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Introduction à l’écologiedes sols

IRD, UMR 137 S. Barothttp://millsonia.free.fr/

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Donner des éléments permettant de comprendre l’intérêt de l’écologie des

solsFaire un catalogue rapide

des organismes et mécanismes intervenant

E des sols, Barot

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Plan

Pourquoi faire de l’écologie des sols?

Qu’est ce qu’un sol?

Quels sont les organismes du sol?

E des sols, Barot

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Pourquoi faire de l’écologie des sols?

E des sols, Barot

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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

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Les sols sont le support de toutes l’alimentation humaine

Il y a finalement peu d’agriculture hors sol!

E des sols, Barot

Les sols posent de nombreux problèmes quand à la durabilité de leur utilisation

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Une utilisation des sols trop intensive

La plupart des sols cultivables sont cultivés

E des sols, Barot

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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

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Quels problèmes cela pose-t-il?

E des sols, Barot

Une partie des systèmes de culture permet une production élevée mais n’est probablement pas durable + Problème pour l’agriculture industrielle des pays développés

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Quels problèmes cela pose-t-il?

E des sols, Barot

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)

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Quels problèmes cela pose-t-il?

E des sols, Barot

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

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Rôle de l’écologie?

E des sols, Barot

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 interactionsInteractions entre le biologique et le physico-chimique

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

E des sols, Barot

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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

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Support physique pour les plantes

Nutriments minéraux (Ca, Mg, P …)

E des sols, Barot

Réserve d’eau

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Formation du sol

E des sols, Barot

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Facteurs de formation du sol

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

La roche mère

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Importance des facteurs biologiques

E des sols, Barot

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Formation des horizons

E des sols, Barot

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Description des horizons

E des sols, Barot

HumusEncore riche en matière organique,

horizon appauvri

Encore pauvre en matière organique, horizon d’accumulation

Horizon d’altération de la roche

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Facteurs de formation du sol

Lixiviation Entraînement d’ions et molécules en solution

Lessivage Entraînement de particules en profondeur

E des sols, Barot

Orientation verticale du sol La matière organique arrive par le haut

Piégeage/fixation des molécules/ions

Réactions chimiques

Bioturbation

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La texture

E des sols, Barot

La structure

Sable d>0.02 mmLimon 0.02>d>0.002 mmArgile 0.002>d

50 m

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ImportanceDe la biologie!!!

E des sols, Barot

En outre rôle important des organismes ingénieurs!!!

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Rôle de l’eau

E des sols, Barot

3 phases!

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Particularité du milieu sol

Très grande variabilité temporelle

E des sols, Barot

Emboîtement des structures Hétérogénéité

Difficulté de déplacement pour les macroorganismes

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A-t-on toujours un sol?

Topographie permettant la stabilité du sol et de la couverture végétale

E des sols, Barot

Climat laissant pousser les plantes

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Particularité de l’écologie des sols

Interactions micro-macroorganismes

E des sols, Barot

Interactions très fortes Physique/chimie-biologie

Importance fondamentale de la relation sol-plante et belowground- aboveground

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Quels sont les organismes du sol?

E des sols, Barot

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Classification générale par taille

20 < <100 m Microfaune : Protistes et nématodes

E des sols, Barot

<20 m Microflore : Bactéries et champignons

100 m < <2 mmMésofaune : Microarthropodes et enchytréides

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

Les racines !!!

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E des sols, Barot

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Les bactéries

E des sols, Barot

Des procaryotes

Eubactéries

Archées (bactéries extrémophiles, mais aussi du sol…)

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

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Les bactéries

Mobilité extrêmement réduite

E des sols, Barot

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

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)

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Les bactéries

Métabolisme très varié Source d’énergie / source de carbone

E des sols, Barot

A l’origine de très nombreuses fonctions écologiques du sol

Photoautotrophe (comme les plantes) Photohétérotrophe Chimioautotrophe

Chimiohétérotrophe

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Les bactéries

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

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

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Les champignons

Structure végétative filamenteuse : mycélium

E des sols, Barot

Eucaryote

Classification selon le mode de reproduction et selon la structure du mycélium (Zygomycète, Ascomycète,

Basidiomycètes, Deutéromycète)

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Les champignons

Participent à la décomposition de la matière organique morte

E des sols, Barot

Métabolisme : fondamentalement hétérotrophe pour le carbone et l’énergie

Capable de dégrader la lignine et les complexes phénol-protéine

FeuilleBois

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Les champignons

Le mycélium apporte des sels minéraux aux plantes

E des sols, Barot

Les symbioses mycorhisiennes

La plante apporte de la matière organique aux champignons

Ectomycorhises

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Les champignons

La structure filamenteuse leur confère une certaine ‘‘mobilité’’ (pour acquérir l’eau, les nutriments minéraux et la MO)

E des sols, Barot

Comparaison avec les bactéries

Translocation du protoplasme vivant vers les parties vivantes du mycélium Pénètre ‘‘de force’’ à l’intérieur des cellules à décomposer

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Les nématodes

Classe de l’embranchement des némathelminthe

E des sols, Barot

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

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Les nématodesRégime alimentaire très varié

E des sols, Barot

Bactérivores

Phytoparasites

Prédateurs (nématodes…)

Omnivores

Champignons

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Régime alimentaire très varié

E des sols, Barot

Lien structure-fonction très clair

C. Villenave

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Les nématodes phytoparasites

E des sols, Barot

Nématodes à kystes

Dégâts énormes sur les cultures

Des tonnes de nématicides

Nématodes à gales

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Les protozoaires

E des sols, Barot

Restent dans les pores en dehors des microagrégats

Dépendent de l’eau du sol (sinon enkystement)

Se nourrissent essentiellement de bactéries

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Les rotifères

Embranchement à part de métazoaires

E des sols, Barot

2 couronnes de cils permettant de filtrer l’eau pour manger des particules en suspension

Dépend de l’eau du sol

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Les collemboles Hexapodes aptères Ordre de la classe des Entognathes (≠Insectes)

E des sols, Barot

Vivent dans la litière ou l’espace poral de la surface du sol

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Les collemboles

E des sols, Barot

Se nourrissent de mycélium, bactéries, algues qui poussent eux-mêmes sur la litière en décomposition

Certains sont géophages et mangent directement la matière organique du sol

Certains mangent directement la litière

Participation importante à la décomposition de la MO du sol

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Les acarien du sol

E des sols, Barot

Microarthropode, ordre de la classe des arachnides

Vivent dans la litière et l’espace poral à la surface du sol

Oribate

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Les acarien du sol

E des sols, Barot

Certains se nourrissent directement de la litière Certains se nourrissent de bactéries, algues, champignons (comme le collemboles) Certains sont prédateurs de microarthropodes et Enchytréides

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Autres microarthropodes

E des sols, Barot

Les diploures: hexapodes aptères. Ordre de la classe des Entognathes (saprophage et herbivores)

Thysanoure: hexapodes aptères. Ordre des Insectes

Les protoure: hexapodes aptères. Ordre de la classe des Entognathes (prédateurs et herbivores)

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Enchytréides

E des sols, Barot

Embranchement des Annélides, classe des Oligochètes Vivent dans la litière et dans l’horizon organique du sol

Mangent la litière, mycélium, fèces

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Les vers de terre

E des sols, Barot

Embranchement des Annélides, classe des Oligochètes

Généralement hermaphrodites, avec fertilisation croisée. Certains sont parthégnogénétiques Production d’œufs enfermés dans des ‘‘cocons’’

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Les vers de terre

E des sols, Barot

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

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Les vers de terre

E des sols, Barot

5 groupes écologiques

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Les vers de terre

E des sols, Barot

Des ingénieurs des écosystèmes

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

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Les myriapodes (Sous-embranchement)

E des sols, Barot

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

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Les Isopodes (Classe)

E des sols, Barot

Embranchement des arthropodes, Sous embranchement des Crustacés

Détritivore

Rôle dans la décomposition de la litière

Cloportes

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Les Insectes (Classe)

E des sols, Barot

Embranchement des arthropodes

Lépidoptère

Nombreuses larves

Coléoptère

Diptère

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Hyménoptères (ordre)

E des sols, Barot

Fourmis

Aspect ingénieur Récolte de matière organique Très grande diversité de régime alimentaire

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Isoptères (Ordre)

E des sols, Barot

Termites

Très nombreuses surtout dans les régions tropicales

Mode de vie social comme les fourmis Existence de différentes castes

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Termites

E des sols, Barot

Aspect ingénieur Galerie Placage Termitières Buttes Récolte d’argile

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E des sols, Barot

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?

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E des sols, Barot

Termites Assimilation de la MO Symbioses avec des protozoaires intestinaux (qui contiennent des bactéries!) Termites champignonnistes

Recyclage des nutrimentsCréation de taches de fertilité

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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…

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Photos mystère

E des sols, Barot

Mycélium ‘‘attrape nématode’’Gloméris : diplopode

Collembole géant NZ Cannibalisme entre acariens