Soutenance mémoire
Description des sols de départ
Ces trois sols présentent une texture argileuse, avec un contenu en argiles + limon fins supérieur à 60%. Le sol noir a une capacité de rétention en eau plus élevée que les deux autres. Il avait d’ailleurs une humidité supérieure au moment du prélèvement, suivi du sol rouge. Le sol jaune est le sol qui retient le moins d’eau avec une humidité de 9,65%. Pour l’état d’acidité du sol, le pH eau du sol rouge est le plus élevé parmi les trois avec un pH de 5,51 ±0,01, c’est un « sol fortement acide » alors que le sol jaune et noir sont des « sols très fortement acide ». La teneur en carbone (C) dans les sols étudiés varie de 18,85 ±0,71 à 34,51 ±1,71g C kg-1 de sol selon le type de sol. Le sol noir, qui a la teneur en carbone la plus importante, peut être caractérisé comme sol humifère. Le sol rouge contient le moins de carbone organique avec 18,85 g C kg-1 de sol, c’est un sol peu humifère. Le sol jaune est aussi un sol peu humifère avec une teneur intermédiaire. Concernant le phosphore P assimilable, le sol jaune présente la biodisponibilité la plus élevée avec 1,02±0,04 mg P.kg1 de sol sec suivi du sol noir. Le phosphore assimilable est corrélé positivement à la biomasse moléculaire du sol. Le sol rouge est très pauvre en phosphore avec une quantité de 0,44 mg P kg-1 ±0,03. Le taux de recouvrement lors de l’analyse de fractionnement granulométrique de la matière organique du sol FGMO était de 94,3% pour le noir, 91,9% pour le rouge et 90% pour le sol jaune. Les fractions grossières (F > 50 μm) sont formées de matières organiques reconnaissables dites figurées (résidus d’origine végétale non décomposés ou en cours de décomposition, parfois partiellement humifiés, débris racinaires…) alors que les fractions fines (F < 50 μm) contiennent une matière organique non reconnaissable liée aux limons et argiles qui inclut la matière organique humifiée ou en voie d’humification et une partie de la biomasse microbienne. Les résultats de fractionnement montrent que plus de 80% de la teneur en C du sol sont associés à la fraction fine F < 50 μm, cette teneur tend à diminuer ensuite en fonction de la taille des fractions et la fraction F>200 μm ne contient qu’une infime partie. (0,59 ±0,96 g C kg-1 de sol pour le sol noir, 0,06 ±0,002 g C kg-1pour le sol rouge et 0,08 ±0,01 g C kg-1 ). La fraction F:50- 200 μm contient une fraction non négligeable en C. Dans le sol rouge, la fraction FLE contient encore une concentration de carbone assez élevée par rapport aux deux autres sols. Cela laisse à dire que les MO du sol noir sont déjà humifiées et en voie de stabilisation alors que le sol rouge contient encore des MO jeunes. Le carbone organique mesuré sur le sol total apparaît principalement lié à la fraction fine (R2 = 0,99) de la MO alors qu’il est inversement corrélé à la fraction légère de la MO (R2= 0,99) (voir. annexe 8 a et b).
Biodisponibilité de N et P dans le sol noir
Les biodisponibilités des éléments N et P dans le sol noir sont présentées dans les figures 9 a et b. Dans le sol noir, la paille de riz engendre un delta-NH4 inférieur à celui du blé en T7 mais supérieur en T42. Inversement la paille de riz a généré un delta-P (1,62 ± 0,27 mg P. kg-1 sol sec) supérieur au blé en T7 et en T42. Après apport du glucose, la teneur en P dans le sol a baissé de 0,45 ± 0,17 mg P kg-1 sol sec par rapport au sol du microcosme contrôle en T7, mais en T42 une libération de P dans la solution du sol est constatée, ce qui correspond à une augmentation de la teneur en P par rapport au temps T7. Dans le sol noir, la biodisponibilité de P est significativement différente entre les deux temps d’analyses, de même entre les traitements (p-value < 0,0001) (Annexe 17).
Delta biomasse dans le sol jaune
Les pailles sont significativement supérieures en delta BM que le sucre (p-value= 0,002). Le delta-BM dans le sol amendé en paille de blé a augmenté de 2,124 ± 3,422µg ADN.g-1 de sol en T42 par rapport au T7. Dans le sol amendé en paille de riz, la population microbienne a diminué en T42. En dépit de ces variations de delta biomasse moléculaire, aucune différence significative n’est perçue que ce soit entre les traitements avec pailles comme entre les deux temps de l’incubation T7 et T42, en raison d’une forte variabilité entre les réplicats biologiques Pour le glucose, le delta-BM est passé de -3,99 ± 4,43 µg ADN.g-1 de sol (en T7) à -0,81 ± 2,27 µg ADN.g-1 de sol entre le T7 et le T42 mais cette variation n’est pas statistiquement significative. En T42, les trois substrats ne présentent pas de différence significative en delta BM (p-value=0,068) (Annexe 22 a et b).
Cas particulier du Glucose
Le glucose est un sucre simple de la famille des monosaccharides, sa formule chimique est de C6H12O6, il n’apporte pas d’autres éléments (nutriments). Dans le sol, il ne constitue qu’une source d’énergie pour les microorganismes. Vue cette structure simple, il ne passe plus par l’étape de dépolymérisation (Fontaine et al., 2003). Son entrée dans le sol ne déclenche donc pas les systèmes enzymatiques des microorganismes. Le PE généré par le glucose ne peut donc être qu’un PE direct par co-métabolisme. L’incorporation du carbone dans la biomasse provenant du sucre requiert des nutriments. D’après la littérature, les microorganismes du sol doivent encore se procurer des nutriments dissouts dans la solution du sol pour pouvoir utiliser les carbones frais apportés (Sterner et Elser, 2002; Hungate et al., 2003; Cleveland et Liptzin, 2007; Reed et al., 2011). Dans les trois sols étudiés, la minéralisation de ce substrat était significativement corrélée au NH4 de la solution du sol (r = 0,714) ainsi le N du NH4 semble être l’élément limitant pour la minéralisation du glucose. (Voir matrice de corrélation de Pearson des variables du glucose dans l’annexe 23). Dans ce cas, une compétition survient entre les opportunistes (microorganismes à stratégie r, c’est à dire croissance rapide) et les autres. Les opportunistes seront plus compétitifs pour les nutriments directement assimilables de la solution du sol, puisqu’ils sont capables de se développer rapidement, (Paul et Clark, 1989). Quand les nutriments contenus dans la solution du sol seront épuisés (NH4), ces r-stratèges meurent ou entrent en phase de dormance (Fontaine et al ,2003) puisqu’ils n’ont pas les capacités enzymatiques pour aller chercher le N dans les MOE (matière organique évoluée) riches en nutriments. Les microorganismes à croissance plus lente, K-stratèges, incluant les décomposeurs et les mineurs dans la terminologie de Moorhead et Sinsabaugh (2006), auront donc la possibilité d’utiliser le carbone labile restant comme source d’énergie pour aller chercher de l’azote dans la MOE par co-métabolisme. C’est ce qu’on appelle théorie de « N-mining », cette théorie a été déjà démontré dans les œuvres de certains auteurs (Moorhead et Sinsabaugh, 2006 ; Blagodatskaya et Kuzyakov 2008 ; Chen et al., 2014). Dans notre étude, alors que la minéralisation du glucose était corrélé au NH4, le PE résultant était corrélé positivement au phosphore disponible dans la solution du sol pour les trois sols (r = 0,794). De cette façon, le phosphore disponible est le facteur limitant pour le PE généré par ce substrat. Ceci signifie que les microorganismes doivent fixer du P disponible dans la solution du sol pour générer du PE direct. Ici la minéralisation du Glucose est très vite limitée par le N de la solution du sol et le PE lui est significativement négativement corrélé (r= -0,476). Plus la part de glucose qui va aux opportunistes est rapidement limité plus il en reste pour les autres. Ainsi, les opportunistes sont limitées au profit des décomposeurs ou des mineurs pour aller acquérir du N dans les MOS. Nos résultats corroborent ceux de Blagodatskaya et Kuzyakov (2008) et réaffirment donc la théorie de « N-mining ». L’ajout d’un substrat riche en énergie et ne contenant pas de N, entraine bien une stimulation des activités de décomposition des MOS pour accéder au N. Le glucose, ne contenant pas non plus de P, nous avions posé l’hypothèse qu’il pourrait générer du PE direct par « P-mining ». Cependant, le fait que l’intensité du PE soit limitée (corrélation positive) par le niveau de P dans les sols et qu’inversement le P remobilisé (Delta P) dans la phase soluble soit inversement corrélé à ce PE, montre apparemment que les microorganismes ont besoin de P inorganique facilement assimilable pour réaliser du « Nmining » et qu’ils vont donc le chercher dans la MOE du sol. Il est évident que les apports de glucose à l’état pur ne reflètent pas les conditions habituelles rencontrées dans l’environnement. Toutefois, nous avons décidé d’observer l’effet d’un substrat simple et uniquement carboné afin de nous aider à interpréter ensuite les données obtenues avec les pailles.
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Table des matières
1 INTRODUCTION
2 MATERIELS ET METHODES
2.1 Zone d’étude et matériels utilisés
2.1.1 Zone d’étude
2.1.2 Matériels utilisés
2.1.3 Caractérisation des substrats utilisés
2.2 Dispositif expérimental
2.3 Incubation des sols
2.4 Analyses effectuées
2.4.1 Mesure de l’humidité du sol
2.4.2 Détermination du point de saturation en eau du sol
2.4.3 Mesure pH eau
2.4.4 Granulométrie
2.4.5 Analyse par fractionnement granulométrique de la matière organique du sol
2.4.6 Mesure de la teneur en carbone organique
2.4.7 Mesure de la teneur en phosphore assimilable
2.4.8 Mesure de la teneur en azote minéral NH4
2.4.9 Biomasse moléculaire
2.4.10 Mesure d’émission de CO2
2.4.11 Détermination du priming effect
2.5 Analyse statistique
3 RESULTATS
3.1 Description des sols de départ
3.2 Cinétique de minéralisation des matières organiques
3.2.1 Minéralisation Basale
3.2.2 Minéralisation des substrats
3.3 Priming effect
3.3.1 Priming dans le sol noir
3.3.2 Priming dans le sol rouge
3.3.3 Priming dans le sol jaune
3.4 Biodisponibilités des nutriments : Delta nutriments
3.4.1 Biodisponibilité de N et P dans le sol noir
3.4.2 Biodisponibilité de N et P dans le sol rouge
3.4.3 Biodisponibilité de N et P dans le sol jaune
3.5 Biomasse moléculaire
3.5.1 Delta-BM dans le sol noir
3.5.2 Delta biomasse dans le sol rouge
3.5.3 Delta biomasse dans le sol jaune
4 DISCUSSION
4.1 Processus générateurs de PE
4.1.1 Processus générateurs du PE précoce
4.1.2 Processus générateurs du PE tardif
4.2 Déterminants des deux mécanismes générateurs de priming effect
4.2.1 La nature des substrats
4.2.2 Les propriétés physico-chimiques du sol
5 CONCLUSION
6 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
LISTE DES ANNEXES
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