Etude de la relation entre la diversité des macro-invertébrés et la dynamique de la matière organique des sols limoneux de Haute-Normandie

This work aim at studying the relationships between detritivorous macro-invertebrate (macrodetritivore) diversity and organic matter (OM) dynamics in loamy soils located in Haute-Normandie (France). Two hypothesis were tested: firstly (H1) macro-detritivore diversity and soil OM are influenced by environmental changes induced by agricultural and silvicultural managements and secondly (H2) macro-detritivore assemblages influence soil OM dynamics. Study sites include intensive crop, pasture stands of increasing ages (0.5 to 33 years) and even-aged beech stands (30 to 200 years). Relationships were investigated at stand scale and in laboratory microcosms. In forest soils, macro-detritivore species diversity decreased with stand age. Soil C stocks did not significantly vary throughout the forest rotation but nevertheless increased to reach a plateau at 120- 140 years in humic epipedon. Although no relationship between macro-detritivore diversity and C stocks appeared from these empirical results, it arose that macro-detritivore diversity and some holorganic fractions are linked. Results from experimental manipulations show that macro-detritivore effects on beech leaf biodegradation can be split into distinct effect groups. Furthermore, functional diversity, assessed through morphological dissimilarity, rather than species diversity better explains assemblage performances. Assemblages with intermediate morphological dissimilarity outperform the other assemblages. This optimal level of assemblage morphological structure may correspond to an equilibrium point between competitive and complementary species interactions. In agricultural soils, earthworm species diversity, soil C stocks and aggregate structural stability increase during the first pasture years. In older pastures, while soil C stocks and aggregate structural stability still increase, earthworm species diversity stabilize. Thus, no link appears between these parameters. Regarding laboratory experiments results, earthworm effects on C-CO2 release and soil aggregate OM content and stability depend on species identity and initial soil OM. Furthermore, in low OM soil, increasing earthworm species diversity stabilizes C mineralisation and but led to an increase of both aggregate OM content and stability. This result may be explained by an “improved” OM physical protection in stable aggregate along with the increase of earthworm species diversity. In conclusion, field results show that macro-detritivore species diversity is driven by soil occupancy rather than by system dynamics, thus refuting (H1) hypothesis. Furthermore, soil C stock do not vary during forest rotation while it increase with pasture age, refuting and validating the (H1) hypothesis, respectively. On the other hand, microcosm experiments show that macro-detritivores have species-specific effects and that macro-detritivores diversity influences soil OM dynamics, validating (H2) hypothesis. Future studies have to be dedicated to the relationships between soil ecological processes and both macro-detritivore functional traits and species interactions.L'objectif de ce travail est d'étudier les relations entre la diversité des macro-invertébrés détritivores et la dynamique de la matière organique (MO) dans les sols limoneux des plateaux de Haute-Normandie. Ce travail vise à répondre à deux hypothèses : (H1) la biodiversité et les MO du sol sont influencées par les modifications environnementales induites par les gestions agricole et forestière et (H2) les assemblages de macro-détritivores influencent la dynamique de la MO du sol. Les systèmes étudiés incluent une culture intensive et des prairies d'âge croissant (0,5 à 33 ans), ainsi que des parcelles gérées en futaie régulière de hêtre (30 à 200 ans). La relation a été étudiée à l'échelle de la parcelle ainsi que dans des microcosmes réalisés au laboratoire. Dans les sols forestiers, la diversité spécifique des macro-détritivores diminue avec l'âge du peuplement. Les stocks de C dans le sol ne varient pas au cours de la rotation forestière, alors qu'ils augmentent dans l'episolum humifère jusqu'à 120-140 ans avant de se stabiliser. Si ces résultats empiriques ne permettent d'établir un lien entre diversité des macro-détritivores et stocks de C, une relation apparaît toutefois avec certaines fractions des horizons holorganiques. L'impact des macrodétritivores sur la biodégradation des feuilles de hêtre a donc été testé en conditions expérimentales. Les résultats expérimentaux permettent de classer les macro-détritivores en groupes distincts à partir de leurs effets spécifiques sur la biodégradation des feuilles. En faisant varier le nombre d'espèces dans les assemblages expérimentaux, nous mettons en évidence que la biodégradation est davantage liée à la diversité fonctionnelle (mesurée ici par la dissimilitude morphologique) qu'à la diversité spécifique. Les assemblages sont plus performants lorsqu'ils présentent une similarité morphologique intermédiaire. Ce niveau optimal de similarité pourrait correspondre à un point d'équilibre entre interactions compétitives et complémentarité au sein des assemblages. Dans les sols agricoles, il existe une augmentation simultanée de la diversité spécifique des vers de terre, des stocks de C et de la stabilité de la structure du sol dans les premières années de prairie. Cependant, dans les prairies plus âgées, le stock de C et la stabilité de la structure continuent d'augmenter alors que la diversité des lombriciens reste stable. Il n'y a donc pas de lien net entre la diversité des lombriciens et les stocks de C ou la stabilité structurale. Les résultats obtenus en conditions contrôlées montrent que les effets des vers de terre sur le dégagement de C-CO2, la teneur en MO et la stabilité structurale des gros macro-agrégats dépendent de l'espèce impliquée et du taux de MO initial du sol. De plus, dans un sol pauvre en MO (sol de culture intensive), l'augmentation de la diversité spécifique des lombriciens stabilise la minéralisation du C et augmente la stabilité structurale et la teneur en MO des agrégats. Ce résultat peut être expliqué par l'augmentation de la protection physique de la MO dans des agrégats stables avec la diversité spécifique des vers. D'une façon générale, les résultats obtenus au champ montrent que la richesse spécifique des macro-détritivores est plus influencée par le type d'occupation du sol que par la dynamique des systèmes, réfutant ainsi en partie l'hypothèse H1. D'autre part, les stocks de C dans les sols ne varient pas avec l'âge du peuplement de hêtre alors qu'ils augmentent avec l'âge des prairies, réfutant ainsi en partie l'hypothèse H1. D'autre part, les résultats des expérimentations en microcosmes permettent de classer les espèces en fonction de leurs effets sur la dynamique de la MO. En outre, la dynamique de la MO est modifiée lorsque la diversité des macro-détritivores change, confirmant donc l'hypothèse H2. Les recherches futures devront maintenant se pencher sur les relations complexes qui relient : les traits fonctionnels des macro-détritivores, les interactions entre ces espèces et les processus écologiques dans le système sol

Indicateurs basés sur la faune des sols : des outils pour l’agricultureinnovante ?

Ce numéro est constitué d’articles issus du colloque «De la connaissance de la biologie des sols et de ses fonctions, à son pilotage » organisé en partenariat avec l’Ademe et l’AFB, le 18 octobre 2018 à Dijon.Intensive agriculture exploits spaces and natural resources for productions that are useful to man (food,textiles, biomass, ...). Soil is the living foundation on which our societies are built and must be managedfor future generations. Understanding and predicting the effect of invertebrates on soil functions andtheir applications in soil-plant systems is crucial to support innovative practices that focus on soilbiological functioning. Indicators are drawn from the analysis of soil fauna communities, most have forobjective to inform of soil biological status. In this article, I present different functions related to the mesoand the macro-fauna of soil and different bioindicators derived from them. I argue for a paradigm shiftfrom environmental risk assessment to assessing the environmental performance of soil fauna.L’agriculture intensive exploite des espaces et des ressources naturelles pour une production utile àl’homme (nourriture, textile, biomasse, ...). Le sol est le socle vivant sur lequel nos sociétés sont bâtieset elles doivent le ménager pour les générations futures. Comprendre et prévoir l’effet des invertébréssur les fonctions des sols et leurs applications dans les systèmes sol-plante est crucial pouraccompagner les pratiques innovantes misant sur le fonctionnement biologique des sols. De l’analysedes communautés de la faune du sol sont tirés des indicateurs qui ont pour objectif de renseigner surl’état biologique des sols en s’intéressant à plusieurs échelles d’observation. Dans cet article, jeprésente différentes fonctions liées à la méso et la macro-faune des sols et les différents typesd’indicateurs renseignant de l’état biologique des sols. Je milite pour un changement de paradigme del’évaluation des risques environnementaux vers l’évaluation des performances environnementalesréalisées par la faune des sols

Mécanismes liés au vivant : la macrofaune

Mécanismes liés au vivant : la macrofaune. Journée du réseau CarboSM

Mise en évidence de la photodégradation de contaminants organiques sur des sols pollués et importance des photo-produits dans l’impact écotoxicologique

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La biodiversité des sols : un fantastique patrimoine à préserver et valoriser

Les sols sont des environnements vivants dans lesquels cohabitent des microorganismes et une faune particulièrement abondants. Ainsi, les organismes évoluant dans le sol (mammifères, insectes, arachnides, vers, mollusques, protozoaires, nématodes, champignons, bactéries,…) représentent une masse bien supérieure à celle de ceux vivant au-dessus du sol. Une poignée de terre (approximativement 200 g) contient 0,5 g de matière vivante ce qui correspond à environ 5 tonnes à l’hectare.Au-delà de cette biomasse considérable, les organismes du sol représentent une fortediversité. L’étude de cette biodiversité nécessite l’application de stratégies et méthodes d’analyses adaptées compte-tenu de la difficulté d’accès à ces organismes, de la taille petite à microscopique et la non-culturabilité in vitro de bon nombre d’entre eux. Des progrès spectaculaires ont été réalisés dans ce domaine au cours des dernières années avec maintenant la possibilité d’extraire leur ADN des sols et de caractériser leur polymorphisme. On peut ainsi maintenant estimer à plus d’un million le nombre de types microbiens différents par gramme de sol ; le nombre d’animaux est quant à lui connu pour s’élever à plusieurs centaines d’animaux.Cette biodiversité contribue à la formation des sols, à leur fonctionnement biologique et à la fourniture de services écosystémiques de support, d’approvisionnement et de régulation essentiels pour l’humanité. Ainsi, les organismes du sol contribuent aux services de support majeurs que sont les cycles des nutriments. En favorisant la croissance des plantes, ils bénéficient au service d’approvisionnement capital qu’est la production agricole. En permettant la biofiltration de l’eau, ils contribuent à la purification de l’eau qui est un service de régulation.Ils jouent également sur le stockage du carbone dans les sols et l’émission/la capturede gaz à effet de serre, qui participent au service de régulation globale du climat. En favorisant la santé des plantes cultivées et en consommant les ravageurs des cultures, ils contribuent au service de régulation des bioagresseurs. Ces organismes représentent également une source majeure de gènes et d’enzymes dont le potentiel reste pour l’essentiel à découvrir pour des applications en biotechnologie, pharmacie et phytopharmacie (service d’approvisionnement en produits médicinaux).Cependant, des menaces et pressions pèsent sur les sols. Il est donc essentiel de préserver mais également de valoriser cette biodiversité qui représente un patrimoine, en développant des stratégies de gestion durable des sols.C’est un des objectifs centraux de l’agroécologie qui développe des systèmes agricoles innovants valorisant la biodiversité et les interactions entre organismes, en particulier entre plantes et microorganismes, afin d’assurer une production agricole de qualité en quantité suffisante, tout en réduisant l’utilisation d’intrants de synthèse et en préservant les ressources

Agriculture: the main factor of soil microarthropods decline in France

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Development of an analytical method for assessing the fate of diuron and its by-products in soil

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From arable crops to grassland farming systems: Linking management, diversity and ecosystem function across agroecosystems

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Agriculture: the main factor of soil microarthropods decline in France

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Développement d’une méthode analytique pour évaluer le devenir du Diuron et de ses produits de dégradation dans le sol

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