L’écologie du sol Thibaud Decaëns
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
ecaëns e
t al. (
1999)
Pedobio
logia
D
ecaën
s &
Rossi (2
001)
Ecogra
phy
0
2
4
6
8
10
T ST
DP
M d
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gré
ga
ts (
mm
) * (a)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
T ST
% d
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s à
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* (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
ral (µ
g. g
-1 s
oll
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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
S;
Decaëns e
t al. (
1999)
Pedobio
logia
D
ecaëns &
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
ac
t s
ur
la p
rod
uc
tio
n
de
gra
ins
(%
)
Bro
wn e
t a
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
s A
nders
on (
1978),
K
an
eko
& S
ala
manca (
1999),
Hansen &
C
ole
man (
1998)
dans W
ard
le (
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
ss
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pé
cif
iqu
e
Oribates
10
15
7 1 2 3
IV – Distribution
Diversité des ressources
Decaëns (
2010)
d’a
prè
s D
ecaëns
et al. (
1999),
Tiw
ari &
Mis
hra
(1
993),
Lora
ng
er
et
al. (
1998)
0
10
20
30
40
50
+V -V
Ric
he
ss
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e
0
1
2
3
+V -V
Ind
ice
de
Sh
an
no
n
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
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