Des écosystèmes, des sols et des micro-organismes

1. Des écosystèmes, des sols et des micro-organismes S. Barot IRD, Bioemco http://millsonia.free.fr/

2. Donner des éléments permettant de comprendre l’intérêt de l’écologie des sols pour comprendre le fonctionnement des écosystèmes Faire un catalogue rapide des fonctions des micro-organismes des sols Replacer les sols dans un contexte plus large Replacer les micro-organismes dans un contexte plus large EM des sols, Barot

3. Plan Qu’est ce qu’un sol? Importance des sols dans le fonctionnement des écosystèmes Grands enjeux liés aux sols Grandes fonctions des micro-organismes des sols Interaction micro macro-organismes et conséquences écologiques EM des sols, Barot

4. Qu’est ce qu’un sol? Et particularités de l’écologie des sols… EM des sols, Barot

5. EM des sols, Barot

6. Le sol est l’interface entre la lithosphère et la biosphère!!! EM des sols, Barot

7. Formation du sol E des sols, Barot

8. Facteurs de formation du sol La roche mère Facteurs physiquesLe climat: l’eau, l’alternance de gel et dégel… La dissolution de certains composants chimiques La transformation de certains composants chimiques Facteurs biologiquesAction physique des racines Apport de matière organique Changements chimique du sol (pH…) EM des sols, Barot

9. Importance des facteurs biologiques EM des sols, Barot

10. Formation des horizons EM des sols, Barot

11. Description des horizons Humus Encore riche en matière organique, horizon appauvri Encore pauvre en matière organique, horizon d’accumulation Horizon d’altération de la roche EM des sols, Barot

12. Facteurs de formation du sol Orientation verticale du sol La matière organique arrive par le haut Lixiviation Entraînement d’ions et molécules en solution LessivageEntraînement de particules en profondeur Piégeage/fixation des molécules/ions Réactions chimiques Bioturbation EM des sols, Barot

13. La texture Sable d>0.02 mm Limon 0.02>d>0.002 mm Argile 0.002>d La structure 50 mm EM des sols, Barot

14. Importance De la biologie!!! En outre rôle important des organismes ingénieurs!!! EM des sols, Barot

15. Rôle de l’eau 3 phases! EM des sols, Barot

16. Particularité du milieu sol Emboîtement des structures Hétérogénéité Très grande variabilité temporelle Difficulté de déplacement pour les macroorganismes EM des sols, Barot

17. Particularité de l’écologie des sols Interactions très fortes Physique/chimie-biologie Interactions micro-macroorganismes Importance fondamentale de la relation sol-plante et belowground- aboveground EM des sols, Barot

18. Importance des sols dans le fonctionnement des écosystèmes EM des sols, Barot

19. Des organismes vivants Le milieux physico-chimique Des flux de matière et d’énergie EM des sols, Barot

20. Grandes fonctions du sol dans les écosystèmes terrestres Support physique pour les plantes Réserve de nutriments minéraux (P, N …) Réserve d’eau Recyclage des nutriments EM des sols, Barot

21. Grandes fonctions du sol dans les écosystèmes terrestres Les sols sont à l’origine de l’ensemble de la production primaire terrestre Les sols sont à la base de l’ensemble du fonctionnement des écosystèmes terrestres Herbivores Prédateurs Sols Plantes EM des sols, Barot

22. Des interactions complexes Boucle de rétroaction Micro-organismes Macro-organismes Herbivores Prédateurs Sols Plantes Oubli ???? EM des sols, Barot

23. Pourquoi faire de l’écologie des sols? Pourquoi les sociétés humaines doivent elles se préoccuper des sols? EM des sols, Barot

24. Les sols sont le support de toute l’alimentation humaine Il y a finalement peu d’agriculture hors sol! Les sols posent de nombreux problèmes quand à la durabilité de leur utilisation EM des sols, Barot

25. Quels problèmes cela pose-t-il? Une partie des systèmes de culture ne permet qu’une production faible +Problème pour les pays en voie de développement EM des sols, Barot

26. Quels problèmes cela pose-t-il? Une partie des systèmes de culture permet une production élevée mais n’est probablement pas durable + Problème pour l’agriculture industrielle des pays développés EM des sols, Barot

27. Quels problèmes cela pose-t-il? On estime que 40 % des sols cultivés (cultures et prairies cultivées) sont dégradés (Lal 2007)  Érosion par l’eau  Érosion par le vent  Dégradation chimique  Dégradation physique  Perte de matière organique (5 % de la MO totale des sols, bcp plus/MO sol cultivés) EM des sols, Barot

28. Quels problèmes cela pose-t-il?  Perte de matière organique (5 % de la MO totale des sols)  La fixation industrielle d’azote minéral (engrais) est deux fois plus importante que la fixation par les plantes légumineuses + Pollution + Coup énergétique EM des sols, Barot

29. Cas de l’Amazonie EM des sols, Barot

30. Rôle de l’écologie? Elle étudie les relations entre organismes et entre organismes et milieu physique Interactions entre le sol et les plantes Interactions entre les organismes du sol et les plantes Effet des pratiques culturales sur ces interactions Interactions entre le biologique et le physico-chimique EM des sols, Barot

31. Un stock de C fondamental Atmosphère 750 Gt C Biomasse 610 Gt C MO des sols 1580 Gt C  Il faut être capable de prédire l’évolution de ce stock  On peut chercher à ‘‘gérer’’ ce stock EM des sols, Barot

32. Un stock de C fondamental  Problème du réchauffement global  Production primaire / décomposition  Changements d’utilisation des sols EM des sols, Barot

33. Grandes fonctions des micro-organismes des sols EM des sols, Barot

34. Quelles sont ces grandes fonctions? Minéralisation Cycle de l’azote Les symbioses avec les plantes EM des sols, Barot

35. Recyclage de la matière organique La majorité des bactéries du sol sont saprophages / chimiohétérotrophes Elles consomment de la MO pour fabriquer l’énergie dont elles ont besoin Relâche du CO2 et libère des nutriments minéraux EM des sols, Barot

36. Recyclage de la matière organique Les champignons du sols sont saprophages / chimiohétérotrophes Elles consomment de la MO pour fabriquer l’énergie dont elles ont besoin Relâche du CO2 et libère des nutriments minéraux EM des sols, Barot

37. Recyclage de la matière organique Les champignons du sols sont saprophages / chimiohétérotrophes Feuille Bois Capable de dégrader la lignine et les complexes phénol-protéine EM des sols, Barot

38. Les champignons Comparaison avec les bactéries La structure filamenteuse leur confère une certaine ‘‘mobilité’’ (pour acquérir l’eau, les nutriments minéraux et la MO) Translocation du protoplasme vivant vers les parties vivantes du mycélium  Pénètre ‘‘de force’’ à l’intérieur des cellules à décomposer EM des sols, Barot

39. Un réseau trophique basé sur la matière organique morte EM des sols, Barot

40. Réseau trophique des sols C’est l’ensemble du réseau trophique qui libère du CO2: à chaque niveau trophique une partie de la matière est utilisée pour faire de l’énergie Les consommateurs de champignons et de bactérie activent énormément la minéralisation EM des sols, Barot

41. Un exemple Les protozoaires sont plus efficaces que les nématodes ! EM des sols, Barot

42. Le cycle de l’azote Le nutriment qui est le plus souvent limitant Plusieurs formes minérales Nitrate NO3- et ammonium NH4+ Une réserve énorme sous forme de N2 EM des sols, Barot

43. Wikipedia 4 1012 t 120 106 t 2 106 t 120 106 t 12 106 t 120 106 t 800 106 t 15 106 t Dépôts atmosphériques L’azote des légumineuse profite à tout l’écosystème Fixation industrielle Engrais Dépôts atmosphériques Erosion MO morte MO morte Lessivage Que manque-t-il? Quantification?

44. Rôle primordial des différents types trophiques de bactéries Bactéries (et champignons) hétérotrophes qui décomposent la MO pour en tirer du carbone organique et de l’énergie Bactéries oxydant l’ammonium pour en tirer de l’énergie Bactéries fixatrices d’azote qui utilisent leur énergie (substrat organique ou minéral) pour fixer l’azote atmosphérique Bactéries dénitrifiantes utilisant le nitrate comme accepteur d’électron dans l’oxydation de la MO EM des sols, Barot

45. Comment l’azote peut il rester limitant pour la PP? L’azote limite généralement la PP Comment est ce possible avec la fixation symbiotique? Pourquoi toutes les plantes ne font elles pas de la fixation symbiotique? Coût de la symbiose! Monnaie d’échange? MO, énergie EM des sols, Barot

46. Compétition fixatrice / non-fixatrice Jenerette G.D. & Wu J. (2004) Interactions of ecosystem processes with spatial heterogeneity in the puzzle of nitrogen limitation. Oikos, 107, 273-282  Une grille régulière Dans chaque case, soit une plante fixatrice soit une plante non-fixatrice, soit rien du tout On suit aussi dans chaque case la disponibilité en azote en tenant compte du lessivage et de dépôts azotés atmosphériques

47. Règles de transition Les plantes fixatrices ne dépendent pas de la disponibilité en azote locale pour leur survie et leur recrutement Les non-fixatrices peuvent coloniser les fixatrices mais pas l’inverse EM des sols, Barot

48. Création d’hétérogénéité spatiale : répartition des plantes, disponibilité de l’azote

49. Effet d’une augmentation des dépôts azoté (ou apport d’engrais)  Plus il y a d’apports d’azote plus lesplantes non-fixatrices se développent Passer un certain seuil les apports d’azote augmente la production primaire EM des sols, Barot

50. Conclusion Il peut y avoir coexistence entre fixatrice/non-fixatrices Les légumineuses ne l’emportent pas sur le long-terme. Pourquoi? Parce que la symbiose à un coût Parce que l’ensemble de l’écosystème bénéficie des apports d’azote par fixation Difficulté de la stabilisation évolutive de la symbiose EM des sols, Barot