Balandreau, J. Rinaudo, Gérard

Dommergues, Yvon

Weinhard, P.

Horizon / Pleins textes

Rev. li?col. Biol. Sol, 1971, T. V I I I ,  3, p p ,  367 Ci 373. 
Fixation non symbiotique de l’azote 
dans la rhizosphère de quelques non-légumineuses tropicales 
PAR 
WEINHARD (Pierrette), BALANDREAU (J.), RINAUDO (G.), 
DOMMERGUES (Y.) ’ (1) 
Centre de Pédologie d u  C.N.R.S., Validœuvre-lès-Naizcy, France 
et Off ice  de Ia Reclzerclze Scientifique et Teclziziqtle Outre-Mer, Dakar, Se‘négal 
I. - INTRODUCTION 
Se fondant d’une part sur des observaìions de nature agronomique 
(notamment absence de réponse de certaines graminées à la fertilisation 
azotée), d’autre part sur l’existence d’associations relativement étroites entre 
les racines de certaines plantes (canne à sucre, Paspalum sp.) et des micro- 
organismes fixateurs d’azote non symbiotiques (Beijerinckia sp., Azotobacter 
paspali), D~BEREINER (1968) a émis l’hypothèse que la fixation d’azote pouvait 
être relativement élevée dans la rhizosphère d’espèces tropicales. Par contre, 
d’autres auteurs, dont MISHUSTIN et SHILNIKOVA (1969), considèrent que cette 
fixation est a priori négligeable, tout au moins en ce qui concerne Azoto- 
bacter ; en effet, si l’on admet (1) que l’exsudation racinaire est de l’ordre de 
250 kg de matière sèche/ha/an et que les Azotobacter en utilisent le dixième, 
soit 25 kg, (2) que le rendement de fixation est de l’ordre de 1’0-1,5 %, la 
fixation d’azote serait seulement de 0,25-0,37 kg/ha/an, ce qui est insignifiant. 
Mais les données - d’ailleurs incertaines - servant de base au calcul de 
MISHUSTIN concernent des systèmes tempérés ; elles ne sont pas obligatoire- 
ment applicables à des systèmes tropicaux, de sorte qu’elles n’infirment nul- 
lement l’hypothèse de D~BEREINER. 
Pour vérifier cette hypothèse, nous avons cherché à déterminer au labo- 
ratoire l’activité fixatrice d’azote dans la rhizosphère de quelques plantes tro- 
picales, en utilisant la méthode de réduction de l’acétylène en éthylène. Cette 
I 
* Reçu le 11-V-71, 
(1) Avec la collaboration technique de M, BOUREAU, O.R.S.T,O.Mq, Dakar. 
~~ 
368 WEINHARD (P.), BALANDREAU (J.), RINAUDO (G.), DOMMERGUES (Y.) 
méthode, qui est de plus en plus utilisée pour estimer la fixation de l'azote 
dans différents types de systèmes biologiques, est parfaitement adaptée à 
l'étude de la rhizosphère tout au moins celle du riz, ainsi que nous l'avons 
vérifié récemment (RINAUDO et DOMMERGUES, 1971). 
II. - MATÉRXEL ET METHODES 
Les plantes testées ont été le riz (variété IR 81, deux graminées fréquem- 
ment utilisées en milieu tropical (Eletisiize coracana et Paspalutn virgattarz) et 
une cypéracée (Cyperus zollingeri) provenant d'une savane ouest-africaine 
(Lamto), choisie en raison de la facilité avec laquelle elle se développe au 
laboratoire. 
Ces plantes ont été cultivées, soit à partir de graines (riz, E. coracana), 
soit à partir d'éclats de souche (P. virgattmz, C. zollingeri), dans des tubes 
à essai en verre de 12 x 120 mm (riz) (RINAUDO, 1970) ou des boîtes paralléli- 
pipédiques en chlorure de polyvinyle transparent de 50 x 15 x 100 mm (autres 
plantes) (DOMMERGUES et al., 1969), les racines étant protégées de la lumière 
par un écran opaque. Pendant toute la durée des expériences, on a maintenu 
les conditions suivantes : 
- intensité lumineuse : 30 O00 Lux ; photopériode 16 h. d'illumination ; 
- température : 28 -I 20 C : 
- humidité atmosphérique 70 à 90 % ; 
- sol engorgé pour toutes les plantes sauf Eletisiiie coracana pour 
Ces conditions correspondent sensiblement à celles qui règnent in sitzt, 
à l'exception de la photopériode qui y est plus courte et de l'humidité du sol 
qui n'y atteint pratiquement jamais l'engorgement pour P. virgntunz. 
La première expérience a porté sur le riz cultivé sur trois sols ferralli- 
tiques alluviaux de Côte d'Ivoire (RINAUDO, 1970). La deuxième expérience a 
porté sur E. corncana cultivé d'une part sur le sol ferrugineux tropical de 
Lamto, Côte d'Ivoire (DELMAS, 1967), d'autre part sur le sol tropical non lessivé 
de Bambey, Sénégal (BONFILS et FAURE, 1956). La troisième expérience a porté 
sur P. virgatztm cultivé sur sol ferrallitique de Nanisana, hauts plateaux de 
Madagascar (CELTON et al. 1966). La quatrième expérience a porté sur C. 
zollingeri cultivé sur le sol ferrugineux tropical de Lamto. 
On a déterminé l'activité nitrogénasique des deux systèmes suivants 
(1) SOZS rhizosphériqttes, c'est-à-dire sols avec plantes (système sol + plante 
entière), (2) sols non rhizosphériqties, c'est-à-dire sols sans plante placés dans 
la chambre climatique dans les mêmes conditions que les sols avec plante 
(système sol sans plante). Le fest de réduction de l'acétylène en éthylène a 
consisté B placer l'un ou l'autre système dans un flacon, maintenu à l'obscurité, 
rempli d'un mélange gazeux (Ar  : 90 ; C2H2 : 10) et à doser, au bout de 7 h., 
24 h., 30 h. environ, la quantité d'éthylène provenant de la réduction de 
l'acétylène par la nitrogénase présente. Soit R la quantité d'éthylène trouvée 
la nième heure dans le sol rhizosphérique et S la quantité d'éthylène 
laquelle l'humidité a été voisine de la capacité au champ. 
FIXATION NON SYMBIOTIQUE DE L‘AZOTE 369 
trouvée B la nième heure dans le sol non rhizosphérique, l’effet rhizosphère 
est représenté par la différence A = R - S .  A partir des valeurs de A obtenues 
après 7, 24 et 30 h., on a tracé, pour chaque échantillon, la courbe de produc- 
tion de l’éthylène en fonction du temps, ce qui a permis de calculer la vitesse 
maximale de production d’éthylène. On a admis que cette vitesse maximale 
mesurait l’activité nitrogénasique due à l’effet rhizosphère. I1 est à noter que 
dans tous les cas, l’activité nitrogénasique dans le sol non rhizosphérique a 
toujours été très faible par rapport à l’activité dans le sol rhizosphérique. 
L‘activité nitrogénasique due à l’effet rhizosphère a été exprimée en fonction 
du poids sec de racines et non en fonction du poids de sol. 
Expérience 
no 
III. - RÉSULTATS 
-- 
Espèce 
Dans certaines expériences, l’activité nitrogknasique peut présenter une 
variabilité considérable ; c’est ainsi que, dans le cas de l‘expérience 3, l’acti- 
vité varie de 4 à 4 030 nmoles/h/g de racines sèches. Cette variabilité semble 
3 
4 
TABLEAU I 
Activité nitrogénasique de rhizospheres de graminées et d’une cypéracée tropicales 
Paspal uin 
virgaturit 
Cypertis 
zollingeri 
I Plante 
Age (jours) 
ou stade 
végétatif 
14 
35 
14 
35 
14 
35 
24 
phase de 
floraison 
croissance 
floraison 
Sol 
~ 
alluvial ferrallitique, 
Dabou 
id.  
alluvial ferrallitique, 
‘Ab engourou 
id. 
alluvial f errallitique, 
Yamoussokro 
id. 
ferrugineux tropical, 
Lamto 
ferrugineux tropical, 
Bambey 
ferrallitique, Nanisana 
id. 
ferrugineux tropical, 
Lamto 
Activite nitrogena- 
sique exprimée en 
nmoles C,H,/h/g 
racine (poids sec) 
2360 * 113 
1800 * 274 
1040 -+: 162 
1190 * 140 
2290 t 326 
1430 2 205 
374 +- 165 
1,3 -+ 0,5 
528 -+ 48 
1032 3. 1018 
162 * 47 
370 WEINHARD (P.), BALANDREAU (J.), RINAUDO (G.), DOMMERGUES (Y.) 
en général être d’autant plus importante que les plantes sont plus âgées ; des 
expériences effectuées par ailleurs montrent en outre que l’activité nitrogéna- 
sique semble varier davantage chez certaines espèces (maïs) que chez d’autres 
(riz) (BALANDREAU et al., 1971). Malgré cette variabilité, il est possible dès 
maintenant, de tirer du tableau I les conclusions suivantes : 
1) l’activité nitrogénasique dépend de l’espèce végétale considérée, donc 
de son aptitude à libérer des quantités plus ou moins importantes d’exsudats 
favorisant la microflore fixatrice d’azote, Le riz apparaît comme une espèce 
particulièrement favorable à ce point de vue ; 
2) l’activité nitrogénasique dépend étroitement du type de sol considéré. 
C’est ainsi que, dans le cas du riz, des différences significatives entre les 3 sols 
ont pu être mises en évidence. Le cas d’Eleusine coracaiza est encore plus frap- 
pant : l’activité nitrogénasique est environ 300 fois plus élevée dans le sol 
de Lamto que dans celui de Bambey, la seule différence importante entre les 
deux sols résidant dans une teneur en matière organique plus élevée dans le 
premier (C = 0,8 %) que dans le deuxième (C = 0,2 %). 
Comparativement aux résultats obtenus antérieurement dans notre labo- 
ratoire (HAUCKE-PACEWICZOWA et aZ., 1970) et aux résultats obtenus par 
D~BEREINER et al. (1971), les activités nitrogénasiques mesurées ici apparais- 
sent considérables non seulement dans le cas du riz, qui constitue un cas 
exceptionnel, mais aussi dans celui de graminées telles que Paspalurn virga- 
tzrm. Ainsi, dans le cas d’un Paspalurn (P. notatum var. batatais) cultivé au 
champ, D~BEREINER et  al. n’ont pas trouvé une activitk nitrogénasique supé- 
rieure à 128 nmoles C,H,/h/g de racines sèches, alors que nous atteignons des 
valeurs de l’ordre de 500 à 1000. Les fortes activités nitrogénasiques figurant 
au tableau I peuvent s’expliquer par l’intervention (1) de facteurs stimulant 
l’exsudation racinaire (intensité lumineuse élevée ; humidité de l’air élevée ; 
jeunesse des plantes) (2) de facteurs édaphiques particulièrement favorables 
2 l’activité fixatrice : engorgement, certaines propriétés physiques et chimi- 
ques encore mal définies, telles que la présence dans le sol de certains compo- 
sés organiques. 
On pourrait penser que ces chiffres d’activité élevés sont dus à la 
pollution des sols par des algues ; il semble que cette hypothèse doive être 
écartée, car les échantillons de sol seul (sol non rhizosphérique), qui ont été 
exposés à la lumière comme les échantillons comportant les plantes, ne pré- 
sentaient aucune activité nitrogénasique ; il est peu probable que les algues 
aient pu être stimulées par les plantes dans le cas du sol rhizosphérique. 
11 est impossible d’extrapoler au champ les résultats obtenus au labora- 
toire pour deux raisons majeures : l )  les conditions de culture adoptées au 
laboratoire simulent très imparfaitement les conditions régnant effectivement 
in situ ; 2) on ne connaît pas le poids à l’hectare de racines actives sur le plan 
de l’exsudation, ce poids ne représentant, semble-t-il, qu’une faible fraction 
du poids total de racines. Seules des mesures in situ pourront apporter des 
Cclaircissements dans ce domaine. 
Quoi qu’il en soit, il nous a semblé intéressant de comparer l’activité 
nitrogénasique des c systèmes fixateurs non symbiotiques que constituent les 
rhizosphères de graminées )) avec l’activité correspondante de systèmes fixa- 
FIXATION NON SYMBIOTIQUE DE L'AZOTE 371 
teurs mieux connus que sont les (( systèmes fixateurs symbiotiques des l é s -  
mineuses et des non-légumineuses )>. Pour faciliter cette comparaison, nous 
avons regroupé sur le tableau II les données concernant les activités nitro- 
génasiques des deux types de systèmes, les chiffres étant exprimés en fonc- 
tion des poids secs de racines ou de nodules. Ce tableau montre clairement 
que le système fixateur non symbiotique de la rhizosphère se classe nette- 
ment en dessous des systèmes fixateurs symbiotiques. Mais étant donné que, 
pour une même surface de sol, le poids de racines graminéennes capables 
d'héberger une activité nitrogénasique notable serait, dans certaines conditions 
tout au moins (engorgement, forte luminosité notamment), beaucoup plus 
élevée que le poids de nodules de légumineuses, on peut penser que la fixation 
non symbiotique pourrait alors être du même ordre de grandeur que la 
fixation symbiotique. 
TABLEAU II 
Activité nitrogénasique dans des systèmes non symbiotiques (rhizosphères de graminées) 
et dans des systèmes symbiotiques (nodules de légumineuses et de non-légumineuses) 
. 
20000 - 80000 
60000 - 80000 
Systèmes 
non-symbioti- 
ques 
fixateurs d'azote 
HARDY et al., 1968 
D~BEREINER et al., 
1971 Systèmes 
symbiotiques 
fixateurs d'azote 
(souches eff ecti- 
ves) 
Espèce 
Riz 
Eleusine coracana 
Paspaltint virgattinz 
Paspalurn izotatum 
Soja hispida 
Pisuin sativuiiz 
Trif oliuiiz prateizse 
Medicago sativa 
Myrica gale 
Alnus glutinosa 
lctivité nitrogénasi- 
que exprimée en 
nmoles C2H4/li/g 
racines sèches 
ou nodules secs 
Réf érences 
1040 - 2 360 
1 - 374 ( j Présente note 
528 - 1032 
1 - 128 1 DÖB~WIER et al., 
* Pour transformer les données de la littérature exprimées en fonction des poids frais de nodules 
en données exprimées en fonction des poids secs ; on a admis que le rapport <( matière sèche : matibre 
fraîche s est en moyenne de 0,25. 
RÉSUMÉ 
L'activité nitrogénasique dans la rhizosphère de quelques nonlégumineuses 
tropicales cultivées au laboratoire dans des conditions simulant l'environnement 
tropical, a été déterminée par la méthode de réduction de l'acétylène en éthy- 
lène. L'activité nitrogénasique dépend de l'espèce végétale considérée : elle est 
372 WEINHARD (P.), BALANDREAU (J.), RINAUDO (G.), DOMMERGUES (Y.) 
très élevée dans le cas du riz cultivé sur des sols alluviaux ferrallitiques (1 040 - 2 360 
nmoles C2H,/h/g racines sèches) ; elle est, par contre, faible dans le cas d'EZeusine 
coracana cultivé sur sol ferrugineux tropical (1,3 nmole C2H4/h/g racines sèches). 
L'activité nitrogénasique dépend aussi étroitement du type de sol : ainsi, pour 
une même espèce (E. coracana), elle est 300 fois plus élevée dans un sol que dans 
l'autre. 
L'activité nitrogénasique des systèmes fixateurs d'azote symbiotiques (nodu- 
les de légumineuses et de non-légumineuses) est grosso modo 100 fois plus élevée 
que l'activité nitrogénasique des systèmes fixateurs non symbiotiques (micro- 
organismes fixateurs libres des rhizosphères). Mais étant donné que la bio- 
masse des premiers systèmes par unit6 de surface de sol est beaucoup plus faible 
que la biomasse des derniers systèmes, on peut admettre que la fixation non 
symbiotique d'azote dans les rhizosphères joue un rôle significatif, notamment 
dans les environnements tropicaux. 
SUMMARY 
Nitrogenase activity in the rhizosphere of some tropical non-legumes grown 
in laboratory under conditions simulating the tropical environment, has been 
measured by the acetylene reduction method. Nitrogenase activity depended on 
the pIant species: it was high in the case of rice growing on ferrallitic alluvial 
soils (1,040-2,360 nmole C,H,/h/g dry root); it was low in the case of 
Eleusiize coracana growing in a ferruginous tropical soil (1.3 nmole CzH4/h/g 
dry root). Nitrogenase activity was also shown to be strictly dependent on the 
soil type: thus for the same species (E. coracana), it was 300-fold higher in one 
soil than in the other. 
Nitrogenase activity of symbiotic nitrogen fixing systems (namely nodules of 
legumes and non-legumes) was roughly 100 times as great as nitrogenase activity 
of non symbiotic fixing systems (namely free nitrogen fixing microorganisms in 
the rhizospheres). But being given that the biomass of the former systems per 
surface unit of soil is much lower than the biomass of the later, one may assume 
the significance of non symbiotic nitrogen fixation in the rhizospheres, specially 
in tropical environments. 
REFERENCES 
8 BALANDREAU (J.) WEINHARD (P.), RINAUDO (G.), DOMMERGUES (Y.), 1971. - Influence 
de l'éclairement de la plante sur la fixation non symbiotique d'azote dans la 
rhizosphère. CEcol. PI. (sous presse). 
BONFILS (P.), FAURE (J.), 1956. - Les sols de la région de Thiès. Annls Cent. Reck. 
J' agron. Bambey, 16: 5-92. 
O CELTON (J.), VELLY (J.), ROCHE (P.), 1966. - Fertilisation et redressement. Diagnostic 
foliaire des carences minérales sur les sols de cultures sèches à Madagascar. 
Doc. I.R.A.M. no 79, 37 p. 
DELMAS (J.), 1967. - Recherches écologiques dans la savane de Lamto (Côte- 
d'Ivoire) : premier aperçu sur les sols et leur valeur agronomique. La Terre 
et la vie, 21: 216248. 
D~BEREINER (J.), 1968. - Non-symbiotic nitrogen fixation in tropical soils. Pesq. 
agropec. bras., 3: 1-6. 
FIXATION NON SYMBIOTIQUE DE L'AZOTE 373 
D~BEREINER (J.)) DAY (J.), DART (P. J.), 1971. - (Communication personnelle). 
DOMMERGUES (Y.), COMBREMONT (R.), BECK (G.), OLLAT (C.), 1969. - Note préli- 
minaire concernant la sulfato-réduction rhizosphérique dans un sol salin 
HARDY (R.W.F.), HOLSTEN (R.D.), JACKSON (E.K.), BURNS (R.C.), 1968. - The ace- 
tylene-ethylene assay for N1 fixation : laboratory and field evaluation. Pl. Phy- 
siol., 43: 1185-1207. 
HAUCKE-PAC~WICZOWA (T.), BALANDREAU (J.), DOMMERGUES (Y.), 1970. - Fixation 
microbienne de l'azote dans un sol salin tunisien. Soil. BioZ. Bioclzem., 2: 
47-53. 
MISHUSTIN (E. N.), SHILNIKOVA ( . K.), 1969. - L'assimilation biologique de l'azote 
atmosphérique. In Soil biology, UNESCO, Pans, 9: 65-124. 
RINAUDO (G.)) 1970. - Fixation biologique de l'azote dans trois types de sols de 
rizières de Côte-d'Ivoire. Thèse Doct. Ing., Fac. Sci. Montpellier. 
RINAUDO (G.), DOMMERGUES (Y.), 1971. - Validité de l'estimation de Ia fixation 
biologique de l'azote dans la rhizosphère par la méthode de réduction de 
Sacétylène. Annls Inst. Pasteur, Paris, 121, 93-99. 
RINAUDO (G.), BALANDREAU (J.), DOMMERGUES (Y.), 1971 - Algal and bacterial non- 
f i  symbiotic nitrogen fixation in paddy soils. PI. Soil (sous presse). 
SCHWINGHAMER ( . A.), EVANS (H. J.), DAWSON (M. D.), 1970. - Evaluation of effecti- 
veness in mutant strains of rhizobium by acetylene reduction relative to 
other criteria of N, fixation. PI. Soil, 33: 192-212. 
WHEELER (C.T.), 1969. - The diurnal fluctuations in nitrogen fixation in the 
nodules of Alnus glutinosa and Myrica gale. New Phytol., 68: 675-682. 
js tunisien. Rev. &OZ. Biol. Sol, 6:  115-129. 
, 
/ 


Fixation non symbiotique de l'azote dans la rhizosphère de quelques non-Légumineuses tropicales

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