Caractérisation de flux entrant de matière organique dans les sols forestiers

Characterization of input flux of organic matter in forest soils

• Auteur / Autrice : Aminu Wada Fanda
• Direction : Stéphane Bazot, Laure Barthes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 21/04/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie, systématique et évolution (Orsay, Essonne ; 2002-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Bertrand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexia Stokes, Sébastien Barot, Erwan Personne, Yekin Ogunsanwo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexia Stokes, Sébastien Barot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microorganismes

Rhizosphère

Écologie des racines

Matière organique

Carbone

Sols forestiers

Mots clés libres

Biomasse racinaire

Écosystème forestier

Racine fine

Phénologie

Carottage séquentiel

Croissance interne

Microbes

Root biomass

Organic matter

Forest ecosystem

Fine root

Phenology

Sequential coring

Ingrowth

Microbes

Résumé

Les chercheurs accordent moins d'attention aux rôles et fonctions du compartiment souterrain de la forêt par rapport au compartiment aérien, malgré les rôles joués dans de nombreux services écosystémiques. Plus de 50% des apports provenant des arbres sont stockés dans le compartiment forestier souterrain. Des recherches sont nécessaires pour comprendre pleinement les rôles et la contribution, la diversité, l'activité et la façon dont la communauté microbienne du sol répond aux changements environnementaux. Les recherches ont été menées dans la forêt de chênes tempérés de Barbeau en France. L'objectif général de cette thèse est d'étudier la dynamique saisonnière et spatiale de la croissance des racines fines et des flux de rhizodéposition dans l'écosystème de la forêt tempérée. Nous nous sommes concentrés sur la biomasse et la croissance des racines fines. L'apport de matière organique par la racine à la rhizosphère (rhizodéposition) a ensuite été évaluée ainsi que l'abondance, la diversité saisonnière des microbes et leurs activités dans la rhizosphère. Les résultats concernant la biomasse et la production des racines fines montrent des effets significatifs importants de la saison et de la profondeur du sol. Néanmoins, la distance à l'arbre n'influence pas la biomasse racinaire. Les résultats indiquent que la biomasse racinaire est la plus élevée en été lorsque les feuilles sont totalement développées et que la production de l'écosystème forestier est la plus importante. L'horizon de surface de 0 à 15 cm est l'horizon qui contient le plus de racine fine. En ce qui concerne la libération de matière organique provenant des racines des arbres dans la rhizosphère, la rhizodéposition, nous avons choisi de l'évaluer via des proxys comme la concentration en carbone et en azote ou encore la biomasse microbienne. Les résultats indiquent un effet saisonnier avec un ratio C/N du sol rhizosphérique plus élevé au moment du débourrement et en été indiquant que la qualité de la MO est plus élevée à ces saisons. Quantitativement néanmoins la concentration en C est plus élevée en automne ce qui est probablement lié à l'apport de litière important au sol à cette saison non pas aux flux de rhizodéposition. Les résultats concernant la biomasse microbienne présentent les mêmes tendances. Comme pour les racines fines, il y a plus de C et d'N dans l'horizon de surface. La diversité microbienne en champignons, archées et bactéries montre un effet de la saison et de la profondeur sur leur abondance, tandis que la distance au tronc de l'arbre ne montre aucun impact sur les trois différents types de microorganismes. Pour les champignons, les bactéries et les archées, le nombre le plus élevé de copies d'ADN a été obtenu au débourrement et lors de la période de dormance. Les communautés microbiennes sont plus en abondante dans l'horizon de surface. Enfin, concernant l'activité catabolique du compartiment microbien, les résultats montrent que celle-ci est plus importante et plus diversifiée dans l'horizon de surface ce qui est en accord avec les résultats précédents montrant une biomasse de racine fine, une entrée de MO ainsi qu'une diversité microbienne plus important dans cet horizon. Pour conclure, les résultats mettent en évidence une variabilité spatiale liée à la profondeur aussi bien de la biomasse racinaire fine que de la diversité et l'activité du compartiment microbien. En revanche horizontalement pas de différences claires ne sont mise en évidence indiquant que le sol de l'écosystème forestier doit être considéré à l'échelle du peuplement et pas uniquement à l'échelle de l'arbre. Une variabilité saisonnière est observée montrant via des proxys que la composition des rhizodépots serait plus riche en azote au printemps et en été. Néanmoins du fait de la difficulté de distinguer rhizosphère et rhizodétritusphère en forêt il est difficile quantitativement d'estimer les flux de rhizodéposition via les proxys choisis.

Researchers pay less attention to the roles and functions of the underground forest compartment compared to the aboveground compartment, despite the roles played in many ecosystem services. More than 50% of inputs from trees are stored in the underground forest compartment. Research is needed to fully understand the roles and contribution, diversity, activity and how the soil microbial community responds to environmental changes. The research was carried out in the temperate oak forest of Barbeau in France. The general objective of this thesis is to study the seasonal and spatial dynamics of fine root growth and rhizodeposition fluxes in the temperate forest ecosystem. We focused on biomass and fine root growth. The contribution of organic matter by the root to the rhizosphere (rhizodeposition) was then evaluated as well as the abundance, seasonal diversity of microbes and their activities in the rhizosphere. The results concerning biomass and fine root production show significant effects of season and soil depth. However, the distance to the tree does not influence the root biomass. The results indicate that the root biomass is highest in summer when the leaves are fully developed and the production of the forest ecosystem is highest. The 0 to 15 cm surface horizon is the horizon that contains the most fine root. Regarding the release of organic matter from tree roots into the rhizosphere, rhizodeposition, we have chosen to evaluate it via proxies such as carbon and nitrogen concentration or even microbial biomass. The results indicate a seasonal effect with a higher rhizospheric soil C / N ratio at bud break and in summer indicating that OM quality is higher in these seasons. Quantitatively, however, the C concentration is higher in autumn, which is probably linked to the significant litter input to the soil during this season, not to rhizodeposition flows. The results for microbial biomass show the same trends. As with fine roots, there is more C and N in the surface horizon. Microbial diversity in fungi, archaea and bacteria shows an effect of season and depth on their abundance, while distance to the tree trunk shows no impact on the three different types of microorganisms. For fungi, bacteria and archaea, the highest number of DNA copies was obtained during bud break and during the dormant period. Microbial communities are more abundant in the surface horizon. Finally, concerning the catabolic activity of the microbial compartment, the results show that it is more important and more diversified in the surface horizon, which is in agreement with the previous results showing a fine root biomass, an entry of MO as well as a greater microbial diversity in this horizon. To conclude, the results highlight a spatial variability linked to the depth of both fine root biomass and the diversity and activity of the microbial compartment. On the other hand horizontally, no clear differences are highlighted indicating that the soil of the forest ecosystem should be considered at the stand scale and not only at the tree scale. Seasonal variability is observed, showing via proxies that the composition of rhizodepots is richer in nitrogen in spring and summer. However, due to the difficulty of distinguishing rhizosphere and rhizodetritusphere in forests, it is quantitatively difficult to estimate rhizodeposition flows via the chosen proxies.