Impacts de la Voie Oxalate-Carbonate sur les caractéristiques édapliiques et organiques des sols forestiers tropicaux (Forêt de Kirindy, Madagascar)

La voie oxalate-carbonate (VOC) correspond à une chaine de processus biogéochimiques, par laquelle l’oxalate, un produit de la photosynthèse, est oxydé par des bactéries oxalotrophes en interaction avec des champignons. Ce processus aboutit à une augmentation substantielle du pH du sol, à la précipitation de carbonate en présence de calcium (CaCO3), et peut conduire à une séquestration de carbone à long terme dans le sol. Cette thèse, conduite à Madagascar, a pour but d’évaluer les impacts de la VOC sur les caractéristiques organiques et édaphiques de sols forestiers tropicaux. Une investigation des espèces associées à la VOC appelés « écosystèmes oxalogènes- oxalotrophes » a été d’abord entreprise dans des forêts tropicales malgaches. Cet inventaire a permis d’identifier Tamarindus indica ou tamarin, localisé dans la forêt dense sèche de Kirindy, comme un arbre-modèle à étudier, cette espèce étant également connue pour produire de grande quantité de d’oxalate. Douze (12) pieds de T. indica ont été sélectionnés. Des échantillons de sols, prélevés sur les 15 premiers centimètres, autour des arbres et des sols distants de 15m supposés hors influence des arbres, ont fait l’objet de descriptions et d’analyses. La matière organique des sols (MOS) a été étudiée thermiquement par pyrolyse Rock Eval. Les caractéristiques organiques et physico-chimiques (pH, texture, minéralogie, cations basiques échangeables, capacité d’échange cationique) des sols sous l’influence et hors influence des tamarins ont été comparés. Il a été démontré que le tamarin modifie les propriétés chimiques des sols, à commencer par une augmentation du pH jusqu’à 2.5 unités comparée aux sols distants caractérisés par des sols autour de la neutralité (pH = 6.5 -7.5) ou acide (pH= 5.8-6.5). Cette modification du pH est accompagnée d’une augmentation des cations échangeables dit basiques (Ca2+, Mg2+ et K+) et de la capacité d’échange cationique (CEC). Les effets de la VOC sont toutefois variables. Le rôle du pH des sols avant l’établissement du tamarin est particulièrement souligné comme facteur influençant l’ampleur de l’augmentation du pH et d’accumulation de CaCO3 dans le sol. En outre, les changements induits par l’écosystème oxalogène-oxalotrophe du tamarin semblent être à l’origine de l’accumulation de C organique à un niveau de maturité avancée dans le sol, ceci à travers une stabilisation biogéochimique favorisée par la constitution d’un réservoir de calcium (Ca2+, CaCO3). Les résultats de cette thèse apportent par conséquent une meilleure compréhension de la VOC et confirme les effets drastiques de ce processus sur les propriétés du sol. L’intégration des écosystèmes oxalogènes-oxalotrophes dans les systèmes agroforestiers destinés à combattre l’acidité et la pauvreté en nutriments des sols tropicaux est donc recommandée. Cette valorisation nécessite toutefois d’évaluer les dimensions agronomiques, socio-économiques et environnementales pour une meilleure adoption des pratiques. Finalement, la présence de carbonate de calcium, précipité à partir d’un processus naturel et dont le temps de résidence dans les sols est de l'ordre de 104 - 106 ans, pourrait constituer une solution à long terme prometteuse dans le contexte mondial de la lutte contre les changements climatiques. Ces arbres associés à la VOC peuvent alors être recommandés pour des programmes de reboisement à grande échelle. -- The Oxalate-Carbonate Pathway (OCP) is a process by which oxalate, a photosynthetic product, is oxidized by soil oxalotrophic bacteria in interaction with Fungi. This process results in a local soil alkalinization, calcium carbonate precipitation, and possibly can lead to a long- term soil carbon sequestration. The present research, carried out in Madagascar, aimed to assess the impacts of OCP on edaphic and organic characteristics of tropical forest soils. An investigation of tree species associated with OCP, and called "oxalogenic-oxalotrophic ecosystems", was first undertaken in Malagasy forests. This inventory allowed Tamarindus indica (Fabaceae) or tamarind tree to be identified. It is located in the dry deciduous forest of Kirindy, and used as a tree-model to be studied. Tamarind is also known to produce a large amount of oxalate. The OCP was investigated around twelve large-sized Tamarinds. Soil profiles were dug around each tree. In addition, one profile was sampled 15 m away as a reference soil. Samples from the first 15 cm of all the different soils were taken and analyzed in the lab. The organic matter component was studied thermally using Rock-Eval pyrolysis. The organic matter and soil physicochemical characteristics (pH, soil texture, mineralogy, exchangeable basic cations, cation exchange capacity) under the influence and out of influence of tamarinds were compared. Tamarind has been shown to modify the soil chemistry, starting with an increase in pH up to 2.5 units compared to distant soils which are neutral (pH = 6.5 -7.5) or acidic (pH = 5.8-6.5). This change in pH is accompanied by an increase in exchangeable alkaline cations (Ca2+, Mg2+ and K+) and cation exchange capacity (CEC). The OCP effects are however variable. The role of soil pH before OCP settlement is particularly emphasized as an important factor accounting for the extent of pH increase and the amount of carbonate accumulation. Moreover, the changes induced by the tamarind oxalogenic-oxalotrophic ecosystem seems to be at the origin of the accumulation of some refractory carbon in soils, through a biogeochemical stabilization favored by the presence of a calcium pool (Ca2+, CaCO3). The results of this research provide a better understanding of the OCP and confirm the drastic effects of this process on soil properties. The integration of oxalogenic-oxalotrophic ecosystems in agroforestry systems for counteracting acidity and nutrient depletion in tropical soils is recommended. However, this valorization requires assessing the agronomic, socio- economic and environmental aspects for best adoption of these practices. Finally, the natural formation of such calcium carbonate accumulations in soils, with a residence time in soil in the order of magnitude of 104 - 106 years, can provide a promising long-term solution for CO2 sequestration in the global context of tackling climate change. Trees associated to OCP could thus be recommended for large-scale reforestation programs

Chapitre 7. Stocks de carbone dans les éco- et agrosystèmes à Madagascar

Introduction La quantification du carbone organique des sols (COS) des différents agrosystèmes et écosystèmes naturels est essentielle afin de mieux orienter les stratégies d’adaptation et d’atténuation du changement climatique à différentes échelles : locale, nationale et internationale. Pour un écosystème donné, le COS peut être contenu dans différents compartiments : la biomasse aérienne, la litière, les bois morts, les racines et les sols. Les sols jusqu’à 1 m de profondeur sont reconnus ..

Carbone des sols en Afrique

Les sols sont une ressource essentielle à préserver pour la production d’aliments, de fibres, de biomasse, pour la filtration de l’eau, la préservation de la biodiversité et le stockage du carbone. En tant que réservoirs de carbone, les sols sont par ailleurs appelés à jouer un rôle primordial dans la lutte contre l’augmentation de la concentration de gaz à effet de serre. Ils sont ainsi au centre des objectifs de développement durable (ODD) des Nations unies, notamment les ODD 2 « Faim zéro », 13 « Lutte contre le changement climatique », 15 « Vie terrestre », 12 « Consommation et production responsables » ou encore 1 « Pas de pauvreté ». Cet ouvrage présente un état des lieux des sols africains dans toute leur diversité, mais au-delà, il documente les capacités de stockage de carbone selon les types de sols et leurs usages en Afrique. Il propose également des recommandations autour de l’acquisition et de l’interprétation des données, ainsi que des options pour préserver, voire augmenter les stocks de carbone dans les sols. Tous les chercheurs et acteurs du développement impliqués dans les recherches sur le rôle du carbone des sols sont concernés par cette synthèse collective. Fruit d’une collaboration entre chercheurs africains et européens, ce livre insiste sur la nécessité de prendre en compte la grande variété des contextes agricoles et forestiers africains pour améliorer nos connaissances sur les capacités de stockage de carbone des sols et lutter contre le changement climatique

Functional Diversity of the Litter-Associated Fungi from an Oxalate-Carbonate Pathway Ecosystem in Madagascar

The oxalate-carbonate pathway (OCP) is a biogeochemical process linking oxalate oxidation and carbonate precipitation. Currently, this pathway is described as a tripartite association involving oxalogenic plants, oxalogenic fungi, and oxalotrophic bacteria. While the OCP has recently received increasing interest given its potential for capturing carbon in soils, there are still many unknowns, especially regarding the taxonomic and functional diversity of the fungi involved in this pathway. To fill this gap, we described an active OCP site in Madagascar, under the influence of the oxalogenic tree Tamarindus indica, and isolated, identified, and characterized 50 fungal strains from the leaf litter. The fungal diversity encompassed three phyla, namely Mucoromycota, Ascomycota, and Basidiomycota, and 23 genera. Using various media, we further investigated their functional potential. Most of the fungal strains produced siderophores and presented proteolytic activities. The majority were also able to decompose cellulose and xylan, but only a few were able to solubilize inorganic phosphate. Regarding oxalate metabolism, several strains were able to produce calcium oxalate crystals while others decomposed calcium oxalate. These results challenge the current view of the OCP by indicating that fungi are both oxalate producers and degraders. Moreover, they strengthen the importance of the role of fungi in C, N, Ca, and Fe cycles