Intra-field plant diversification and biological regulation of cereal aphids, vectors of the Barley yellow dwarf virus
Diversification végétale intra-parcellaire et régulation biologique des pucerons des céréales, vecteurs du virus de la jaunisse nanisante de l'orge
Résumé
Development of crop protection practices towards greater sustainability, particularly in environmental and economic aspects, is a major challenge for the agroecological transition of cropping systems. Among crop pests, aphids are harmful insects that can cause significant yield losses, either directly or indirectly by transmitting viral diseases. This is the case for cereal aphids, which are the vectors of Barley yellow dwarf virus (BYDV). Aphids colonise and infect winter cereals as soon as they emerge in autumn and remain on the crop throughout the winter if temperatures are mild. The control methods to reduce aphid populations in autumn and winter are limited, especially in organic farming where the late sowing method is less effective with the greater frequency of mild winters. In spring, aphids can also cause significant damages if their populations are high.This thesis focuses on a promising strategy to reduce pest populations: increasing intra-field plant diversity. Research carried out tested the potential of intra-specific diversification (mixture of winter barley varieties), inter-specific diversification (barley associated with a cover of different clover species) and the combination of the two types of diversification in order to: i) reduce aphid populations (alate, wingless) and yellow dwarf disease (YDD) prevalence in autumn-winter, and ii) reduce aphid populations and increase those of their natural enemies in spring.Experiments have been implemented on ten farmers' organic fields, over the 2019-2020 and 2020-2021 growing seasons in the Rhône-Alpes region. On the experimental fields, populations of the different cereal aphid species, YDD prevalence, ground-dwelling predators and foliar enemies of aphids were monitored, as well as crop development and barley yield. A focused laboratory experiment on the effect of inter-specific diversification on the aphid Rhopalosiphum padi and the BYDV-PAV virus was conducted.Intra-specific diversification did not reduce aphid populations. The effects of inter-specific diversification were variable depending on the period considered. In autumn-winter, the practice did not have a significant effect on aphids or on virus in farmers' fields, probably due to a limited development of the clover cover. Indeed, in the laboratory experiment, at the same sowing density but with a more developed cover, the clover allowed a reduction of R. padi populations per plant of almost 21% in abundance and 6% in occurrence and affected the spatial distribution of colonies produced by alate aphids. In spring, in farmers' fields, populations of some cereal aphid species were reduced in the presence of clover (R. padi and Metopolophium dirhodum) and the activity-density of some ground-dwelling arthropods was increased (ground beetles, lycosidae and rove beetles), while populations of foliar-dwelling natural enemies (parasitoid and hoverfly) were not. The two diversification types combined showed a slight significant effect in reducing the cereal aphid occurrence per plant in autumn-winter.Among the types of intra-field plant diversification tested, inter-specific diversification appears to be the most promising for the cereal aphid regulation, despite a decrease in barley yield of around 15% caused by the crop association. Future work should aim to optimise the practice to increase the effects on the pest and its natural enemies while limiting the yield loss
L'évolution des pratiques de protection des cultures vers une plus grande durabilité notamment environnementale et économique est un enjeu majeur pour la transition agroécologique des systèmes de culture. Parmi les bioagresseurs, les pucerons sont des ravageurs qui peuvent entrainer des pertes de rendement importantes, par action directe ou indirecte en étant vecteurs de maladies virales. C'est le cas des pucerons des céréales, vecteurs du virus de la jaunisse nanisante de l'orge (Barley yellow dwarf virus - BYDV). Les pucerons colonisent et infectent les céréales d'hiver dès leur levée en automne et se maintiennent pendant l'hiver si les températures restent clémentes. Les leviers pour limiter le développement de leurs populations en automne-hiver sont peu nombreux, notamment en agriculture biologique où le levier du semis tardif voit son efficacité diminuer avec la plus grande fréquence d'hivers doux. Au printemps, les pucerons peuvent également provoquer des dégâts significatifs si leurs populations sont importantes.Cette thèse s'est intéressée à un levier prometteur pour diminuer les populations de ravageurs : l'augmentation de la diversité végétale intra-parcellaire. Nos travaux ont testé le potentiel de la diversification intra-spécifique (mix de variétés d'orge d'hiver), inter-spécifique (orge associé à un couvert de différentes espèces de trèfle) et de la combinaison des deux types de diversification pour : i) diminuer les populations de pucerons (ailés, aptères) et la prévalence de la jaunisse nanisante de l'orge (JNO) en automne-hiver, et ii) diminuer les populations de pucerons et augmenter celles de leurs ennemis naturels au printemps.Des expérimentations ont été mises en place sur dix parcelles d'agriculteurs, conduites en agriculture biologique sur les campagnes 2019-2020 et 2020-2021 en Rhône-Alpes. Sur ces parcelles, les populations des différentes espèces de pucerons des céréales, la prévalence de la JNO, les populations de prédateurs terrestres et d'ennemis foliaires des pucerons ont été suivies ainsi que le développement du couvert végétal et le rendement de l'orge. Une exploration plus spécifique de l'effet de la diversification inter-spécifique sur le puceron Rhopalosiphum padi et le virus BYDV-PAV a été réalisée en laboratoire.La diversification intra-spécifique n'a pas permis de diminuer les populations de pucerons. Les effets de la diversification inter-spécifique, quant à eux, étaient variables selon la période considérée. En automne-hiver, la pratique n'a pas eu d'effet significatif sur les pucerons ou le virus en parcelles d'agriculteurs, probablement en lien avec un développement du couvert de trèfle limité. En effet, dans nos expériences en laboratoire, pour une densité de semis identique mais un couvert plus développé, le trèfle a permis une diminution des populations de R. padi par plante de près de 21% en abondance et de 6% en occurrence et a modifié la distribution spatiale des colonies issues des pucerons ailés. Au printemps, en parcelles d'agriculteurs, les populations de certaines espèces de pucerons des céréales ont été diminuées en présence de trèfle (R. padi et Metopolophium dirhodum) et l'activité-densité de certains arthropodes du sol a été augmentée (carabes, lycosidae et staphylins), au contraire des populations d'ennemis foliaires (parasitoïdes et syrphes). La combinaison des deux types de diversification a montré un léger effet significatif pour diminuer l'occurrence par plante des pucerons des céréales en automne-hiver.Parmi les types de diversification végétale intra-parcellaire testés, la diversification inter-spécifique apparait donc comme la plus prometteuse pour la régulation des pucerons des céréales, malgré une diminution du rendement de l'orge d'environ 15% causé par l'association. De futurs travaux devraient ainsi chercher à optimiser la pratique pour en augmenter les effets sur le ravageur ainsi que sur ses ennemis naturels tout en limitant la perte de rendement.
Origine : Version validée par le jury (STAR)