Rôle des traits des espèces de vers de terre dans la régulation des cyclesbiogéochimiques dans les sols

Role of earthworm species traits in regulating biogeochemical cycling in soil

• Auteur / Autrice : Yacouba Zi
• Direction : Cornélia Rumpel, Marie-France Dignac
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Surfaces continentales
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 20/12/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de l'environnement d'Île-de-France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d’écologie et des sciences de l’environnement de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Christophe Lata
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cornélia Rumpel, Joann K. Whalen, Marie-France Dignac, Martin Jemo, Cécile Monard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joann K. Whalen, Cécile Monard

Mots clés

Mots clés libres

Vers de terre

Traits fonctionnels

Matière organique

Gaz à effet de serre

Cycles biogéochimiques

Earthworms

Functional traits

Organic matter

Greenhouse gases

Biogeochemical cycles

Résumé

Les vers de terre, en tant qu'ingénieurs des écosystèmes, jouent un rôle clé dans le fonctionnement des sols grâce à leur bioturbation et à la production de turricules, influençant directement les cycles biogéochimiques et les émissions de gaz à effet de serre (GES). Cependant, l'impact spécifique des différentes espèces sur ces processus reste débattu en raison de réponses contrastées, même au sein d'une même catégorie écologique. L'approche basée sur les traits fonctionnels, largement utilisée pour les plantes, reste encore peu explorée chez les vers de terre dans le contexte des processus biogéochimiques du sol. Cette étude donc pour objectif d'évaluer l'influence de diverses espèces de vers de terre, caractérisées par des traits distincts, sur la dynamique de la matière organique et les cycles biogéochimiques, en particulier les émissions de GES. Pour cela, neuf espèces de vers de terre, réparties en quatre catégories écologiques, ont été sélectionnées pour produire des turricules dans des microcosmes contenant deux types de sols contrastés et de la litière marquée, en conditions contrôlées. Vingt-et-un (21) traits morpho-anatomiques, physiologiques et comportementaux ont été mesurés pour chaque espèce. Les caractéristiques physico-chimiques des turricules, la répartition de leur matière organique dans déférents pools de stabilité variable, ainsi que leur signature isotopique ont été analysées. Parallèlement, les émissions de CO₂, N₂O et CH₄ ont été quantifiées, et l'abondance des groupes microbiens impliquées dans les cycles du carbone et de l'azote a été déterminée. Les résultats ont révélé que l'influence des espèces de vers de terre sur les processus biogéochimiques des turricules était nettement plus importante que celle des types de sols. Une forte variabilité interspécifique a également été observée, avec des valeurs particulièrement élevées de substrats organiques et d'émissions de CO₂, CH₄ et N₂O pour les espèces L. castaneus et L. terrestris. Grâce à des techniques de « machine learning », nous avons montré que l'impact des traits des vers de terre sur ces processus pouvait être prédit de manière précise à partir de seulement sept (7) traits d'effet : la surface buccale, la taille du jabot et du gésier, le mucus intestinal, la quantité de litière ingérée, la production de turricules et le rapport litière/turricule. Cette thèse ouvre de nouvelles perspectives de recherche fondées sur l'utilisation des traits fonctionnels pour mieux comprendre l'influence des vers de terre sur la dynamique de la matière organique. Mots clés : Vers de terre, Traits fonctionnels, Matière organique, Gaz à effet de serre, Cycles biogéochimiques.

Earthworms, as ecosystem engineers, play a key role in soil functioning through their bioturbation activity and castings, directly influencing biogeochemical cycles and greenhouse gas (GHG) emissions. However, the specific impact of various earthworm species on these processes remains debated due to contrasting responses, even within the same ecological category. The functional trait-based approach, widely used for plants, remains underexplored in earthworms in the context of soil biogeochemical processes. This study thus aims to assess the influence of a wide range of earthworm species, with distinct traits, on organic matter dynamics and biogeochemical cycles, particularly GHG emissions. To achieve these objectives, nine earthworm species, belonging to four ecological categories, were selected to produce casts in microcosms containing two contrasting soil types and labeled litter, under controlled conditions. Twenty-one (21) morpho-anatomical, physiological, and behavioral traits were measured for each species. The physico-chemical characteristics of the casts, the distribution of their organic matter in different stability pools, and their isotopic signature were analyzed. Additionally, CO₂, N₂O, and CH₄ emissions were quantified, and the abundance of microbial communities involved in carbon and nitrogen cycles was determined. Results revealed that the influence of earthworm species on biogeochemical processes in casts was significantly greater than that of soil types. A strong interspecific variability was also observed, with particularly high values of organic substrates and CO₂, CH₄, and N₂O emissions for L. castaneus and L. terrestris species. Using machine learning analyses, we demonstrated that the impact of earthworm traits on these processes could be accurately predicted from only seven (7) effect traits: mouth surface area, gizzard and crop size, intestinal mucus, litter ingested quantity, cast production, and the litter/cast ratio. This thesis opens up new research avenues based on the use of functional traits to better understand earthworms influence on organic matter dynamics. Keywords: Earthworms, Functional traits, Organic matter, Greenhouse gases, Biogeochemical cycles.