Réponse des communautés microbiennes du sol à l’intensification des modes d’usage urbains et ruraux à l’échelle d’un territoire

Response of soil microbial communities to urban and rural land use intensity at a territorial scale

• Auteur / Autrice : Amélie Guenot Christel
• Direction : Lionel Ranjard, Pierre-Alain Maron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des populations et écologie
• Date : Soutenance le 21/11/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Agroécologie (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Aurélie Rieu-Guigon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nolwenn Bougon, Eric Blanchart
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Françoise Binet, Thierry Lebeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biodiversité

Biodiversité urbaine

Écologie agricole

Écologie des sols

Écologie microbienne

Mots clés libres

Ecologie microbienne

Sol

Agroecologie

Microbial ecology

Soil

Agroecology

Résumé

Dans un contexte de transition agroécologique pour les écosystèmes ruraux et de retour de la nature en ville pour les écosystèmes urbains, une meilleure connaissance de l’écologie du sol est nécessaire pour développer des bras de leviers fondés sur la nature. Au sein de la biodiversité du sol, les microorganismes sont les plus abondants et diversifiés et ils sont indispensables à la régulation et la stabilité du fonctionnement du sol. Aujourd’hui, il est reconnu que les usages agricoles et urbains des sols peuvent entraîner des baisses significatives de la biodiversité microbienne et des fonctions qui en découlent. L’impact des grands modes d’usage des sols sur les communautés microbiennes a été bien étudié à l’échelle nationale et celui des pratiques agricoles à une échelle parcellaire. Toutefois, les études à des échelles territoriales permettant d’étudier l’impact des usages et des pratiques associées sur des situations réelles de terrain tout en intégrant une hétérogénéité environnementale et des enjeux socio-économiques, restent peu développées.Dans ce contexte, l’objectif de la thèse est d’identifier et de hiérarchiser les paramètres environnementaux et d’usage des sols qui régulent les communautés microbiennes à l’échelle d’un territoire. Cette thèse se positionne plus largement dans le cadre du projet de développement territorial « ProDij ~ Alimentation durable pour 2030 » qui porte sur l’aire urbaine de Dijon Métropole (3300 km²). En tout, 378 sols ont été échantillonnés sur ce territoire dont 78 en système urbain (Dijon et périphérie) et 300 en système rural (forêts, prairies, grandes cultures, vignes et maraîchages). L’ensemble de ces sols a été caractérisé d’un point de vue physico-chimiques et en termes d’abondance, de diversité, de composition et de réseaux d’interactions microbiens, grâce aux outils moléculaires basés sur l’extraction et l’analyse de l’ADN du sol.En système urbain, les communautés microbiennes sont démontrées sensibles aux différents modes d’usage (loisirs – voirie – agriculture urbaine), et plus précisément à la couverture végétale et à l’intensification des pratiques. En système rural, la réponse des communautés microbiennes, que ce soient en termes d’abondance et de diversité, est différente en fonction des grands modes d’usage mais aussi, au sein des sols agricoles, en fonction de l’intensification des pratiques (labour, rotation, fertilisation, réduction des pesticides…). In fine, ce travail de thèse représente les premières bases techniques et scientifiques pour définir un référentiel territorial de la qualité des sols afin de fournir aux politiques publiques des moyens de réflexion et d’action pour orienter la transformation du territoire dans un contexte d’alimentation durable.

Currently, the territories undergo profound changes through the agroecological transition and the development of a new model for urban spaces based on the « return of nature to cities ». Improving our knowledge in soil ecology is required to achieve this transition. A special attention has to be paid to soil microorganisms which represent a large part of the soil biodiversity and played pivotal role in stability and regulation of the soil functionning. Today, the loss of soil microbial diversity and functions due to the impact of agricultural or urban land uses was recognized. The influence of land use intensification on soil microbial communities has been demonstrated at global and plot scales. In contrast, the territorial scale, yet offering real situations with various but recurrent soil types and land uses, was poorly investigated.Here, our objective is to identify and rank soil physicochemical characteristics and land uses according to their contribution to the regulation of soil microbial communities at a territorial scale. The context of this thesis was the project « ProDij, Dijon alimentation durable durable 2030 » conducted on the urban area of Dijon, a territory centered around the city of Dijon (Burgundy, France) and represented an area of 3,300 km². We investigated 378 soils on the territory, 78 soils distributed across the city and 300 sites in the rural area (forest, grassland, cropland, vineyard and market gardening). At each site, microbial community abundance and diversity were analyzed using molecular tools based on soil DNA extraction and characterization, and biotic interactions were studied by calculating co-occurrence networks.In urban ecosystems, soil microbial communities’ parameters changed with urban land uses (leisure – traffic – urban agriculture), particularly as a function of the vegetal cover and the intensification of management practices. In rural ecosystems, microbial parameters exhibited different responses to soil management intensification, especially soil tillage and crop protection. Finally, our work gives the first technical and scientifical basis to implement a territorial referential of soil quality that can guide policy-making and program development towards the agroecological transition.