Quantification de l'effet des racines d'arbres et des microorganismes associés sur l'altération des minéraux de sols forestiers (observations en forêt et expérimentations)

Abstract

L importance du processus d altération des minéraux pour la nutrition des arbres en sols forestiers acides est aujourd hui admise. En revanche, la contribution du facteur biologique dans ce processus reste inconnue. Dans ce contexte, en associant des études et des expérimentations en forêt à des expériences de laboratoire, notre travail a eu pour objectif de quantifier l effet de la rhizosphère d arbres forestiers (racines et micro-organismes associés) sur l altération des minéraux du sol. Nous avons mis en évidence une augmentation de l altération des minéraux (dissolution et transformation) dans la rhizosphère des arbres en forêt, suggérant un rôle important de ce compartiment dans la dynamique des éléments minéraux et dans l évolution des sols. Grâce à la caractérisation in vitro du potentiel d altération de souches microbiennes isolées de sol forestier global et d ectomycorhizes, nous avons pu montrer une structuration fonctionnelle des communautés bactériennes cultivables, qui suggère une sélection exercée par la symbiose ectomycorhizienne en faveur des souches améliorant la nutrition minérale. Par ailleurs, grâce à un dispositif de culture en colonne que nous avons développé, nous avons démontré lors de différentes interactions plante bactéries - champignons que racines et bactéries augmentent de manière significative la mobilisation de certains cations (Mg, K, Fe, Cs, Ni), via l altération d un minéral test. Ce processus biologique est affecté en présence d éléments toxiques comme l uranium. Au vu de l ensemble de nos résultats, notre travail permet de proposer l hypothèse que, dans les sols forestiers, la disponibilité en nutriments contrôlerait l altération biologique par son impact sur l activité des racines et des microorganismes associés. Ceci suggère une forte plasticité des écosystèmes forestiers dans le domaine de la nutrition, qui pourrait expliquer en partie la durabilité de ces écosystèmes.The impact of the mineral weathering process on tree nutrition in acidic forest soils is well known. However, the quantitative effect of different biological factors on this process remains to be clarified. In this context, the aim of the present work was to quantify the impact of the rhizosphere of forest trees (roots and associated microorganisms) on the weathering of soil minerals. In forest, we observed an increase of the weathering of minerals (dissolution and transformation) in the rhizosphere of trees, suggesting an important impact of the tree rhizosphere on the dynamics of minerals as well as on soil evolution. We characterized in vitro the weathering potential of microorganisms which were isolated in forest from bulk soil and ectomycorrhizas. We showed that the ectomycorrhizal symbiosis significantly structures the functional diversity of culturable bacterial communities and selects strains potentially beneficial to tree nutrition. We developed a column experiment to quantify the respective impact of plant, bacteria and fungi on the weathering process. We demonstrated that tree roots and bacteria significantly increase Mg, K, Fe, Cs, Ni mobilisation via the weathering of a reference mineral. This process is altered in the presence of toxic elements such as uranium. Considering the whole of our results, we can propose the following hypothesis: in forest soils, the nutrient bioavailability determines the mineral weathering due to its impact on the root and microorganism activity. This suggests an important plasticity of forest ecosystems towards nutrition, which could partly explain the sustainability of these ecosystems.NANCY1-SCD Sciences & Techniques (545782101) / SudocSudocFranceF