Interactions plantes-minéraux argileux dans une perspective écologique

Abstract

Les minéraux argileux sont des acteurs clés dans le fonctionnement des sols et des écosystèmes. Mon travail de thèse étudie leurs modifications liées à l activité du couvert végétal. J ai focalisé mon travail sur deux types de modifications : les modifications à court terme de l occupation des sites interfoliaires des minéraux argileux 2/1 en lien avec le cycle du potassium (K), et les modifications à plus long terme de la structure même des feuillets d argiles dans le sol de surface entraînées par les apports en silice (Si) et en potassium par la végétation. La première partie de mon travail a permis d établir que les minéraux argileux 2/1 se comportent comme un réservoir à K : un apport de K (pluviolessivats, minéralisation de la litière, fertilisation) provoque la formation de feuillets fermés à 1 nm par une couche d ions K anhydres, inversement les racines des plantes peuvent prélever ces ions K anhydres et provoquer l ouverture des feuillets. Le remplissage et la vidange de ce réservoir peuvent être suivis qualitativement et même quantitativement par diffraction aux rayons X.Dans la seconde partie de ma thèse, j ai établi que certains profils présentent une augmentation de K et de Si vers la surface. Le paradoxe que constitue la plus forte teneur de ces éléments mobiles en surface s explique par leur translocation par les plantes. La modélisation de ce phénomène a révélé que l action des plantes peut contrebalancer la perte en Si et K par lessivage et par conséquent stabiliser les phases argileuses riches en Si et K.Mon travail de thèse suggère donc que les plantes utilisent et entretiennent le réservoir à K constitué par les minéraux argileux 2/1 des sols.Clay minerals are key components for soil and ecosystem functioning. My PhD work centred on the modifications related to plant activity. My work focused on two types of modifications: short term modifications of interlayer site occupations related to potassium (K) dynamics, and longer term modifications of the clay sheet structure in the surface soil influenced by K and Si inputs by plants.The first part of my work established that 2/1 clay minerals behave as a K reservoir in soils: K inputs (throughfall, litter mineralization, fertilization) lead to the formation of closed layers collapsed to 1 nm by anhydrous K ions, conversely roots may take up these anhydrous K ions which leads to clay layer opening . The filling or emptying of this K reservoir can be qualitatively and quantitatively studied through X-ray diffraction. In the second part, I showed that some soil profiles exhibit an increase of Si and K contents near the surface. This paradoxical distribution of mobile elements Si and K is explained by their translocation by plants. A model based on this phenomenon revealed that plant translocation can balance element loss through lixiviation and stabilize Si-rich and K-rich clay minerals in the surface soil horizon. My work suggests that plants use and stabilize the soil K reservoir composed of the 2/1 clay minerals.PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF