La déficience des sols en éléments minéraux, particulièrement le phosphore (P) est une limitation majeure pour la croissance et le développement des légumineuses fixatrices d’azote. L’application des fertilisants phosphatés est une pratique traditionnelles pour satisfaire les besoins des plantes en P. Ainsi, pour tester l’efficacité d'utilisation du P pour la fixation symbiotique de l’azote (FSN) sous déficience en P, plusieurs lignées recombinantes (RILs) de haricot contrastantes dans leurs tolérance au déficit en P ont été utilisées. L’objectif principal de cette étude est d’évaluer l’aptitude de ces RILs pour l’amélioration de la fertilité phosphatée des sols déficients en P et sa relation avec la croissance et la nodulation de la légumineuse. Pour atteindre ces objectifs, des expériences ont été réalisées sous serre et en champs d'agriculteurs. Sous conditions contrôlées (serre) et non contrôlées (champs), les résultats ont montré une diminution du pH des sols associée à une augmentation du P assimilable. Une telle augmentation de la disponibilité du P a eu un effet positif sur la nodulation et la croissance de certaines des RILs testées. Aussi, l’amélioration de l’aptitude de ces RILs à fixer l’azote atmosphérique et l’élévation de la libération des protons H+ par les racines nodulées ont été quantifiés en milieu contrôlé. Ainsi la diminution du pH du sol a permis de réduire l’indisponibilité du P dans la solution du sol en le transformant en une forme directement biodisponible pour ces plantes. En outre, les résultats ont montré des différences significatives entre les différentes RILs en termes de la biomasse aérienne et nodulaire selon les sites d'observation. Nous concluons que, outre leur aptitude de fixation d’azote, l’utilisation efficace du phosphore pour sauver des engrais minéraux et de réduire les risques de pollution et pourrait améliorer la disponibilité des sols P. / The deficiency of soil minerals, particularly phosphorus (P) is a major limitation for growth and development of nitrogen-fixing by legumes. The application of phosphate fertilizers is a traditional practice to meet the needs of plant P. Thus, to test the effectiveness of use of P for symbiotic nitrogen fixation (NSF) under P deficiency, several recombinant inbred lines (RILs) of beans in their contrasting tolerance to P deficiency have been used. The main objective of this study is to assess the ability of these RILs to improve the fertility of soils deficient in phosphorus (P) and its relationship with growth and nodulation of the legume. To achieve these objectives, some experiments were conducted in greenhouses and fields. Under controlled conditions (greenhouse) and uncontrolled conditions (field), the results showed decreasing in soil pH associated with Proton release H+ and P acquisition. The increasing in available P had a positive effect on nodulation and growth of some RILs tested. Also, improving the ability of these RILs to fix atmospheric nitrogen and release H+ by nodulated roots were quantified in a controlled environment. Thus the decreasing in soil pH has reduced the un-availability of P in soil solution by transforming it into a bio-available form to the plants. In addition, the results showed significant differences between RILs in biomass and nodulation as observation in sites. We conclude that, in addition to their ability to fix nitrogen, effective use of phosphorus to save mineral fertilizer and reduce the pollution risks and could improve the availability of soil P.

Phosphor (P) ist ein für alles Leben notwendiges essentielles Nährelement. Die heutige globalisierte und intensivierte agrarische Produktion benötigt daher die Anwendung großer Mengen Phosphatgesteins, welches eine endliche Ressource darstellt. Gleichzeitig ist der intensive P Gebrauch mit der Eutrophierung von Gewässern verbunden. Es besteht daher Forschungsbedarf um die landwirtschaftliche Produktion zu erhalten. Ziel dieser Arbeit ist die in der Region Berlin-Brandenburg nach Ansatzpunkten für ein verbessertes P Management zu suchen. Hierfür wurde für 2011 eine Substanzflussanalyse (SFA) für P erstellt und Pflanzenproduktion der Jahre 2005-2012 genauer untersucht. Mit Hilfe einer Briefumfrage wurde Daten von 119 Bauernhöfen ausgewertet und mit dem pflanzenverfügbaren P Gehalt (PVP) der landwirtschaftlichen Nutzfläche abgeglichen (LNF). Im Ergebnis zeigt sich für die Region eine negative P Bilanz der LNF(-3.617 t P) und ein hohes Recyclingpotential in Abfall (933 t P) und Abwasser (3.921 t P). P in mineralischen Düngemitteln belief sich auf 4.447 t. Der Gesamtentzug über die Ernte ohne Stroh betrug 15.283 t P und war vergleichbar zu 2006, das Jahr des geringsten P-Entzugs. P-Entzug durch die Ernte schwankte um 7.069 t P/a von 2005 bis 2013, abhängig vom Ertrag der Hauptfeldfrüchte, welche durch die Wetter- und Bodenbedingungen bestimmt wurde. Hieraus ergeben sich mögliche Konsequenzen für P-Flüsse in Bezug auf den Klimawandel, die an den Wasserhaushalt und die Temperatur gekoppelt sind. Die Analyse der Umfrage ergab, dass die kleinen und mittgroßen Einzelunternehmen höhere PVP Werte in der LNF aufwiesen. Die größeren Unternehmensformen regierten empfindlich auf Faktoren, die niedrige PVP-Werte begünstigten. Pacht, Grünland, extensive Rinderhaltung, und viehlose ökologische Landwirtschaft waren mit niedrigen PVP-Werten assoziiert. Biogasanlagen und intensive Tierhaltung, zum Teil auch in Kombination miteinander standen im Zusammenhang mit hohen PVP-Werten. / Phosphorus (P) is an essential nutrient for all life on earth and it is thus needed in agricultural production. Today’s globalized and intensified agricultural production has led to the dependency on P inputs which are fed by phosphate rock, being a finite resource. In contrast, excessive P is a major driver in eutrophication. To sustain agricultural production, there is a need to address this problem. The aim of this thesis was to identify points at which P management could be improved for the region Berlin-Brandenburg. To analyze the system and screen for improvement, a substance flow analysis (SFA) for P for the year 2011 was compiled and for crop production the years 2005-2012 were analyzed. Also, data from 119 farms was obtained by a letter survey and relations between farm structural factors and soil test P (STP) were drawn. The results showed a negative balance for agricultural soils (-3,617 t P) and a considerable recycling potential in waste (933 t P) and wastewater (3,921 t P). Mineral fertilizer inputs amounted to 4,447 t P. P removal by crops was 15,283 t without straw and residues, being almost as low as in 2006; the year with the lowest removal by main crops. P removal by harvest varied significantly (7,069 t P/yr from 2005 to 2013) and depended on the performance of main crops which in turn is influenced by weather and soil. As a result of this, climate change may interact significantly with P flows in agriculture. Here, important variables are connected to conditions in P uptake and plant growth in general (e.g. water supply and temperature). The analyses of farms in the region showed that individual farms of small to medium size had more land with (very) high STP. Larger partnerships and companies/cooperatives were susceptible to factors causing low STP. Tenancy, grassland, extensive cattle and stockless organic farming had a lowering effect on STP. Biogas plants and intensive (cattle) farming, partly combined, were connected to a rise in STP.