Importance du compartiment BIODIVERSITE

(McCauley & al., 2005)

Phase gazeuse

Organismes

vivants

Phase solide

Phase liquide

PEDOSPHERE

Les solides du sol

Espace des pores

Le SOL, un système hétérogène

Gaz carboniqueOxygène

Azote

Bio

sphè

re

Atmosphère

Lithosphère

Hydrosphère

3

ImportanceDe la biologie!!!

Particularité du milieu sol

Très grande variabilité temporelle

Emboîtement des structuresHétérogénéité

Difficulté de déplacement pour lesmacroorganismes

Particularité de l’écologie des sols

Interactions micro-macroorganismes

Interactions très fortes Physique/chimie-biologie

Importance fondamentale de larelation sol-plante et belowground-aboveground

The Role of Biota

There is a reciprocal relationship between the soil flora and fauna and organic debris (litter) on and in the soil.

The type and quality of the litter determine the composition of the biological community.

that in turn influence the development of distinctive O horizon types called:

• mull (dry acidic habitats – matted • moder & • mor.

Types of humus (organic matter) formation in temperate forests

ROLE OF BIOTA

Quels sont les organismes du sol?

Classification générale par taille

20 < <100 mMicrofaune : Protistes et nématodes

<20 m Microflore : Bactéries et champignons

100 m < <2 mmMésofaune : Microarthropodes et enchytréides

2 mm< Macrofaune : Termites, vers de terre, myriapodes, fourmis

Les racines !!!

Les bactériesDes procaryotes

Eubactéries

Archées (bactéries extrémophiles, mais aussi du sol…)

Actinobactéries:bactéries filamenteuses(dont des bactéries symbiotiques fixatrices d’azote)

Les bactéries

Mobilité extrêmement réduite

Concept d’espèce difficile à utiliser àcause de la plasticité génétique

Organismes aquatiques Dépendent de ressources (MO,

nutriments minéraux) réparties d’unemanière extrêmement hétérogènes

La plupart des bactéries du sol sontinactives (formes de résistance)

Les bactéries

Métabolisme très variéSource d’énergie / source de carbone

A l’origine de très nombreusesfonctions écologiques du sol

Photoautotrophe (comme les plantes) PhotohétérotropheChimioautotrophe

Chimiohétérotrophe

Les bactéries

Participent au recyclage desnutriments minéraux (azote,phosphore… )Fixation symbiotique (Rhizobium) et non-symbiotique (Azotobacter) de l’azoteNitrification (chimiotrophe)Dénitrification

Participent à la décomposition de lamatière organique morte des sols:Pour se procurer du carbone et desnutriments minéraux

Les champignons

Structure végétative filamenteuse :mycélium

Eucaryote

Classification selon le mode dereproduction et selon la structure dumycélium (Zygomycète, Ascomycète,Basidiomycètes, Deutéromycète)

Les champignons

Participent à la décomposition de lamatière organique morte

Métabolisme : fondamentalementhétérotrophe pour le carbone et l’énergie

Capable de dégrader la lignine et lescomplexes phénol-protéine

FeuilleBois

Les champignons

Le mycélium apporte des selsminéraux aux plantes

Les symbioses mycorhisiennes

La plante apporte de la matière organiqueaux champignons

Ectomycorhises

Les champignons

La structure filamenteuse leur confèreune certaine ‘‘mobilité’’ (pour acquérirl’eau, les nutriments minéraux et laMO)

Comparaison avec les bactéries

Translocation du protoplasme vivantvers les parties vivantes du mycélium

Pénètre ‘‘de force’’ à l’intérieur descellules à décomposer

Les protozoaires

Restent dans les pores en dehors des microagrégats

Dépendent de l’eau du sol (sinon enkystement)

Se nourrissent essentiellement de bactéries

Les rotifères

Embranchement à part de métazoaires

2 couronnes de cils permettant de filtrerl’eau pour manger des particules ensuspension

Dépend de l’eau du sol

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

Les nématodesRégime alimentaire très varié

Bactérivores

Phytoparasites

Prédateurs (nématodes…)

Omnivores

Champignons

Les nématodes phytoparasites

Nématodes à kystes

Dégâts énormes sur lescultures

Des tonnes de nématicides

Nématodes à gales

Les collemboles Hexapodes aptères

Ordre de la classe des Entognathes(≠Insectes)

Vivent dans la litière ou l’espace poralde la surface du sol

Les collemboles Se nourrissent de mycélium, bactéries,

algues qui poussent eux-mêmes surla litière en décomposition

Certains sont géophages et mangentdirectement la matière organique du sol

Certains mangent directement la litière

Participation importante à ladécomposition de la MO du sol

Les acarien du sol Microarthropode, ordre de la classe

des arachnides

Vivent dans la litière et l’espace poralà la surface du sol

Oribate

Les acarien du sol Certains se nourrissent directement de

la litière Certains se nourrissent de bactéries,

algues, champignons (comme lecollemboles) Certains sont

prédateurs demicroarthropodes etEnchytréides

Autres microarthropodes

Les diploures: hexapodesaptères. Ordre de laclasse des Entognathes

(saprophage et herbivores)

Thysanoure: hexapodesaptères. Ordre desInsectes

Les protoure: hexapodesaptères. Ordre de la classedes Entognathes (prédateurs et

herbivores)

Enchytréides Embranchement des Annélides, classe

des Oligochètes Vivent dans la litière et

dans l’horizonorganique du sol

Mangent la litière,mycélium, fèces

Les vers de terre Embranchement des Annélides, classe

des Oligochètes Généralement

hermaphrodites, avecfertilisation croisée.Certains sont parthénogénétiques Production d’œufs

enfermés dans des‘‘cocons’’

Les vers de terre Taille très variables (de un cm à plusieurs mètres)

Vivent dans tous lesécosystèmes nondésertiques

Probablement plus de 6000 espècesdont seulement la moitié a étédécrite

Les vers de terreDes ingénieurs des écosystèmes

Décomposition de la matière organique Structure du sol Infiltration de l’eau

Les myriapodes (Sous-embranchement)Embranchement des arthropodes Classe des

Diplopodes

Structure du sol Infiltration de l’eau

Classe des Chilopodes

Iule: Consomme la litière ou le mycélium

Scolopendre: Prédateur

Les Isopodes (Classe)Embranchement des arthropodes, Sous embranchement des Crustacés

Détritivore

Rôle dans la décomposition de la litière

Cloportes

Les Insectes (Classe)Embranchement des arthropodes

Lépidoptère

Nombreuses larves

Coléoptère

Diptère

Hyménoptères (ordre) Fourmis

Aspect ingénieur Récolte de matière organique Très grande diversité de régime

alimentaire

Isoptères (Ordre) Termites

Très nombreuses surtoutdans les régions tropicales

Mode de viesocial comme lesfourmisExistence dedifférentescastes

Termites Aspect ingénieurGalerie PlacageTermitièresButtesRécolte d’argile

TermitesEffet sur le recyclage de la MOConsomment essentiellement de lamatière organique végétale morte

Termites humivores Termites lignivores Termites récoltant des restes

d’herbacées

Comment digérer la cellulose et la lignine?

TermitesAssimilation de la MO Symbioses avec des protozoaires

intestinaux (qui contiennent desbactéries!)

Termites champignonnistes

Recyclage des nutrimentsCréation de taches de fertilité

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, lesprotozoaires…

Photos mystèreMycélium ‘‘attrape nématode’’

Gloméris : diplopode

Collembole géant NZ Cannibalisme entre acariens

Roots help build andmaintain structure bygrowing in weakerzones between peds

Primary roots in large pores

Secondary roots in peds

Fauna (Animals)create large pores

Earthworm Burrow

TermitesAntsPotwormsSnailsNematodesMillipedesSpringtailsMites….

Large pores & cracks in soil arecalled macropores.

Water & nutrients stored

in small pores in ped interior.

Macropores drainexcess water quicklyand provide path for transport of air to organisms.

MACROPORES are channels of life

in the soil.

Compaction can destroy them!

La typologie est construite en tenant compte de :

1) l’origine du processus dominant

«Création d’une typologie qui formalise des critères morphologiques renseignant de propriétés du sol qui soient potentiellement distinctes »

‐ Faciès d’origine Anthropique

‐ Faciès de Sol dont l’origine est indéfinie

‐ Faciès d’origine Biologique

2) la variabilité morphologique au sein de ces grandes classes

Définition de 11 patterns individualisés  de structure du sol(= soil‐structure pattern)

Caractérisation des faciès de bioturbation

Structuration d’origine anthropique (A)

Faciès AcStructure massive, compactéePeu de pore visible à l’œil nuFaible rugosité de surface

Résultat d’une compaction(=Semelle de labour, mottes ∆)

Faciès AgStructure grumeleuseAssemblage d’agrégats de tailles 

et formes variéesPorosité importanteForte rugosité de surface

Résultat du travail mécanique du sol

Identification des faciès de bioturbation

Structuration d’origine biologique (B)

= les « Faciès de bioturbation »

2 origines :

‐ Racines  Faciès RAgrégats anguleux rattachés   

au système racinaire

‐ Faune lombricienne

Identification des faciès de bioturbation

Structuration d’origine biologique

Faciès BURGaleries 

Faciès BUR/CASTComplexe (galeries +

déjections)

Faciès CASTDéjections 

Les faciès de bioturbation lombricienne

Finesse des traits morphologiques à identifier

1cm

Identification des faciès de bioturbation

Structuration d’origine biologique (B)

Les faciès de bioturbation lombricienne BUR

Faciès BURe : (empty)paroi de galerie sans cutane

Faciès BURb : (brown)paroi de galerie avec cutane

Faciès BURf : (filled)Lumière de la galerie est remplied’agrégats fécaux

Cutane

Identification des faciès de bioturbation

Faciès CASTg:‐ Aspect grumeleux‐ Agrégats de taille, de formehomogène, individualisés‐ Rugosité et porosité élevées

Faciès CASTw: (welded)‐ Agrégats dégradés, coalescents‐ Rugosité assez élevée

Faciès CASTc:‐ Aspect compacté‐ Agrégats très dégradés 

(stade ultime de détection)‐ Rugosité moyenne

Structuration d’origine biologique (B)

Les faciès de bioturbation lombricienne CAST

Finesse des traits morphologiquesà identifier

Assemblage d’agrégats fécaux

Identification des faciès de bioturbation

Structuration d’origine indéfinie (S)

Faciès S‐ Pas de trace de bioturbation visible‐ Pas de trace de perturbation anthropique

Pas de traits morphologiques marquants‐ Porosité visible à l’œil nu mais de taille réduite‐ Pas d’agrégat‐ Rugosité moyenne à faible 

Structuration (pédo) climatique ?

Identification des faciès de bioturbation

Carte scannéed’un profil

Conversion en

données vectorielles

Couche de polygoneLogiciel SIGIdentification

Délimitation des surfaces de faciès Représentation schématique à l’aide d’une grille de maille régulière

MéthodesCartographie des profils pédologiques

Organisation spatiale des faciès de bioturbation

Altering Soil Structure

• Unlike texture, structure can be altered by tillage or traffic.

• Tilling soils that are too wet, or compacting soils with heavy equipment can break down the natural structural units. http://www.ny.nrcs.usda.gov/progra

ms/images/tractor-tillin.jpg

Effect of recreational use on bulk density

Db = 1.44

Db = 1.32

Db = 1.28

Fig 4.16 p.111 Sulzman