L’écologie du sol Thibaud Decaëns

thibaud.DECAENS@cefe.cnrs.fr

I – Introduction

Qu’est-ce qu’un sol?

Une vision longtemps dominée par les préceptes de l’agronomie

➜Sol = support de la production agricole

➜Vision très biaisée vers les processus physico-chimiques et qui n’a que récemment accepté de prendre en compte la diversité des activités biologiques des sols

I – Introduction

Qu’est-ce qu’un sol?

Le sol résulte de la transformation de la couche superficielle de la roche mère, dégradée et enrichie en apports organiques par les processus vivants.

Hors des milieux marins et aquatiques d'eau douce, les sols sont à la fois le support et le produit du vivant, une interface entre biosphère et lithosphère et le lieu privilégié du recyclage des déchets organiques.

I – Introduction

Qu’est-ce qu’un sol?

UNE HISTOIRE DE PLANTES, OUI MAIS PAS QUE!

I – Introduction

Qu’est-ce qu’un sol?

Wa

rdle

et

al. (

2004)

Scie

nce

I – Introduction

Qu’est-ce que l’écologie du sol?

Science qui étudie les interactions entre les êtres

vivants du sol, ainsi que les interactions qu’ils ont avec

la fraction inerte du sol

Grandes questions générales de l’écologie des sols :

Combien d’espèces peuplent les sols de la planète?

Comment cette biodiversité est elle organisée dans

l’espace?

Quelles sont les interactions biotiques qui régissent le

fonctionnement des communautés d’organismes du sol?

Comment ces communautés interagissent-elles avec le

milieu physique?

Qu’est-ce qu'un organisme du sol?

Gobat et al. 1998, Wolters 2001

II – La biodiversité des sols

• Les organismes du sol: Vivent dans le sol au moins

un stade actif de leur cycle

biologique

• Peuvent être des: « habitants à temps

plein »

« habitants à temps

partiel »

• Incluent des habitants: De la matrice du sol

Des « annexes du sol »

- Litière

- Arbres creux

- Troncs en

décomposition

- Déjections, etc

Decaëns (

2010),

m

odifié

d’a

prè

s S

wift

et al. (

1979)

1024

m

1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512

mm

Bacteria

Fungi

Nématoda

Protozoa

Acari

Collembola

Diplura

Symphyla

Enchytraedae

Isoptera / Formicoidea

Diptera

Isopoda

Myriapoda

Arachnida

Coleoptera

Mollusca

Oligochaeta

Vertebrata

Microflore / microfaune Mesofaune Macro- et mégafaunes

100 μm 2 mm 20 mm

II – La biodiversité des sols

Qu’est-ce qu'un organisme du sol?

Nombre total d’espèces

vivantes décrites:

~ 1 à 2 millions

Microorganismes

5% Autres

animaux

54% Animaux

du sol

23%

Plantes

18%

Modifié

d’a

prè

s D

ecaëns e

t al. (

2006)

II – La biodiversité des sols

Combien d’espèces ?

0,0

1

0,1

1

10

10

0

100

0

10

00

0

Bacteria

Fungi Nematoda

Protozoa

Acari

Collembola Diplura

Symphyla

Enchytraeidae

Isoptera

Formicoidea Diptera

Isopoda Chilopoda

Dermaptera Blattoidea

Diplopoda

Arachnida Coleoptera

Mollusca

Pauropoda

Oligochaeta

Caecilian Sqamata

Mammalia

Nombre d'espèces (x 1000)

NE

NE

NE

NE

NE

NE NE

NE

NE

NE NE

Espèces décrites

Espèces restant à décrire

Ta

ille

corp

ore

lle d

es ta

xon

s

II – La biodiversité des sols

• Le cas de Lumbricus terrestris

Décrit par Linnée en 1758

Modèle biologique, espèce invasive

+ de 500 articles scientifiques

H1

H2

80 100 120 140 160

Segment number

H1

H2

1 2 3 4 5 6

Weight (g)

H1

H2

80 100 120 140 160 180

Size (mm)

Jam

es e

t al. (

2010)

PLoS

One

Le déficit taxonomique

II – La biodiversité des sols

Le déficit taxonomique

• Les microprédateurs Interactions avec microflore: prédation

Biostructures: aucunes

Fonctions: espèces clef de voûte, stimulent la minéralisation de la MO

Principalement des microinvertébrés (nématodes et protozoaires)

• Les transformateurs de litière Interactions avec microflore: rhumen externe

Biostructures holorganiques

Fonctions: fragmentation de la MO fraîche, stimulation de l’activité

microbienne

Principalement des méso- macroinvertébrés (collemboles, oribates, vers

épigés, diplopodes, etc) • Les ingénieurs du sol Interactions avec microflore: symbiose digestive

Biostructures principalement organo-minérales

Fonctions: production d’agrégats, contrôle de la dynamique de la MO

Principalement des macro-invertébrés (vers de terre, termites, fourmis) et des

vertébrés

III – Fonctions écologiques

Lavelle (1997)

Classification fonctionnelle de la faune du sol

III – Fonctions écologiques

Classification fonctionnelle de la faune du sol

• Espèces anéciques

Grande taille

Vie dans le sol

Ressource trophique: litière

fraîche

Réseaux de galeries verticales

Production d’agrégats et

impacts sur la dynamique de la

matière organique du sol

• Espèces endogées

Taille variable

Vie dans le profil de sol

Ressource trophique: matière

organique du sol

Réseaux de galeries

horizontales

Production d’agrégats et

impacts sur la dynamique de la

matière organique du sol

• Espèces épigées

Petite taille

Vie dans la litière

Ressource trophique: litière

fraîche

Pas de réseau de galeries

Impacts sur la fragmentation

de la litière fraîche

Aporrectodea caliginosa Lumbricus castaneus Lumbricus terrestris

III – Fonctions écologiques

Impacts sur la structure du sol

III – Fonctions écologiques

Impacts sur la structure du sol

➔Martiodrilus sp produit jusqu’à 115 tonnes d’agrégats ha-1 an-1

➔ Peut augmenter la macroagrégation du sol à différentes échelles

➔ Influence la capacité de stockage du C dans les sols ainsi que ses propriétés hydriques M

ariani e

t al. (

2001)

CR

AS

; D

ecaëns (

2000)

BF

S; D

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t al. (

1999)

Pedobio

logia

D

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Rossi (2

001)

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phy

0

2

4

6

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T ST

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gré

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mm

) * (a)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

T ST

% d

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s à

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au

* (b)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

T ST

Den

sité

ap

pa

rente

(g.

cm

-3) *

(c)

III – Fonctions écologiques

Recyclage des éléments nutritifs

0

1

2

3

4

5

6

7

T ST

C to

tal %

* (a)

0

10

20

30

40

50

60

T ST

N m

iné

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c) *

(b)

➔Martiodrilus sp produit jusqu’à 34 kg ha-1 an-1 d’N minéral dans ses turricules frais

➔ … protège jusqu’à 9 tonnes ha-1 an-1 de C dans ses turricules secs

Decaëns e

t al. (

1999)

BF

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Decaëns e

t al. (

1999)

Pedobio

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D

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Rossi (2

001)

Ecogra

phy

III – Fonctions écologiques

Impacts sur la décomposition des litières

III – Fonctions écologiques

Impacts sur la décomposition des litières

Les transformateurs de litière :

Fragmentent la litière fraichement produite

Augmentent la surface d’attaque disponible pour la microflore

Effets idiosyncrasiques et effets de la diversité fonctionnelle

Hedde e

t al (2

007)

Appl S

oil

Ecol

Hedde e

t al (2

010)

Basic

Appl E

col

III – Fonctions écologiques

Impacts sur la production végétale

80

60

40

20

0

-20

Sorgho Riz Maïs Haricot Blé Pois Arachide

Imp

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de

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(%

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Bro

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l.

(1999),

Laossi et al. (

2010)

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

Argileux Limoneux Sableux

Type de sol E

ffect

siz

e

Beaucoup d’essais on été conduits pour tester l’impact des vers de terre sur la productivité végétale

Decaëns (

2010),

d’a

prè

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nders

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1978),

K

an

eko

& S

ala

manca (

1999),

Hansen &

C

ole

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1998)

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2002)

De très nombreux facteurs historiques et environnementaux régissent la distribution de la biodiversité du sol à différentes échelles spatiales

Localement par exemple: la diversité des ressources trophiques et des microhabitats

Diversité des microhabitats

1

2

3

1 2

Ind

ice

de

Sh

an

no

n

3

Oribates cryptostigmatides

Richesse spécifique de la litière

5

20

25

Ric

he

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pé

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Oribates

10

15

7 1 2 3

IV – Distribution

Diversité des ressources

Decaëns (

2010)

d’a

prè

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ecaëns

et al. (

1999),

Tiw

ari &

Mis

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(1

993),

Lora

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1998)

0

10

20

30

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+V -V

Ric

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0

1

2

3

+V -V

Ind

ice

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Sh

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Macrofaune Champignons

* *

0

1

2

3

+V -V

Collemboles

*

Organismes ingénieurs

➔modifient les conditions physiques du sol

➔ Influencent les ressources d’autres organismes du sol

➔Génèrent de l’hétérogénéité dans la distribution des ressources et des organismes édaphiques

IV – Distribution

Interactions biotiques

V – Complexité des

interactions

1 cm

Jiménez & Decaëns (2004)

Galerie verticale de Martiodrilus sp. dans un sol de savane colombienne (20-30 cm de profondeur)

Racine utilisant la galerie pour accéder au sol profond

Turricules granuleux d’Ocnerodrilidae sp. remplissant la partie supérieure de la galerie

Turricule de Martiodrilus sp. déposé à l’intérieur de la galerie

Radicelles ayant colonisé le turricule de Martiodrilus sp.

Merci de votre attention