Participation des organismes ingénieurs à l'agrégation des sols : analyse des patrons et mise en évidence des interactions

Les organismes ingénieurs sont des acteurs majeurs de la macroagrégation, un processus indispensable à la production de services écosystémiques par les sols. L'ignorance de l'origine réelle des différents types d'agrégats trouvés dans les sols, de leurs transformations au cours du temps et de leurs positions dans la matrice du sol, empêche la description et la modélisation de la dynamique de la macroagrégation du sol et des processus associés. Nous avons montré que la spectroscopie dans le proche infra-rouge (NIRS) permet d’identifier l'origine des macroagrégats construits par différents ingénieurs écosystémiques, les vers de terre et les plantes, dans différents milieux. Nous avons retrouvé dans les signatures spectrales de macroagrégats, collectés en surface et dans un bloc de sol sur le terrain, les signatures de référence de structures biogéniques obtenues dans des conditions contrôlées en microcosmes au laboratoire. Des expériences complémentaires réalisées en serre ont permis d'étudier les interactions entre racines et vers de terre dans la production de macroagrégats. Les structures biogéniques produites en présence d’une espèce de plante et d’une espèce de ver de terre ont révélé des effets additifs des deux espèces dans leurs signatures spectrales montrant une interaction plutôt que la production de structures isolées spatialement. Une dernière étude réalisée en laboratoire a montré que les effets, causés par le vieillissement de turricules sur leurs teneurs en MO, sont suffisants pour affecter les signatures spectrales des turricules et ainsi permettent de dater l’âge d’apparition d’un turricule. Mes travaux de thèse proposent une nouvelle méthodologie pour analyser les origines des macroagrégats du sol, pour quantifier l'apport relatif des ingénieurs écosystémiques à l'agrégation du sol et pour évaluer la dynamique des macroagrégats dans la structure du sol

Vorhersage effektiver Makroporen durch Regenwurmabundanz und abiotische Umweltvariablen

Regenwürmer erzeugen Bioporen und erhöhen somit die Makroporosität von Böden. Dies kann zu präferenziellem Fließen führen und somit den vertikalen Wasser- und Stofftransport erhöhen. Das Vorkommen hydraulisch effektiver Bioporen variiert jedoch zeitlich und räumlich ebenso wie die Aktivität verschiedener Regenwurmarten. Das Ziel dieser im Rahmen der DFG Forschergruppe CAOS geförderten Studie war es, das Vorkommen effektiver Bioporen über die Abundanz relevanter Regenwurmarten und raumzeitliche Muster verschiedener abiotischer Umweltvariablen vorherzusagen. An sechs Standorten im luxemburgischen Wollefsbach-Einzugsgebiet wurden zu sechs Terminen innerhalb eines Jahres Infiltrationsversuche mit Brilliant Blue in fünffacher Wiederholung durchgeführt. In den Bodentiefen 3, 10 und 30 cm wurde die Anzahl der blau gefärbten, hydraulisch effektiven Bioporen bestimmt. Diese wurden in drei Größenklassen eingeteilt (Durchmesser: <2, 2–6, >6 mm). Zusätzlich wurden jeweils die Abundanzen aller gefundenen Regenwurmarten bestimmt. Mittels generalisierter linearer Modelle haben wir den Einfluss von Regenwurmabundanzen und verschiedenen abiotischen Umweltvariablen auf die Anzahl effektiver Bioporen untersucht. Die wichtigsten Variablen waren die Abundanzen von Lumbricus terrestris und Aporrectodea longa, Zeitreihen der Bodenfeuchte, der Luftfeuchte und des Niederschlags sowie die räumlichen Verteilungen der Landnutzung, der Hangneigung und des topographischen Feuchteindex. Die Eignung einzelner Variablen zur Vorhersage sowie die Güte der Modelle (erklärte Devianz: 5-50 %; Spearman Korrelation: 0,24-0,67) variierten erheblich zwischen den Bodentiefen und Größenklassen der vorhergesagten Bioporen. Die resultierenden Zeitreihen der Anzahl effektiver Bioporen und ihre räumlichen Verteilungen im Einzugsgebiet stellen eine wertvolle Basis für die Parametrisierung bodenhydrologischer Modelle dar. Darüber hinaus zeigen unsere Ergebnisse, wie wichtig die Berücksichtigung der zeitlichen Dynamik hydraulischer Konnektivität von Bioporen ist

A“Dirty” Footprint: Macroinvertebrate diversity in Amazonian Anthropic Soils

International audienceAmazonian rainforests, once thought to be pristine wilderness, are increasingly known to have been widely inhabited, modified, and managed prior to European arrival, by human populations with diverse cultural backgrounds. Amazonian Dark Earths (ADEs) are fertile soils found throughout the Amazon Basin, created by pre-Columbian societies with sedentary habits. Much is known about the chemistry of these soils, yet their zoology has been neglected. Hence, we characterized soil fertility, macroinvertebrate communities, and their activity at nine archeological sites in three Amazonian regions in ADEs and adjacent reference soils under native forest (young and old) and agricultural systems. We found 673 morphospecies and, despite similar richness in ADEs (385 spp.) and reference soils (399 spp.), we identified a tenacious pre-Columbian footprint, with 49% of morphospecies found exclusively in ADEs. Termite and total macroinvertebrate abundance were higher in reference soils, while soil fertility and macroinvertebrate activity were higher in the ADEs, and associated with larger earthworm quantities and biomass. We show that ADE habitats have a unique pool of species, but that modern land use of ADEs decreases their populations, diversity, and contributions to soil functioning. These findings support the idea that humans created and sustained high-fertility ecosystems that persist today, altering biodiversity patterns in Amazonia

A "dirty" footprint: macroinvertebrate diversity in Amazonian Anthropic Soils.

Amazonian rainforests, once thought to be pristine wilderness, are increasingly known to have been widely inhabited, modified, and managed prior to European arrival, by human populations with diverse cultural backgrounds. Amazonian Dark Earths (ADEs) are fertile soils found throughout the Amazon Basin, created by pre-Columbian societies with sedentary habits. Much is known about the chemistry of these soils, yet their zoology has been neglected. Hence, we characterized soil fertility, macroinvertebrate communities, and their activity at nine archeological sites in three Amazonian regions in ADEs and adjacent reference soils under native forest (young and old) and agricultural systems

Do earthworms and roots cooperate to build soil macroaggregates ? A microcosm experiment

Soil ecosystem engineers are major actors of soil macroaggregation, a process that drives the production of ecosystem services by soils. However, our inability to identify the origins of different types of macroaggregates found in soils is an obstacle to describing and modeling their dynamics and associated processes (C sequestration; hydraulic properties). This laboratory study investigated mechanisms of biological soil macroaggregation by two different earthworm species (Apporectodea caliginosa (Savigny) and Allolobophora chlorotica (Savigny) and two plant species (Trifolium pratense, Plantago lanceolata L), in isolation and in all possible combinations. Near infrared (NIR) spectral analysis significantly discriminated macroaggregates according to the organisms that created them since each organism produced macroaggregates with distinct NIR signals (p<0.001). The largest departure from the control signal was observed with T. pratense whereas earthworms and P. lanceolata specific signals were less contrasted. Macroaggregates formed in the presence of more than one ecosystem engineers had mixed signals showing that several actors had participated in their construction. This means that roots and earthworms did not produce macroaggregates in isolation and rather added their effects in building structures of mixed origins. Further studies based on the present methodology will tell us more on below ground behaviors of ecosystem engineers and their interactive building of soil habitats