milk and meat produced, water pollution, reliance on bought-in concentrate and sensitivity to input costs volatility (Benoit and Laignel, 2010; Dillon et al., 2005). These economic and environmental concerns have renewed interest in increasing the use of grass/legume swards. In the more extensive grassland systems, farmers have to manage larger fl ocks on larger and more diversifi ed areas and pastures, and to reconcile production with environmental objectives such as maintaining open landscapes and contributing to landscape biodiversity. The lower grazing pressure is favourable to pasture structural heterogeneity and therefore to pasture biodiversity. Facing this diversity in grassland systems, management objectives and forage resources, the scientific challenge is to provide an understanding of the biological principles that govern system behaviour in a broad range of conditions. The objective of this chapter is to give an overview of the state of knowledge on the infl uence of vegetation characteristics on foraging strategy and ingestive behaviour in animals grazing both temperate and tropical swards.

International audience