Introduction à l’écologie des sols S. Barot IRD, UMR 137 http://millsonia.free.fr/

Faire un catalogue rapide des organismes et mécanismes intervenant Donner des éléments permettant de comprendre l’intérêt de l’écologie des sols Faire un catalogue rapide des organismes et mécanismes intervenant E des sols, Barot

Plan  Pourquoi faire de l’écologie des sols?  Qu’est ce qu’un sol?  Quels sont les organismes du sol? E des sols, Barot

Pourquoi faire de l’écologie des sols? E des sols, Barot

Les sols sont le support de toutes la biosphère continentale  Ils supportent les plantes qui effectuent toute la production primaire terrestre, qui sert de base à tous les réseaux trophiques terrestre Sols Plantes Herbivores Prédateurs E des sols, Barot

Les sols sont le support de toutes 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 E des sols, Barot

Une utilisation des sols trop intensive  La plupart des sols cultivables sont cultivés E des sols, Barot

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 E des sols, Barot

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 E des sols, Barot

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) E des sols, Barot

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 E des sols, Barot

 Interactions entre le sol et les plantes 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 E des sols, Barot

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

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Le sol est l’interface entre la lithosphère et la biosphère!!! Qu’apporte le sol à la biosphère? E des sols, Barot

 Support physique pour les plantes  Nutriments minéraux (Ca, Mg, P …)  Réserve d’eau E des sols, Barot

Formation du sol E des sols, Barot

Facteurs de formation du sol  La roche mère  Facteurs physiques Le climat: l’eau, l’alternance de gel et dégel… La dissolution de certains composants chimiques La transformation de certains composants chimiques  Facteurs biologiques Action physique des racines Apport de matière organique Changements chimique du sol (pH…) E des sols, Barot

Importance des facteurs biologiques E des sols, Barot

Formation des horizons E des sols, Barot

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 E des sols, Barot

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

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

En outre rôle important des organismes ingénieurs!!! Importance De la biologie!!! En outre rôle important des organismes ingénieurs!!! E des sols, Barot

Rôle de l’eau 3 phases! E des sols, Barot

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

 Climat laissant pousser les plantes A-t-on toujours un sol?  Climat laissant pousser les plantes  Topographie permettant la stabilité du sol et de la couverture végétale E des sols, Barot

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 E des sols, Barot

Quels sont les organismes du sol? E des sols, Barot

Classification générale par taille  <20 mm Microflore : Bactéries et champignons  20 < <100 mm Microfaune : Protistes et nématodes  100 mm < <2 mm Mésofaune : Microarthropodes et enchytréides  2 mm< Macrofaune : Termites, vers de terre, myriapodes, fourmis  Les racines !!! E des sols, Barot

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 Archées (bactéries extrémophiles, mais aussi du sol…) Les bactéries Des procaryotes  Eubactéries  Archées (bactéries extrémophiles, mais aussi du sol…)  Actinobactéries: bactéries filamenteuses (dont des bactéries symbiotiques fixatrices d’azote) E des sols, Barot

 Mobilité extrêmement réduite Les bactéries  Concept d’espèce difficile à utiliser à cause de la plasticité génétique  Mobilité extrêmement réduite  Organismes aquatiques  Dépendent de ressources (MO, nutriments minéraux) réparties d’une manière extrêmement hétérogènes  La plupart des bactéries du sol sont inactives (formes de résistance) E des sols, Barot

 A l’origine de très nombreuses fonctions écologiques du sol Les bactéries  A l’origine de très nombreuses fonctions écologiques du sol  Métabolisme très varié Source d’énergie / source de carbone Photoautotrophe (comme les plantes) Photohétérotrophe Chimioautotrophe Chimiohétérotrophe E des sols, Barot

Pour se procurer du carbone et des nutriments minéraux Les bactéries  Participent à la décomposition de la matière organique morte des sols: Pour se procurer du carbone et des nutriments minéraux  Participent au recyclage des nutriments minéraux (azote, phosphore… ) Fixation symbiotique (Rhizobium) et non- symbiotique (Azotobacter) de l’azote Nitrification (chimiotrophe) Dénitrification E des sols, Barot

 Structure végétative filamenteuse : mycélium Les champignons  Eucaryote  Structure végétative filamenteuse : mycélium  Classification selon le mode de reproduction et selon la structure du mycélium (Zygomycète, Ascomycète, Basidiomycètes, Deutéromycète) E des sols, Barot

 Participent à la décomposition de la matière organique morte Les champignons  Métabolisme : fondamentalement hétérotrophe pour le carbone et l’énergie  Participent à la décomposition de la matière organique morte Feuille Bois  Capable de dégrader la lignine et les complexes phénol-protéine E des sols, Barot

Les symbioses mycorhisiennes Les champignons Les symbioses mycorhisiennes  Le mycélium apporte des sels minéraux aux plantes Ectomycorhises  La plante apporte de la matière organique aux champignons E des sols, Barot

Comparaison avec les bactéries 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 E des sols, Barot

 Classe de l’embranchement des némathelminthe Les nématodes  Classe de l’embranchement des némathelminthe  Se déplacent dans l’espace poral rempli d’eau et à la surface des films d’eau sur les agrégats  Forme juvéniles dormantes et résistantes à la dessiccation + cryptobiose chez les adultes E des sols, Barot

 Prédateurs (nématodes…) Les nématodes Régime alimentaire très varié  Bactérivores  Champignons  Prédateurs (nématodes…)  Phytoparasites  Omnivores E des sols, Barot

Régime alimentaire très varié C. Villenave Lien structure-fonction très clair E des sols, Barot

Les nématodes phytoparasites Nématodes à gales Nématodes à kystes  Dégâts énormes sur les cultures  Des tonnes de nématicides E des sols, Barot

 Restent dans les pores en dehors des microagrégats Les protozoaires  Restent dans les pores en dehors des microagrégats  Dépendent de l’eau du sol (sinon enkystement)  Se nourrissent essentiellement de bactéries E des sols, Barot

 Embranchement à part de métazoaires Les rotifères  Embranchement à part de métazoaires  Dépend de l’eau du sol  2 couronnes de cils permettant de filtrer l’eau pour manger des particules en suspension E des sols, Barot

Ordre de la classe des Entognathes (≠Insectes) Les collemboles  Hexapodes aptères Ordre de la classe des Entognathes (≠Insectes)  Vivent dans la litière ou l’espace poral de la surface du sol E des sols, Barot

 Certains mangent directement la litière Les collemboles  Se nourrissent de mycélium, bactéries, algues qui poussent eux-mêmes sur la litière en décomposition  Certains mangent directement la litière  Certains sont géophages et mangent directement la matière organique du sol  Participation importante à la décomposition de la MO du sol E des sols, Barot

 Microarthropode, ordre de la classe des arachnides Les acarien du sol  Microarthropode, ordre de la classe des arachnides  Vivent dans la litière et l’espace poral à la surface du sol Oribate E des sols, Barot

 Certains se nourrissent directement de la litière Les acarien du sol  Certains se nourrissent directement de la litière  Certains se nourrissent de bactéries, algues, champignons (comme le collemboles)  Certains sont prédateurs de microarthropodes et Enchytréides E des sols, Barot

Autres microarthropodes  Thysanoure: hexapodes aptères. Ordre des Insectes  Les diploures: hexapodes aptères. Ordre de la classe des Entognathes (saprophage et herbivores)  Les protoure: hexapodes aptères. Ordre de la classe des Entognathes (prédateurs et herbivores) E des sols, Barot

 Embranchement des Annélides, classe des Oligochètes Enchytréides  Embranchement des Annélides, classe des Oligochètes  Vivent dans la litière et dans l’horizon organique du sol  Mangent la litière, mycélium, fèces E des sols, Barot

 Embranchement des Annélides, classe des Oligochètes Les vers de terre  Embranchement des Annélides, classe des Oligochètes  Généralement hermaphrodites, avec fertilisation croisée. Certains sont parthégnogénétiques  Production d’œufs enfermés dans des ‘‘cocons’’ E des sols, Barot

 Taille très variables (de un cm à plusieurs mètres) Les vers de terre  Taille très variables (de un cm à plusieurs mètres)  Vivent dans tous les écosystèmes non désertiques  Probablement plus de 6000 espèces dont seulement la moitié a été décrite E des sols, Barot

Les vers de terre 5 groupes écologiques E des sols, Barot

Des ingénieurs des écosystèmes Les vers de terre Des ingénieurs des écosystèmes  Décomposition de la matière organique  Structure du sol  Infiltration de l’eau E des sols, Barot

Les myriapodes (Sous-embranchement) Embranchement des arthropodes  Classe des Diplopodes Iule: Consomme la litière ou le mycélium  Classe des Chilopodes Scolopendre: Prédateur  Structure du sol  Infiltration de l’eau E des sols, Barot

 Rôle dans la décomposition de la litière Les Isopodes (Classe) Embranchement des arthropodes, Sous embranchement des Crustacés  Cloportes  Détritivore  Rôle dans la décomposition de la litière E des sols, Barot

Les Insectes (Classe) Nombreuses larves Lépidoptère Coléoptère Diptère Embranchement des arthropodes Nombreuses larves Lépidoptère Coléoptère Diptère E des sols, Barot

 Récolte de matière organique Hyménoptères (ordre) Fourmis  Aspect ingénieur  Récolte de matière organique  Très grande diversité de régime alimentaire E des sols, Barot

 Très nombreuses surtout dans les régions tropicales Isoptères (Ordre) Termites  Très nombreuses surtout dans les régions tropicales  Mode de vie social comme les fourmis Existence de différentes castes E des sols, Barot

Galerie Placage Termitières Buttes Récolte d’argile Termites Aspect ingénieur Galerie Placage Termitières Buttes Récolte d’argile E des sols, Barot

Effet sur le recyclage de la MO Termites Effet sur le recyclage de la MO Consomment essentiellement de la matière organique végétale morte  Termites humivores  Termites lignivores  Termites récoltant des restes d’herbacées Comment digérer la cellulose et la lignine? E des sols, Barot

 Termites champignonnistes Assimilation de la MO  Symbioses avec des protozoaires intestinaux (qui contiennent des bactéries!)  Termites champignonnistes Recyclage des nutriments Création de taches de fertilité E des sols, Barot

Quels autres organismes? Les racines!!!  Modifient l’environnement physico- chimique  Apporte de la MO (racines morte)  Apporte de petites molécules (déchets? énergie? signaux?)  Interactions avec la microflore, les protozoaires… E des sols, Barot

Photos mystère Gloméris : diplopode Mycélium ‘‘attrape nématode’’ Collembole géant NZ Cannibalisme entre acariens E des sols, Barot