Introduction à l’écologie des sols S. Barot
IRD, UMR 137
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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
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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’Êcologie 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
E des sols, Barot
Plantes
Herbivores
Prédateurs
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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
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Une utilisation des sols trop intensive ďƒ La plupart des sols cultivables sont cultivĂŠs
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? 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
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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
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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
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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 12
E des sols, Barot
Qu’est ce qu’un sol? Et particularités de l’écologie des sols…
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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 …) Réserve d’eau
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Formation du sol
E des sols, Barot
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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
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Importance des facteurs biologiques
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Formation des horizons
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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
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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
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La texture Sable d>0.02 mm Limon 0.02>d>0.002 mm Argile 0.002>d
La structure
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50 Âľm
Importance De la biologie!!!
En outre r么le important des organismes ing茅nieurs!!! E des sols, Barot
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Rôle de l’eau
3 phases!
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Particularité du milieu sol Emboîtement des structures Hétérogénéité Très grande variabilité temporelle Difficulté de déplacement pour les macroorganismes
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A-t-on toujours un sol? Climat laissant pousser les plantes Topographie permettant la stabilité du sol et de la couverture végétale
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Particularité de l’écologie des sols Interactions très fortes Physique/chimie-biologie Interactions micro-macroorganismes Importance fondamentale de la relation sol-plante et belowgroundaboveground E des sols, Barot
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Quels sont les organismes du sol?
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Classification générale par taille <20 µm Microflore : Bactéries et champignons
20 < <100 µm
Microfaune : Protistes et nématodes
100 µm < <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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E des sols, Barot
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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
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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
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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
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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 nonsymbiotique (Azotobacter) de l’azote Nitrification (chimiotrophe) Dénitrification 35
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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
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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
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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
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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
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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 + E des sols, Barot
cryptobiose chez les adultes 40
Les nématodes Régime alimentaire très varié
Bactérivores Champignons Prédateurs (nématodes…)
Phytoparasites Omnivores E des sols, Barot
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Régime alimentaire très varié C. Villenave
Lien structure-fonction très clair E des sols, Barot
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Les nématodes phytoparasites
Nématodes à gales
Nématodes à kystes
Dégâts énormes sur les cultures
Des tonnes de nématicides E des sols, Barot
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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
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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 45
E des sols, Barot
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
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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
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Les acarien du sol Microarthropode, ordre de la classe des arachnides Vivent dans la litière et l’espace poral à la surface du sol
E des sols, Barot
Oribate 48
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
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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 E des sols, Barot
herbivores)
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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
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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’’ 52
E des sols, Barot
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
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Les vers de terre 5 groupes ĂŠcologiques
E des sols, Barot
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Les vers de terre Des ingénieurs des écosystèmes
Décomposition de la matière organique Structure du sol Infiltration de l’eau 55
E des sols, Barot
Les myriapodes (Sous-embranchement) Embranchement des arthropodes
Classe des Diplopodes Classe des Chilopodes Structure du sol Infiltration de l’eau E des sols, Barot
Iule: Consomme la litière ou le mycélium Scolopendre : Prédateur
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Les Isopodes (Classe) Embranchement des arthropodes, Sous embranchement des Crustacés
Cloportes
Détritivore Rôle dans la décomposition de la litière E des sols, Barot
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Les Insectes (Classe) Embranchement des arthropodes
Nombreuses larves
Lépidoptère Coléoptère
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Diptère58
Hyménoptères (ordre)
Fourmis
Aspect ingénieur Récolte de matière organique Très grande diversité de régime alimentaire E des sols, Barot
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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
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Termites
Aspect ingénieur Galerie Placage Termitières Buttes Récolte d’argile
E des sols, Barot
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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
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Termites 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
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Quels autres organismes? Les racines!!! Modifient l’environnement physicochimique Apporte de la MO (racines morte) Apporte de petites molécules (déchets? énergie? signaux?) Interactions avec la microflore, les protozoaires… E des sols, Barot
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Photos mystère Mycélium ‘‘attrape nématode’’
Collembole géant NZ E des sols, Barot
Gloméris : diplopode
65 Cannibalisme entre acariens