Impacts de la qualité et quantité des résidus de culture sur la structure et le fonctionnement des communautés du sol. Application aux systèmes de grandes cultures du Nord-Est de la France

Crop residues quantity and quality impacts on soil communities’structure and functioning. Application to the arable crops from Northeastern France

• Auteur / Autrice : Marie Sauvadet
• Direction : Isabelle Bertrand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des populations et écologie
• Date : Soutenance le 05/02/2016
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Fractionnement des Agro-Ressources et Environnement (FARE) - INRA UMR A 614 (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Caroline Rémond
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Bertrand, Matthieu Chauvat, Mickaël Hedde, Stephan Hättenschwiler, Sébastien Fontaine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claude Plassard, Michaël Aubert

Mots clés

Mots clés contrôlés

France (nord-est)

Sols -- Microbiologie

Litière forestière

Biodégradation

Sols

Mots clés libres

Carbone

Azote

Décomposition des litières

Enzymes

Microorganismes du sol

Faune du sol

Carbon

Nitrogen

Litter decomposition

Enzymes

Soil microorganisms

Soil fauna

Résumé

La décomposition des résidus de culture est un processus essentiel en sols de grandes cultures car elle représente la principale source carbone (C) exogène de ces systèmes. Bien que la dégradation des végétaux de diverses quantités et qualités soit bien connue, ses conséquences sur les communautés du sol et sur les fonctions qui en découlent sont moins maîtrisées. Pour mieux comprendre ces effets, nous avons suivi à des étapes clés de la décomposition l’évolution de composantes majeures de la diversité du sol (micro-organismes, nématodes, microarthropodes et macrofaune) en lien avec les principaux flux de C, d’azote (N) et les activités enzymatiques associées pour différentes quantités et qualités de litières. Les expériences ont été menées à différentes échelles spatiales et temporelles (champ, mésocosme et microcosme).La quantité et qualité de litières ont des effets distincts sur les communautés du sol. La quantité de litière impacte les détritivores, et la qualité de litière affecte plus généralement les principaux groupes fonctionnels. La litière labile affecte plus la voie bactérienne et les macro-détritivores en début de décomposition, et la litière récalcitrante la voie fongique et les méso-détritivores en fin de décomposition. Ces évolutions sont reflétées par les dynamiques enzymatiques. Plus spécifiquement, la régulation top-down de la faune (manipulations de L.terrestris et de nématodes) a montré de forts impacts sur les enzymes. De manière similaire, la composition initiale du micro-réseau trophique du sol a fortement conditionné les dynamiques enzymatiques. Au contraire, la minéralisation du C de la litière demeure principalement dictée par sa qualité initiale. Cette thèse démontre l'importance de la gestion des litières sur les fonctions biologiques des sols agricoles. Faire varier la qualité et quantité des litières apparaît comme un levier pour moduler la santé des sols et certains services écosystémiques à long terme.

Crop residues decomposition is an essential process in cultivated lands since it constitutes the main source of organic matter in these systems. Although the underlying mechanisms of residues degradation of varying qualities and quantities are well-known, their consequences on soil biota and the related functions are less understood. To better understand this process, we chose to follow at key steps of decomposition the evolution of major components of soil diversity (microorganisms, nematodes, micro-arthropods and macrofauna), the evolution of litter quality, the main carbon (C) and nitrogen (N) fluxes and enzyme activities associated, for different quantities and qualities of litter added. The experiments were set up at different spatial and temporal scales (field, mesocosm and microcosm experiments) in function of our objectives.Litter quantity and quality have distinct effects on soil biota. Litter quantity influences the detritivores, and litter quality influences more generally the main functional groups. Labile litter impacts more the bacterial energy channel and the macrodetritivores at the first stages of decomposition, and recalcitrant litter impacts more the fungal energy channel and the mesodetritivores at the latter stage of decomposition. These evolutions are mirrored by the enzymatic dynamics. More specifically, fauna top-down regulations (L.terrestris and nematodes manipulations) exhibit high effects on soil enzymes. Similarly, soil micro-food web initial composition drives enzymatic dynamics. Contrastingly, litter C mineralization depends mainly on its initial quality. This PhD shows the importance of litter management on the biological functions of cultivated soils. Varying litter quality and quantity appear as a mean to influence soil health and some ecosystem services on the long term.