TD-S6-2016 - Moodle ENSAT

Fertilité et vers de terre
TD – S6 Sol-plante
Benjamin PEY
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Partie I
Effets des vers sur la
fertilité chimique
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Questions sur la fertilité chimique
A l’aide des documents suivants et à la lecture de la partie 7 du document annexe (vocabulaire en dernière page de ce document, pas de l’annexe), répondez aux
questions suivantes :
1.
2.
3.
4.
Les vers de terre consomment du sol pour y trouver la matière organique essentielle à leur survie. Les turricules et parois des galeries qui en
résultent provoquent-ils des changements chimiques de C et N du sol ? Si oui, décrire quels sont ces changements, modifications de stocks et/ou de
flux ?
Expliciter les mécanismes d’effets des vers de terre sur la transformation de la matière organique (MO) par l’intermédiaire des microorganismes
qui conduisent à ces changements dans les turricules et les parois des galeries. Repérer un lien entre le cycle du C et de l’N durant la
décomposition de la MO par les microorganismes du sol.
L’influence des vers de terre sur la fertilité chimique n’est pas uniquement due à son effet sur la transformation de la MO à l’échelle de la
drilosphère (= parois des galeries + turricules). Il est complété par des effets à l’échelle du profil de sol liés aux modifications des mouvements
d’eau provoqués par les vers de terre. A l’aide des documents, donnez-en un exemple.
En quoi tous ces changements affectent-t-ils la plante ? Les effets sont-ils majoritairement positifs ou négatifs, donner des exemples ?
Pour toutes ces questions, élaborez 1 diapositive maximum avec au moins un schéma de synthèse afin de présenter ces réponses oralement en 5 minutes.
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Document 1 - Parkin and Berry (1999)
Des parois de galeries (« burrow ») de vers de terre anécique Lumbricus terrestris et du sol non bioturbé (=non modifié par le ver = « nonburrow ») ont été prélevés dans un sol
d’une parcelle agricole. Des prélèvements similaires (« burrow » et « nonburrow ») ont été effectués à partir d’une colonne du même sol en laboratoire dans laquelle on avait
placé des vers de terre L. terrestris.
Pour chacun de ces prélèvements, on a mesuré la teneur en eau, en nitrates (NO3-), en ammonium (NH4+), en carbone organique soluble et le pH. On y a également mesuré les
populations de bactéries nitrifiantes (ammonium oxidizers and nitrite oxidizers) et dénitrifiantes (denitrifying bacteria) ainsi que leur activité (nitrification and denitrification
rates).
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Document 2 - Lavelle et al. (1992)
Des turricules (« cast ») et du sol non bioturbé (=non modifié par le ver « control ») ont été prélevés à partir d’une colonne de sol en laboratoire dans laquelle on avait placé des
vers de terre Pontoscolex corethrurus, des vers de terre endogés. La biomasse bactérienne estimé à partir de l’N contenu dans la biomasse bactérienne (N-Biomass) ainsi que la
production de NH4+ et de NO3- du contrôle et des turricules au cours du temps a été estimée. (total N-MIN = somme (NH4+, NO3-))
Control
Evolution dans les turricules en
fonction des jours
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Document 3 - Görres et al. (2001)
Des turricules (« cast »), des parois de galeries (« burrow ») et du sol non bioturbé (=non modifié par le ver = « bulk ») ont été prélevés dans une parcelle agricole en jachère.
Pour chacun de ces prélèvements, on a mesuré les teneurs en carbone total (Ctot) et en azote total (Ntot), le ratio C/N et la minéralisation du C de la matière organique (Cmin =
production de CO2) par les microorganismes.
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Document 4 - Microorganismes et types trophiques
Tout être vivant, y compris les vers de terre et les microorganismes, doit pour survivre fabriquer sa propre matière organique (croissance, reproduction, renouvellements
cellulaire et tissulaire) et doit prélever dans son milieu du carbone (carbone de la matière organique ou du CO2) pour produire la sienne, du pouvoir réducteur (sources de
H+ et d’électrons) pour réduire la source de carbone (anabolisme), et de l’énergie nécessaire à la réduction du C. Cette énergie est soit de l’énergie solaire, soit de l’énergie
chimique issu de l’oxydation d’un composé réduit. Les types trophiques représentent les différentes modalités de prélèvement dans l'environnement du carbone, du pouvoir
réducteur et de l’énergie. Il en résulte que :

les bactéries responsables de la minéralisation du carbone de la matière organique du sol utilisent la matière organique préexistante à la fois comme source d’énergie,
de C et de pouvoir réducteur. Les déchets de cette réaction sont du CO2, de l’ H2O (car l’O2 joue le rôle d’accepteur final des H+ et e-). Cette réaction s’accompagne
également d’excrétion de NH4+ car la matière organique ingérée est souvent trop riche en azote.
aérobie
(CH2O)
O2
CO2, NH4+
(CH2O)
MO
H2O
Energie pour
l’anabolisme
8

les bactéries nitrifiantes utilisent du CO2 comme source de carbone, et un élément minéral (NH4+, NO2-) comme pouvoir réducteur et l’énergie de leur oxydation en
aérobiose. Il en résulte la production de NO3-.
aérobie
CO2
NH4+ (+O2)
CO2
(CH2O)
MO
NO2- + 4H+
2 NO2- (+O2)
(CH2O)
MO
Energie pour
l’anabolisme
2 NO3Energie pour
l’anabolisme
Nitrification

les bactéries de la première étape de dénitrification (cf document 6) utilisent du carbone de la matière organique, et un élément minéral (NO3-) comme pouvoir
réducteur et l’énergie de leur oxydation en anaérobiose.
anaérobie
NO3-
(CH2O)
NO2(CH2O)
MO
H2O
Energie pour
l’anabolisme
Bactéries dénitrifiantes
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Document 5 - Cycle du carbone par les microorganismes (M. Barret & JY Charcosset)
C organique
Microorganismes
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Document 6 - Cycle de l’azote par les microorganismes (M. Barret & JY Charcosset) (Marco Pagni)
ATMOSPHERE
Dénitrification
N2O
N2O
NO
NO
N2
N2
NO2-
NO2-
Fixation
NH4+
Minéralisation
NH4+
NO3NO2-
Nitrification
NO3NO2-
SOL
Assimilation
Azote organique
Matière organique des organismes
Fixation : La fixation de l'azote est la conversion de l'azote atmosphérique en ammonium par des bactéries dites fixatrice d'azote
Minéralisation : La dégradation de l'azote organique libère de l'ammonium. L'alimentation des animaux, et aussi celle de nombreux micro-organismes, est en général "trop
riche" en azote et cet excédent d'azote est excrété sous forme d'ammonium
Assimilation : L'assimilation de l'azote inorganique se fait par la consommation de l'ammonium ou du nitrate dissous dans le milieu. L'ammonium est la forme
préférentiellement assimilée par les micro-organismes (bactéries et champignons), alors que le nitrate est la forme préférentiellement assimilée par les végétaux (plantes et
algues supérieures). Les animaux tirent leur azote organique de la consommation d'autres organismes (animaux, végétaux ou bactéries).
Nitrification : La nitrification est la conversion de l'ammonium en nitrate qui est réalisées par des bactéries spécialisées
Dénitrification : La dénitrification est la conversion des nitrates en azote moléculaire par des bactéries spécialisées
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Partie II
Effets des vers sur la
fertilité physique
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Questions sur la fertilité physique
A l’aide des documents suivants et à la lecture de la partie 6 du document annexe (vocabulaire en dernière page de ce document pas de l’annexe), répondez aux
questions suivantes :
1.
2.
3.
4.
Est-ce que les vers de terre modifient les propriétés hydriques du sol par leur turricules et galeries ? Si oui, décrire quels sont ces changements,
modifications de stocks et/ou de flux ?
Avec l’aide de vos connaissances et des documents, émettre au moins une hypothèse sur un effet différent que pourraient avoir des groupes
écomorphologiques (épigés, anéciques et endogés) différents sur une propriété hydrique du sol.
L’effet des vers de terre sur la fertilité physique est du à son effet sur les propriétés hydriques du sol (cf. ci-dessus) mais pas seulement. Donner
un autre exemple d’effets des vers de terre sur la fertilité physique du sol.
En quoi tous ces changements affectent-t-ils la plante ? Les effets sont-ils majoritairement positifs ou négatifs, donner au moins un exemple ?
Pour toutes ces questions, élaborez 1 diapositive avec au moins un schéma de synthèse afin de présenter ces réponses oralement en 5 minutes.
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Document 7 – Subler et al. (1997)
Dans chacun de deux agroécosystèmes (rotation maïs-soja (MS) et rotation maïs-soja-blé (MSB)), deux parcelles ont été délimitées. La première est laissée telle quelle. La
deuxième a été enrichie en vers de terre avec des vers de terre d’espèces identiques. Deux traitements sont donc construits : un traitement « témoin » avec une abondance initiale
de vers de terre et un traitement « addition de vers de terre » avec une abondance augmentée de vers de terre. Le volume d’eau percolée a été mesuré à 45 cm de profondeur au
bout d’une semaine.
Volume de percolats
(l.m-2)
Témoin
Addition de
vers
MSB
MS
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Document 8 – Le Bayon et Binet (2001)
Dans un agroécosystème, deux parcelles ont été délimitées. Dans une parcelle (sans turricules), tous les turricules de surface ont été enlevés. Dans la deuxième parcelle, les
turricules de surface ont été laissés en place. Dans les deux parcelles, les entrées de galeries ont été refermées à la main. Des simulations de pluies ont été effectuées à la surface
des parcelles et les volumes d’eau ruisselée ont été mesurés.
Eau de
ruissellement
(l/m-2)
X
Sans turricules
Avec turricules
Temps (minutes)
Ne tenir compte que des deux courbes lisses qui représentent un volume d’eau ruisselé par unité de surface sans et avec turricules de surface.
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Document 9 - Ernst et al. (2008)
Des vers de terre de 3 espèces ont été inoculés dans une colonne de sol agricole (30 cm de diamètre, 55 cm de hauteur) en laboratoire. Chacune des espèces est représentative
d’un groupe écomorphologique : épigé (Lumbricus rubellus), anécique (Lumbricus terrestris) et endogé (Aporrectodea caliginosa). Par ailleurs, une colonne de sol n’a pas été
inoculée en ver de terre (control). Tous les 2 jours, la teneur en eau et la tension en eau (force de liaison de l’eau avec le sol) ont été mesurées à 10 cm de profondeur.
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Vocabulaire
Bare = nu
Bean = haricot
Burial = enfouissement
Burrow = galerie
Burrow walls = parois des galeries
Burrowing = production de galeries
By-pass flow = débit
Cast = turricule
Cast-filled = rempli de turricules
Casting = production de turricules
Clayey = argileux
Clodding = mottes
Concealed = dissimuler
Crust = croûte
Downhill soil movement = dévaler la pente
Drilosphere = de drilo (= vers de terre) zone d’influence des vers de terre
Ecological strategies = groupes écomorphologiques
Engineering = activité d’ingénieur
Eutrophic = eutrophe (qui affectionnent les milieux riches en nutriments)
Feeding habits = habitudes alimentaires
Fiel = champ
Flattened = applati
Geophagous = géophage qui mange du sol
Harden = durcir
Hay = foin
Hot spots = endroits localisés
Heap = amoncellement
Layer = couche
Leaching = lessivage
Lime = chaux
Loose = lâche (dans le sens instable)
Lumbricid = genre de vers de terres
Native = natif
OM = organic matter
Pastelike slurries = boues pâteuses
Pedoturbation = de pédo (le sol) et turbation (mélange)
Pheretimoid = genre (taxon) de vers de terre
Poaching = faire des poches
Polder = polder (sol gagné sur la mer)
Polyhumic = polyhumique (les vers de terre endogés sont classés en polyhumiques,
mésohumiques ou oligohumiques selon
Pot = pot (récipient = expériences en laboratoire)
Priming = activation des microorganismes par une source carbonée
Reclaimed = réhabilité
Runoff= ruissellement
Slope = être en pente
Splash erosion = eau de pluie qui tombe à la surface du sol et qui fait éclater les agrégats
entrainant des pertes de sol par ruissellement du sol.
Thatch = chaume
Topsoil = partie supérieure du sol
Trample = piétiner
Tremendously = extrêmement
Water storage = stockage de l’eau
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