1 introduction à lécologie des sols ird, umr 137 s. barot
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Introduction à l’écologiedes sols
IRD, UMR 137 S. Barothttp://millsonia.free.fr/
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Donner des éléments permettant de comprendre l’intérêt de l’écologie des
solsFaire un catalogue rapide
des organismes et mécanismes intervenant
E des sols, Barot
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Plan
Pourquoi faire de l’écologie des sols?
Qu’est ce qu’un sol?
Quels sont les organismes du sol?
E des sols, Barot
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Pourquoi faire de l’écologie des sols?
E des sols, Barot
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Les sols sont le support de toutes la biosphère continentale
Ils supportent les plantes qui effectuent toute la production primaire terrestre, qui sert de base à tous les réseaux trophiques terrestre
Sols Plantes Herbivores Prédateurs
E des sols, Barot
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Les sols sont le support de toutes l’alimentation humaine
Il y a finalement peu d’agriculture hors sol!
E des sols, Barot
Les sols posent de nombreux problèmes quand à la durabilité de leur utilisation
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Une utilisation des sols trop intensive
La plupart des sols cultivables sont cultivés
E des sols, Barot
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Quels problèmes cela pose-t-il?
Une partie des systèmes de culture ne permet qu’une production faible +Problème pour les pays en voie de développement
E des sols, Barot
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Quels problèmes cela pose-t-il?
E des sols, Barot
Une partie des systèmes de culture permet une production élevée mais n’est probablement pas durable + Problème pour l’agriculture industrielle des pays développés
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Quels problèmes cela pose-t-il?
E des sols, Barot
On estime que 40 % des sols cultivés (cultures et prairies cultivées) sont dégradés (Lal 2007)
Érosion par l’eau Érosion par le vent Dégradation chimique Dégradation physique
Perte de matière organique (5 % de la MO totale des sols, bcp plus/MO sol cultivés)
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Quels problèmes cela pose-t-il?
E des sols, Barot
Perte de matière organique (5 % de la MO totale des sols)
La fixation industrielle d’azote minéral (engrais) est deux fois plus importante que la fixation par les plantes légumineuses + Pollution + Coup énergétique
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Rôle de l’écologie?
E des sols, Barot
Elle étudie les relations entre organismes et entre organismes et milieu physique Interactions entre le sol et les plantes Interactions entre les organismes du sol et les plantes
Effet des pratiques culturales sur ces interactionsInteractions entre le biologique et le physico-chimique
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Qu’est ce qu’un sol?Et particularités de l’écologie des sols…
E des sols, Barot
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E des sols, Barot
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Le sol est l’interface entre la lithosphère et la biosphère!!!
Qu’apporte le sol à la biosphère?
E des sols, Barot
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Support physique pour les plantes
Nutriments minéraux (Ca, Mg, P …)
E des sols, Barot
Réserve d’eau
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Formation du sol
E des sols, Barot
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Facteurs de formation du sol
Facteurs physiques Le climat: l’eau, l’alternance de gel et dégel… La dissolution de certains composants chimiques La transformation de certains composants chimiques
Facteurs biologiques Action physique des racines Apport de matière organique Changements chimique du sol (pH…)
E des sols, Barot
La roche mère
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Importance des facteurs biologiques
E des sols, Barot
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Formation des horizons
E des sols, Barot
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Description des horizons
E des sols, Barot
HumusEncore riche en matière organique,
horizon appauvri
Encore pauvre en matière organique, horizon d’accumulation
Horizon d’altération de la roche
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Facteurs de formation du sol
Lixiviation Entraînement d’ions et molécules en solution
Lessivage Entraînement de particules en profondeur
E des sols, Barot
Orientation verticale du sol La matière organique arrive par le haut
Piégeage/fixation des molécules/ions
Réactions chimiques
Bioturbation
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La texture
E des sols, Barot
La structure
Sable d>0.02 mm
Limon 0.02>d>0.002 mmArgile 0.002>d
50 m
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ImportanceDe la biologie!!!
E des sols, Barot
En outre rôle important des organismes ingénieurs!!!
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Rôle de l’eau
E des sols, Barot
3 phases!
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Particularité du milieu sol
Très grande variabilité temporelle
E des sols, Barot
Emboîtement des structures Hétérogénéité
Difficulté de déplacement pour les macroorganismes
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A-t-on toujours un sol?
Topographie permettant la stabilité du sol et de la couverture végétale
E des sols, Barot
Climat laissant pousser les plantes
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Particularité de l’écologie des sols
Interactions micro-macroorganismes
E des sols, Barot
Interactions très fortes Physique/chimie-biologie
Importance fondamentale de la relation sol-plante et belowground- aboveground
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Quels sont les organismes du sol?
E des sols, Barot
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Classification générale par taille
20 < <100 m Microfaune : Protistes et nématodes
E des sols, Barot
<20 m Microflore : Bactéries et champignons
100 m < <2 mmMésofaune : Microarthropodes et enchytréides
2 mm< Macrofaune : Termites, vers de terre, myriapodes, fourmis
Les racines !!!
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E des sols, Barot
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Les bactéries
E des sols, Barot
Des procaryotes
Eubactéries
Archées (bactéries extrémophiles, mais aussi du sol…)
Actinobactéries:bactéries filamenteuses(dont des bactéries symbiotiques fixatrices d’azote)
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Les bactéries
Mobilité extrêmement réduite
E des sols, Barot
Concept d’espèce difficile à utiliser à cause de la plasticité génétique
Organismes aquatiques
Dépendent de ressources (MO, nutriments minéraux) réparties d’une manière extrêmement hétérogènes
La plupart des bactéries du sol sont inactives (formes de résistance)
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Les bactéries
Métabolisme très varié Source d’énergie / source de carbone
E des sols, Barot
A l’origine de très nombreuses fonctions écologiques du sol
Photoautotrophe (comme les plantes)
Photohétérotrophe
Chimioautotrophe
Chimiohétérotrophe
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Les bactéries
Participent au recyclage des nutriments minéraux (azote, phosphore… ) Fixation symbiotique (Rhizobium) et non- symbiotique (Azotobacter) de l’azote Nitrification (chimiotrophe) Dénitrification
E des sols, Barot
Participent à la décomposition de la matière organique morte des sols: Pour se procurer du carbone et des nutriments minéraux
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Les champignons
Structure végétative filamenteuse : mycélium
E des sols, Barot
Eucaryote
Classification selon le mode de reproduction et selon la structure du mycélium (Zygomycète, Ascomycète,
Basidiomycètes, Deutéromycète)
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Les champignons
Participent à la décomposition de la matière organique morte
E des sols, Barot
Métabolisme : fondamentalement hétérotrophe pour le carbone et l’énergie
Capable de dégrader la lignine et les complexes phénol-protéine
FeuilleBois
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Les champignons
Le mycélium apporte des sels minéraux aux plantes
E des sols, Barot
Les symbioses mycorhisiennes
La plante apporte de la matière organique aux champignons
Ectomycorhises
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Les champignons
La structure filamenteuse leur confère une certaine ‘‘mobilité’’ (pour acquérir l’eau, les nutriments minéraux et la MO)
E des sols, Barot
Comparaison avec les bactéries
Translocation du protoplasme vivant vers les parties vivantes du mycélium
Pénètre ‘‘de force’’ à l’intérieur des cellules à décomposer
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Les nématodes
Classe de l’embranchement des némathelminthe
E des sols, Barot
Se déplacent dans l’espace poral rempli d’eau et à la surface des films d’eau sur les agrégats
Forme juvéniles dormantes et résistantes à la dessiccation + cryptobiose chez les adultes
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Les nématodes
Régime alimentaire très varié
E des sols, Barot
Bactérivores
Phytoparasites
Prédateurs (nématodes…)
Omnivores
Champignons
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Régime alimentaire très varié
E des sols, Barot
Lien structure-fonction très clair
C. Villenave
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Les nématodes phytoparasites
E des sols, Barot
Nématodes à kystes
Dégâts énormes sur les cultures
Des tonnes de nématicides
Nématodes à gales
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Les protozoaires
E des sols, Barot
Restent dans les pores en dehors des microagrégats
Dépendent de l’eau du sol (sinon enkystement)
Se nourrissent essentiellement de bactéries
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Les rotifères
Embranchement à part de métazoaires
E des sols, Barot
2 couronnes de cils permettant de filtrer l’eau pour manger des particules en suspension
Dépend de l’eau du sol
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Les collemboles Hexapodes aptères Ordre de la classe des Entognathes (≠Insectes)
E des sols, Barot
Vivent dans la litière ou l’espace poral de la surface du sol
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Les collemboles
E des sols, Barot
Se nourrissent de mycélium, bactéries, algues qui poussent eux-mêmes sur la litière en décomposition
Certains sont géophages et mangent directement la matière organique du sol
Certains mangent directement la litière
Participation importante à la décomposition de la MO du sol
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Les acarien du sol
E des sols, Barot
Microarthropode, ordre de la classe des arachnides
Vivent dans la litière et l’espace poral à la surface du sol
Oribate
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Les acarien du sol
E des sols, Barot
Certains se nourrissent directement de la litière Certains se nourrissent de bactéries, algues, champignons (comme le collemboles)
Certains sont prédateurs de microarthropodes et Enchytréides
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Autres microarthropodes
E des sols, Barot
Les diploures: hexapodes aptères. Ordre de la classe des Entognathes (saprophage et herbivores)
Thysanoure: hexapodes aptères. Ordre des Insectes
Les protoure: hexapodes aptères. Ordre de la classe des Entognathes (prédateurs et herbivores)
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Enchytréides
E des sols, Barot
Embranchement des Annélides, classe des Oligochètes Vivent dans la litière et dans l’horizon organique du sol
Mangent la litière, mycélium, fèces
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Les vers de terre
E des sols, Barot
Embranchement des Annélides, classe des Oligochètes
Généralement hermaphrodites, avec fertilisation croisée. Certains sont parthégnogénétiques
Production d’œufs enfermés dans des ‘‘cocons’’
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Les vers de terre
E des sols, Barot
Taille très variables (de un cm à plusieurs mètres)
Vivent dans tous les écosystèmes non désertiques
Probablement plus de 6000 espèces dont seulement la moitié a été décrite
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Les vers de terre
E des sols, Barot
5 groupes écologiques
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Les vers de terre
E des sols, Barot
Des ingénieurs des écosystèmes
Décomposition de la matière organique Structure du sol Infiltration de l’eau
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Les myriapodes (Sous-embranchement)
E des sols, Barot
Embranchement des arthropodes
Classe des Diplopodes
Structure du sol Infiltration de l’eau
Classe des Chilopodes
Iule: Consomme la litière ou le mycélium
Scolopendre: Prédateur
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Les Isopodes (Classe)
E des sols, Barot
Embranchement des arthropodes, Sous embranchement des Crustacés
Détritivore
Rôle dans la décomposition de la litière
Cloportes
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Les Insectes (Classe)
E des sols, Barot
Embranchement des arthropodes
Lépidoptère
Nombreuses larves
Coléoptère
Diptère
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Hyménoptères (ordre)
E des sols, Barot
Fourmis
Aspect ingénieur
Récolte de matière organique
Très grande diversité de régime alimentaire
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Isoptères (Ordre)
E des sols, Barot
Termites
Très nombreuses surtout dans les régions tropicales
Mode de vie social comme les fourmis Existence de différentes castes
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Termites
E des sols, Barot
Aspect ingénieur Galerie Placage Termitières Buttes Récolte d’argile
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E des sols, Barot
Termites Effet sur le recyclage de la MO Consomment essentiellement de la matière organique végétale morte
Termites humivores Termites lignivores
Termites récoltant des restes d’herbacées
Comment digérer la cellulose et la lignine?
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E des sols, Barot
Termites Assimilation de la MO Symbioses avec des protozoaires intestinaux (qui contiennent des bactéries!)
Termites champignonnistes
Recyclage des nutrimentsCréation de taches de fertilité
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E des sols, Barot
Quels autres organismes?Les racines!!!
Modifient l’environnement physico- chimique
Apporte de la MO (racines morte)
Apporte de petites molécules (déchets? énergie? signaux?)
Interactions avec la microflore, les protozoaires…
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Photos mystère
E des sols, Barot
Mycélium ‘‘attrape nématode’’Gloméris : diplopode
Collembole géant NZ Cannibalisme entre acariens