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The intercropping of fava bean with winter wheat enhances the crop performance and the soil biogeochemical nutrient cycling under contrasting nitrogen inputs

Cette étude démontre que l'association de la fève avec le blé d'hiver améliore la productivité des terres et le cycle de l'azote du sol, particulièrement en l'absence de fertilisation azotée, en tirant parti de la complémentarité de l'utilisation de l'eau et des nutriments pour maintenir les rendements tout en réduisant les intrants externes.

Auteurs originaux : Riccardo Picone, Giacomo Pietramellara, Georg Guggenberger, Andre Gohlke, Moritz Koza, Gemma Marchetti, Shamina Imran Pathan, Norman Gentsch

Publié 2026-07-21

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CC BY 4.0

Auteurs originaux : Riccardo Picone, Giacomo Pietramellara, Georg Guggenberger, Andre Gohlke, Moritz Koza, Gemma Marchetti, Shamina Imran Pathan, Norman Gentsch

Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète

Imaginez le sol sous nos pieds non pas comme de la simple terre, mais comme une ville invisible et bouillonnante où les plantes et les micro-organismes minuscules échangent, empruntent et partagent constamment des ressources. Depuis des siècles, les agriculteurs traitent cette ville comme une autoroute à voie unique, plantant un seul type de culture en rangées nettes et infinies. Mais la nature préfère généralement un marché bondé. C'est le monde de l'interculture, une stratégie agricole où deux plantes différentes poussent côte à côte, comme des voisins qui partagent une clôture. L'idée principale est que différentes plantes ont des « personnalités » et des besoins différents. L'une peut être une plongeuse en profondeur pour l'eau, tandis que l'autre est une experte pour capter l'azote de l'air. Lorsqu'elles poussent ensemble, elles peuvent s'entraider, créant un système plus productif que si elles poussaient seules.

La question spécifique que se posent les scientifiques est la suivante : pouvons-nous produire de la nourriture aussi bien sans déverser d'énormes quantités d'engrais synthétiques dans les champs ? L'engrais est comme un sac à dos pesant pour la planète ; il aide les cultures à pousser vite, mais sa fabrication et son utilisation créent de la pollution et coûtent de l'argent. L'espoir est qu'en associant une « légumineuse » (une famille de plantes capable de fabriquer son propre engrais azoté à partir de l'air) avec une « céréale » (un grain comme le blé qui a besoin d'azote pour croître), nous puissions créer une équipe autosuffisante. Si cela fonctionne, nous pourrions nourrir le monde tout en laissant le sol plus sain et l'air plus propre. Mais ce travail d'équipe se produit-il réellement dans le monde réel, ou est-ce juste une belle idée qui ne fonctionne que dans un laboratoire ?

Le grand duo végétal : l'histoire des fèves et du blé

Dans un champ en Allemagne, des chercheurs ont mis en place une expérience massive pour voir si un duo classique de plantes — la fève et le blé d'hiver — pourrait réaliser un tour de magie : mieux pousser ensemble que séparément, même sans le boost habituel de l'engrais chimique. Ils ont planté ces cultures de deux manières : seules (mode solo) et en rangées alternées (le mode équipe). Ils ont également testé deux niveaux de « carburant » : un avec l'engrais standard et un avec absolument aucun engrais.

Considérez la parcelle sans engrais comme un défi de survie. Les plantes doivent compter entièrement sur ce qu'elles trouvent dans le sol ou sur ce qu'elles peuvent fabriquer elles-mêmes. Les résultats de ce défi ont été étonnamment spectaculaires.

L'outsider gagne gros
Lorsqu'elles étaient cultivées seules sans engrais, les fèves étaient un peu poussives. Mais lorsqu'elles ont été plantées à côté du blé, elles ont soudainement trouvé un second souffle. L'étude a révélé que les fèves en mode équipe produisaient plus du double de rendement par plante par rapport à lorsqu'elles poussaient seules. C'était comme si le blé donnait aux fèves un peu d'espace et un petit coup de pouce amical, leur permettant de prospérer.

Le blé reçoit un boost
Le blé, qui est habituellement la star du spectacle, n'a pas perdu au change. En fait, dans les conditions de zéro engrais, le blé en interculture a commencé à travailler plus dur. Les chercheurs ont mesuré quelque chose appelé $\Delta^{13}$ C, qui est comme une empreinte digitale de la façon dont une plante respire et fait de la photosynthèse. Le blé en interculture présentait une valeur de « discrimination » plus élevée, suggérant qu'il ouvrait ses stomates (petits pores sur ses feuilles) plus largement pour absorber plus de dioxyde de carbone. Il disait essentiellement : « Je vais travailler plus dur pour faire des graines ! » car il recevait un apport régulier d'azote de son voisin la fève.

Le Ratio d'Équivalence de Terre (RET) : le tableau des scores
Pour voir si toute la ferme s'en sortait mieux, les scientifiques ont utilisé un score appelé le Ratio d'Équivalence de Terre (RET). Si vous obtenez un score de 1,0, cela signifie que l'association est tout aussi bonne que la culture séparée. Si vous obtenez un score supérieur à 1,0, l'association gagne.

Avec zéro engrais : l'association a obtenu un score de 1,4. C'est une immense victoire ! Cela signifie que pour obtenir la même quantité de nourriture à partir de champs séparés, il vous faudrait 40 % de terres supplémentaires.
Avec l'engrais standard : le score est tombé à 1,1, ce qui est à peine meilleur que de les cultiver seules. Cela suggère que lorsque l'on déverse de l'engrais, les plantes n'ont plus besoin de l'aide de leurs voisines, et la magie de l'association s'estompe.

La danse de l'eau et des nutriments
Les plantes ont également joué un jeu complexe avec l'eau et les nutriments. Les fèves étaient les « assoiffées », buvant plus d'eau que le blé. Cependant, comme le blé buvait moins, l'association se retrouvait avec un niveau d'eau « intermédiaire » qui était en fait très sain pour les deux.

La chimie du sol est devenue intéressante elle aussi. Les fèves ont agi comme une usine à azote. À la fin de la saison, le sol sous les fèves (qu'elles soient seules ou en association) contenait nettement plus d'azote minéral restant que le sol sous le blé. Dans l'association sans engrais, le sol se retrouvait avec environ 80 kg d'azote par hectare, ce qui est suffisant pour nourrir la prochaine culture. Il semble que les fèves aient partagé leur azote avec le blé, et que le blé n'en ait pas pris la totalité, laissant un surplus agréable pour l'avenir.

Cependant, tout n'a pas été une fête parfaite. L'étude a constaté que l'association n'avait pas magiquement augmenté la quantité de carbone stockée dans le sol (la « matière organique » qui rend le sol riche). Les stocks de carbone sont restés pratiquement les mêmes dans toutes les parcelles. De plus, bien que l'association ait modifié la façon dont les microbes du sol agissent concernant l'azote (augmentant spécifiquement une enzyme appelée L-leucine aminopeptidase d'environ 26 % par rapport aux fèves seules), elle n'a pas fondamentalement changé l'efficacité avec laquelle les microbes utilisent le carbone. Les microbes étaient occupés, mais ils n'ont pas fondamentalement changé leur mode de vie simplement parce que les plantes étaient voisines.

Le verdict
L'article conclut que planter des fèves et du blé d'hiver ensemble est une stratégie brillante, mais seulement si vous voulez réduire l'utilisation d'engrais. Dans des conditions de zéro azote, l'association crée une synergie où les fèves bénéficient d'un boost de rendement, le blé reçoit une meilleure nutrition et fait plus de photosynthèse, et le sol conserve une réserve saine d'azote pour la saison suivante.

Cependant, les chercheurs précisent avec prudence que ce n'est pas une « solution miracle » qui règle tout. Les bénéfices ont surtout été observés dans la manière dont les plantes utilisent l'eau et l'azote, et non dans la façon dont elles accumulent le carbone du sol. Et, comme dans toute bonne histoire, les résultats étaient un peu désordonnés dans le monde réel ; les différences naturelles du sol à travers le champ ont rendu difficile l'observation de chaque petit effet. Mais le message principal est clair : si vous voulez produire plus de nourriture avec moins de produits chimiques, faire en sorte que vos plantes soient de bons voisins pourrait être la meilleure solution.

Résumé technique : Interculture de fève avec du blé d'hiver sous des apports d'azote contrastés

Énoncé du problème
Bien que l'interculture légumineuse-céréale soit reconnue comme une stratégie prometteuse pour l'intensification durable des cultures, les mécanismes biogéochimiques intra-saisonniers qui régissent les avantages de rendement restent mal résolus. Les recherches antérieures se sont souvent concentrées sur des périodes d'échantillonnage limitées (généralement pendant la croissance active) et sur des nutriments spécifiques (N, P, eau), négligeant potentiellement l'interaction dynamique entre les stocks élémentaires du sol, la fonctionnalité microbienne et la phénologie des cultures tout au long de la saison de croissance. De plus, les compromis entre la productivité des cultures et les économies d'engrais, particulièrement concernant la disponibilité des micronutriments et la dynamique du carbone organique (CO) du sol, nécessitent une investigation plus approfondie afin d'optimiser les rétroactions plante-sol dans les conditions de tempéré humide.

Méthodologie
L'étude a été menée lors d'un essai au champ près d'Asendorf, en Allemagne, dans un climat océanique tempéré caractérisé par de fortes précipitations (1172 mm durant la période expérimentale). L'expérience a utilisé un dispositif en blocs complets randomisés (CRBD) avec deux niveaux de fertilisation azotée (N) : un N standard (suivant les recommandations régionales) et un N nul.

Trois systèmes de culture ont été évalués :

Culture pure de blé d'hiver (Triticum aestivum).
Culture pure de fève (Vicia faba).
Interculture en lignes alternées de blé et de fève.

Les ratios de semis ont été ajustés pour l'interculture (la moitié de la densité des cultures pures). Des échantillons de sol et de plantes ont été collectés à sept moments distincts couvrant l'établissement, la croissance active et l'après-récolte. L'étude a mesuré :

Performance des cultures : Rendement grainier (par hectare et par plante), ratio d'équivalence de surface (LER), teneur en N de la plante et discrimination isotopique du carbone ( $\Delta^{13}$ C).
Propriétés physico-chimiques du sol : Teneur en eau, pH, stocks d'azote minéral (NH $_4^+$ -N, NO $_3^-$ -N) et stocks de macro et micronutriments (P, K, Mg, Ca, Zn, Cu, Fe, Mn, Al) dans les sols bruts et de la rhizosphère.
Fonctionnalité biochimique du sol : Biomasse microbienne de C et de N (MBC, MBN), activités enzymatiques ( $\beta$ -glucosidase, phosphatases, NAG, LAP) et efficacité de l'utilisation du carbone microbien (CUE) calculée via un modèle stœchiométrique.

Les analyses statistiques comprenaient des modèles linéaires et à effets mixtes avec des covariables pour l'hétérogénéité du sol, un positionnement multidimensionnel non métrique (NMDS) pour l'ordination biochimique, et des analyses de corrélation entre le rendement et les changements de stocks de nutriments.

Résultats clés

Rendement et productivité des cultures : Sous fertilisation N nulle, l'interculture a significativement amélioré la productivité des terres, affichant un ratio d'équivalence de surface (LER) de 1,4. La fève dans l'interculture a doublé son rendement par plante par rapport à la culture pure (22,33 g contre 10,94 g), tandis que le rendement par plante du blé est resté comparable entre les systèmes de culture pure et d'interculture. Sous N standard, le LER n'était pas significativement supérieur à 1.
Réponses physiologiques : Le blé en interculture sous zéro N a montré une $\Delta^{13}$ C accrue et une accumulation de N de la biomasse plus élevée par rapport au blé pur, indiquant un investissement photosynthétique et une conductance stomatique accrus, probablement facilités par le transfert de N de la légumineuse. La $\Delta^{13}$ C de la biomasse de la fève a été largement insensible aux traitements, exception faite d'une différence transitoire lors de la floraison.
Dynamique de l'eau et des nutriments du sol :
- Azote : Après la récolte, les systèmes de fève en culture pure et en interculture ont généré des stocks d'azote minéral significativement plus élevés dans le profil du sol (0–90 cm) par rapport au blé pur sous zéro N.
- Eau : La fève a épuisé plus d'eau du sol que le blé pur pendant la croissance, tandis que l'interculture présentait une utilisation intermédiaire de l'eau. Cependant, la disponibilité de l'eau était généralement suffisante tout au long de la saison.
- Micro-nutriments : L'interculture a modifié la disponibilité du Fe, du Mn et du Zn, probablement médiée par les modes d'utilisation de l'eau. Une plus grande disponibilité de l'eau dans l'interculture semble avoir facilité la réduction/disponibilité du Fe et du Mn tout en réduisant potentiellement la disponibilité du Zn.
Fonctionnalité biochimique du sol : Le principal effet biochimique de l'interculture a été observé dans le cycle de l'azote. L'activité de la L-leucine aminopeptidase (LAP) était environ 26 % plus élevée dans l'interculture que dans la fève pure sous zéro N. Les autres activités enzymatiques (BG, ALP, ACP, NAG) et la CUE microbienne ont montré des effets directs limités de l'effet du système de culture, les variations étant principalement dictées par l'interaction des niveaux de fertilisation et de l'hétérogénéité initiale du sol (pH, eau, Ca, Mg).
Carbone organique : Les stocks de CO du sol sont restés stables dans tous les traitements, indiquant que le système de culture n'a pas modifié de manière significative l'accumulation de CO testée dans ces conditions.

Signification et affirmations
L'article conclut que l'interculture de la fève avec le blé d'hiver est une stratégie viable pour maintenir ou améliorer le rendement par hectare tout en réduisant la dépendance aux apports externes d'azote dans les climats tempérés humides. L'étude soutient l'hypothèse selon laquelle l'avantage de rendement provient de la complémentarité de l'utilisation de l'eau et des nutriments, spécifiquement la capacité de la légumineuse à fixer l'azote et à faciliter sa disponibilité pour le partenaire céréalier, améliorant ainsi la performance photosynthétique de la céréale même sans engrais.

Les auteurs affirment que le système maintient efficacement la disponibilité de l'azote du sol de manière comparable à une fertilisation standard du blé, grâce à la contribution de la légumineuse à la minéralisation nette de l'azote. Cependant, l'étude note modestement que les effets sur la fonctionnalité biochimique microbienne plus large du sol (au-delà des enzymes du cycle de l'azote comme la LAP) étaient limités et souvent obscurcis par l'hétérogénéité du terrain. La recherche suggère que si l'interculture améliore l'efficacité de l'utilisation des ressources et le cycle de l'azote, son impact sur l'accumulation stable de la matière organique et la CUE microbienne nécessite des investigations supplémentaires. Les résultats préconisent l'utilisation de l'interculture légumineuse-céréale comme méthode pour découpler le rendement des apports élevés d'azote externe, à condition que les ratios de semis soient gérés pour aligner les stocks d'azote résiduel avec les demandes des cultures suivantes afin de limiter les risques de lessivage.

Le grand duo végétal : l'histoire des fèves et du blé

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