La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

1 Fonctionnement écologique du sol E des sols, Barot IRD, UMR 137 S. Barot

Présentations similaires


Présentation au sujet: "1 Fonctionnement écologique du sol E des sols, Barot IRD, UMR 137 S. Barot"— Transcription de la présentation:

1 1 Fonctionnement écologique du sol E des sols, Barot IRD, UMR 137 S. Barot

2 2  Décomposition  Réseaux trophiques E des sols, Barot  Le recyclage des nutriments et la boucle microbienne

3 3 Les réseaux trophiques E des sols, Barot

4 4 Un réseau trophique basé sur la matière organique morte

5 5 E des sols, Barot Un exemple : de Ruiter, P. C., A.-M. Neutel, and J. C. Moore Biodiversity in soil ecosystemes: the role of energy flow and community stability. Appl. Soil Ecol. 10:

6 6 E des sols, Barot  Que représentent les flèches?  Qu’est ce qui est/n’est pas transmis?  Quelle est la conséquences de toutes ces interactions?

7 7 E des sols, Barot Comparaison de différents réseaux trophiques Prairie (Colorado, USA)Blé (Géorgie, USA) Blé (Suède)

8 8  Interactions entre espèces La présence d’une espèce peut faire disparaître une autre espèce La présence d’une espèce peut changer les autres liens trophiques Les conditions du milieu peuvent changer un lien trophique  Présence des espèces Climat, Végétation, Pratiques agricoles E des sols, Barot Pourquoi des différences entre réseaux?

9 9 E des sols, Barot Décomposition Autres facteurs? Conséquences des différences entre réseaux?

10 10 E des sols, Barot Etude théorique du réseau trophique  Stabilité  Présence des espèces Feeding rate = flux de matière kg ha-1 yr-1 Effect on prey = feeding rate / mass of predator Effect on predator = feeding rate / mass of prey temps Masse d’une espèce perturbation équilibre

11 11 Impact des différents liens trophiques kg ha-1 yr-1yr-1 % Niveaux trophiques supérieurs

12 12  Effet sur les prédateurs croit avec le niveau trophique Effet sur les proie croit pour les faibles niveaux trophiques  Les flux (feeding rate) augmentent vers les niveaux trophiques inférieurs E des sols, Barot  Pas de corrélation entre l’impact sur la stabilité et les autres paramètres Top-down contrôle à la base du réseau Bottom-up contrôle en haut du réseau

13 13 E des sols, Barot  Perturber les interactions déstabilise fortement le réseau Stabilité du réseau trophique  Plus grande stabilité pour les matrices mimant les interactions réelles

14 14  Les espèces sont regroupées par grands groupes trophiques E des sols, Barot  Ne tient pas compte explicitement des interactions non-trophiques Limites du modèle  Ne tient pas compte des symbioses champignons et bactéries / plantes et de la rétroaction des plantes

15 15  Ne tient pas compte de l’hétérogénéité spatiale extrême des sols E des sols, Barot Limites du modèle  Ne tient pas compte de la variabilité temporelle 50  m

16 16 Décomposition E des sols, Barot

17 17  Détermine la quantité de MO dans le sol E des sols, Barot  Influence la stabilité structurale du sol Un processus fondamental  Détermine la disponibilité des nutriments pour les plantes  Stock de carbone dans le contexte des changements climatiques (2300 Gt C>atmosphère + biomasse vivante)  Influence la capacité du sol à retenir l’eau

18 18  Le climat E des sols, Barot  Le substrat minéral Des facteurs hiérarchisés  La macrofaune du sol  La communauté microbienne du sol  La qualité de la matière organique et la végétation

19 19  Il fournit des conditions plus ou moins favorables à l’activité microbienne E des sols, Barot Importance du climat  Leurs enzymes sont plus efficaces quand la température s’élève  Limitation de la décomposition dans les déserts et les zones froides  Les bactéries et les champignons ont besoin de chaleur et d’humidité pour être actifs

20 20  Turnover de la MO plus important sous les tropiques que vers les hautes latitudes E des sols, Barot Importance du climat  Problème du changement global  Production primaire / décomposition

21 21  Certaines argiles peuvent protéger la MO (cela dépend alors de la structure en agrégats et de la localisation de la MO ) E des sols, Barot Importance du substrat minéral  Certaines molécules organiques peuvent être adsorbées sur certaines argiles  Les micoorganismes ont besoin de carbone mais aussi de nutriments: limitation par l’azote ou le phosphore minéral

22 22  Certaines molécules complexes rendent plus difficile la décomposition: lignine, phénol, tanins… E des sols, Barot La qualité de la litière  Décomposition du bois, des litières de conifères…  Ratio C/N: plus la litière est riche en N plus elle se décompose vite. Limitation des microbes par N Mais aussi corrélation entre le C/N et d’autres traits foliaires

23 23  Si un sol est pauvre en nutriments le C/N de la plante tend à augmenter E des sols, Barot Théorie du feedback litière-nutriment- plante (Vitousek)  Le C/N de la litière tend à augmenter  Moins de nutriments disponibles pour les plantes  La litière se décompose moins vite  Saul plus pauvre

24 24  Effet de l’assimilation E des sols, Barot Rôle de la macrofaune  Effets ingénieurs Effet sur la microflore Bioturbation Fragmentation de la MO  Succession d’organismes

25 25  Minéralisation de la matière organique

26 26  Termites Endosymbioses avec des protozoaires Symbiose externe avec des champignons E des sols, Barot  Vers de terre Stimulation par l’apport de mucus? polysaccharides, protéines (Lavelle et al.) Mis en contact des bactéries avec la MO? Stimulation de certains groupes de bactéries? Symbioses? Stimulation des micoorganismes

27 27 E des sols, Barot  Vers de terre Surtout en zone humide et prairies Consomment tout le sol en quelques années Jusqu’à une biomasse de plusieurs t ha-1 Selon la turnover, minéralisation de plusieurs t ha-1 Importance quantitative  Termites: Surtout en zone tropicale, et zone tropicale sèche Jusqu’à 20% du carbone minéralisé

28 28 E des sols, Barot Différentiation de la MO  Jusqu’à présent on a considéré la MO comme homogène… pourtant les litières ont des qualités différentes et la MO organique du sol contient des molécules très diverses… mal connues  Au moins 2 pools avec des stabilités très différentes

29 29 E des sols, Barot Différentiation de la MO dans le profile de sol  La MO organique fraîche vient de la surface  En profondeur beaucoup de MO humifiée peut être stockée et son turnover est bcp plus lent que celui de la MO humifiée en surface  En profondeur il n’y a que de la matière organique humifiée  Pourquoi? Mécanisme? Ex : Fontaine et al. Nature 2007

30 30 Cambisol dévelopé sur un granite. Prairie Description du profile de sol Le turnover de la MO est bien plus faible en profondeur Couches de sol Stock de CO (kg C /m 2 ) 0-0.2m5.6 ± m5.6 ± m4.3 ± m4.5 ± m4 ±0.0 TOTAL24 77% 23% Temps de résidence moyen ( 14 C) 320 +/- 27 yr /- 74 yr

31 31 Différence de turnover due à une différenciation chimique? O-alkyl C C substitued aryl C O substitued aryl C ppm ppm 0 – 0.2 m 0.6 – 0.8 m alkyl C Carboxylic C Spectre 13 C CPMAS NMR (après élimination des POM) Ce n’est pas la différenciation chimique! Pas de différence significative

32 32 Différence de turnover due à des liens plus solides avec les minéraux? Argile (%)27 ±134 ±1 Kaolinite (% of total clay) HIV (% of total clay) Illite (% of total clay) 70 ±2 25 ±1 5 ±1 65 ±1 26 ±2 9 ±1 Fe (g kg -1 ) Al (g kg -1 ) 27 ± ± ± ±0.0 SOC lié au minéraux (% du total) 50 ±0.558 ±1 0 – 0.2 m0.6 – 0.8 m Les liens physiques avec les minéraux ne peuvent expliquer la différence de turnover

33 33  L’activité microbienne pourrait être réduite en profondeur à cause des conditions physico-chimique (O 2 ) Différence de turnover due à de mauvaises conditions pour les microbes en profondeur?  L’activité microbenne est possible en profondeur  Analyse de la MO particulaire en profondeur ( m) Peu d’OM particulaire (0.016 ±0.05 g C kg -1, >200µm) Turnover très rapide: Temps de Résidence Moyen ( 14 C dating)= 6.4 ±4.1 yr L’inhibition de l’activité microbienne ne peut expliquer le faible turnover de la MO en profondeur

34 34 Expérience avec du sol de profondeur Différence de turover due à un manque de matière organique fraiche? 3 repetitions, 161 jours d’incubation à 20 ° C Minéralisation de la MO du sol Age de la MO minéralisée 1 g de C de cellulose doublement marqué kg -1

35 35 Résultats L’apport de MO fraîche a permis de décomposer de la très vielle MO Datation14c 2567±226 ans 222 ±119 ans 1329 ±154 ans Exhaustion of cellulose Respiration de C du sol non marqué Epuisement de la cellulose Jours Sol avec cellulose Témoins Provoqué par la cellulose

36 36  L’apport de MO fraîche (cellulose) a stimulé la décomposition Paradoxalement moins de MO après ajout de MO Notion de priming effect  C’est un mécanisme apparemment très général mis en évidence par ailleurs Systèmes de culture avec apport de MO Cas des vers de terre?  Mécanisme? La plus part des microorganismes sont inactifs. Les microbes ont besoin de MO fraîche riche en énergie pour décomposer la MO la plus récalcitrante

37 37 Une théorie probablement aplicable à beaucoup de sols  Le priming effect a été mis en évidence dans beacuoup de sols différents (Kuzyakov 2000, Fontaine 2004 … )  La matière organique fraîche vient toujours du haut (litière, racines, exsudats racinaires)

38 38 Implications de la théorie  Le stock de carbone profond devrait être sensible à l’usage des sols et aux pratiques culturales  Le stock de carbone profond devrait dépendre des: Mécanismes qui enterrent le carbone récalcitrant hors d’atteinte du C frais Mécanismes qui rendent disponible de la MO fraîche en profondeur  Le stock de carbone profond devrait être peu sensible au réchauffement climatique

39 39  Interactions complexes entre biologie et physico-chimie Ce qu’il faut retenir  De nombreuses conséquences pratiques Stockage de carbone Nutrition minérale des plantes Manque de MO dans les agro-écosystèmes  Beaucoup de mécanismes sont encore très mal compris  Pour progresser il faut sans doute étudier plus précisément l’écologie des microorganismes

40 40 Le recyclage des nutriments et la boucle microbienne E des sols, Barot

41 41  Interactions complexes entre biologie et physico-chimie  Beaucoup de mécanismes sont contrôlés par les organismes vivants  L’homme joue un rôle extrêmement important Comment? Engrais industriels Industrie Culture de légumineuse Exportation des récoltes

42 42  Le nutriment qui est le plus souvent limitant  Plusieurs formes minérales Nitrate NO 3 - et ammonium NH 4 +  Une réserve énorme sous forme de N 2 Le cycle de l’azote

43 43 Wikipedia Que manque-t-il?Quantification? Lessivage Fixation industrielle Engrais L’azote des légumineuse profite à tout l’écosystème MO morte Dépôts atmosphériques Erosion t t t t t t t

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

45 45  Importance du recyclage: Un même atome d’azote peut passer plusieurs fois dans le compartiment plante, être de nouveau minéralisé…  Importance de l’ouverture de l’écosystème De l’azote rentre dans l’écosystème De l’azote sort de l’écosystème  Quelle est l’influence relative de la vitesse du recyclage et du ratio entrées/ sorties? Effet du recyclage sur la production primaire?

46 46  Travaux empiriques de Vitousek et al. (nutrient use efficiency)  Modèles théoriques de Loreau et al. Effet de la vitesse de recyclage Effets des entrées et sorties Deux théories sur le recyclage des nutriments

47 47  3 compartiments  Des équations très simples pour les flux Un modèle très simple pour comparer un écosystème fermé à un écosystème ouvert et trancher entre les deux théories  Des entrées et des sorties pour tous les compartiments Entrées constantes Entrées et sorties proportionnelles aux compartiments  Des taux de recyclage interne Valable pour n’importe quel nutriment

48 48 Principe de résolution I Dynamique transitoire Système d’équations II Résolution du système: Taille des compartiments à l’équilibre Nutriment Temps

49 49 Producteur primaireMONutriment minéral Fermé Ouvert Résultats analytiques Symétrie entre les différents compartiments Pour le système ouvert les formules dépendent des taux de recyclage et des entrée sorties

50 50 Interprétation : écosystème fermé N t = cte = quantité de nutriment dans l’écosystème = temps de résidence dans le compartiment = temps de recyclage dans l’écosystème Les vitesses de recyclage répartissent le stock de nutriment de l’écosystème entre ses différents compartiments

51 51 Interprétation : écosystème ouvert Efficacité du recyclage de l’écosystème entier

52 52 Interprétation : écosystème ouvert = temps de résidence dans le compartiment = quantité de nutriment arrivant dans le compartiment en un pas de temps = efficacité du recyclage de l’écosystème entier = quantité de nutriment arrivant en un pas de temps mais en tenant compte du recyclage (pour )

53 53 Conclusion  La production primaire et les compartiments à l’équilibre dépendent à la fois des taux de recyclage internes et des entrées/ sorties  Les taux de recyclage déterminent d’abord la répartition des nutriments entre les compartiments  Les entrées et sorties déterminent d’abord la quantité de nutriment maintenus dans l’écosystème à l’équilibre  Les taux de recyclage internes et les entrée et sorties interagissent!!!

54 54 Etude de sensibilité  Paramétrisation pour une prairie (Woodmansee 1981) Variations de la production primaire du fait d’une variation de 10% dans les paramètres Entrées fixes Sorties variables Taux de recyclage Entrée variable

55 55 Limitations du modèle  Equations très simples  Etude seulement à l’équilibre  Etudes d’un écosystème très simple Effet des vers sur la prod primaire Barot et al Func. Ecol. Effet de l’inhibition de la nitrif sur la prod primaire. S. Boudsocq

56 56  Les bactéries et les champignons immobilise la plus grande partie de l’azote qu’ils consomment au cours de la décomposition  Comment les plantes ont-elles accès à l’azote minéral?  Importance des consommateurs secondaires! Nématodes Protozoaires … La boucle microbienne  Aspect réseau trophique!

57 57 Est-ce un priming effect? La modèle de Clarholm

58 58 Mais aussi effets complexes sur la disponibilité… Compétition pour les nutriments

59 59 Aspects évolutifs  L’évolution influence sur le long terme les propriétés de l’écosystème Communauté végétale Réseau d’interaction du sol  Optimisation des écosystèmes par l’évolution? Propriétés de l’écosystème Evolution

60 60  La réserve de phosphore est essentiellement dans les roches  Les organismes contrôlent moins l’accès au phosphore que l’accès à l’azote  Le phosphore serait très disponible dans les sols jeunes peu profond, quand les racines sont directement en contact de la roche et que le sol a peu été lessivé Cas du phosphore  Théorie de Vitousek (1997): l’azote est imitant en début de succession et petit à petit le phosphore devient limitant

61 61 Conclusion générale Sol Plantes MO du sol Disponibilité des nutriments Plantes SortiesEntrées Décomposition Réseau d’interactions du sol Climat Substrat


Télécharger ppt "1 Fonctionnement écologique du sol E des sols, Barot IRD, UMR 137 S. Barot"

Présentations similaires


Annonces Google