FIRE - Sols - Valentin 201008
publicité
Écologie des sols et perspectives en ingénierie écologique S. Barot IRD Contribution des laboratoires Biosol, Bioemco, Solutions et du groupe GAIE L’écologie, une science des interactions, entre organismes mais pas seulement … Espèces ingénieurs des écosystèmes Espèce 2 Environnement physico-chimique Espèce 1 Propriétés du système: production primaire, stabilité, résilience Le sol constitue le ‘‘paradigme’’ des interactions organismes-physico chimie Résultat de l’interaction entre la roche mère et la biosphère Mélange de matière minérale et de MO Un réseau trophique en grande partie détritivore Un organisme ne peut vivre dans le sol sans le modifier Les relations belowground-aboveground Réseau trophique aérien Compétition entre plantes Organismes du sol MO Réseau trophique du sol Minéralisation Propriétés physico-chimiques De nombreuses interactions et rétroactions Liens entre réseaux trophiques souterrain et aérien par l’intermédiaire des plantes Pilotage de la production primaire L’écologie a besoin d’étudier les sols, et comprendre les sols nécessite l’écologie Utilisation de l’ingénierie écologique Réseau trophique Compétition entre plantes MO Réseau trophique Propriétés physico-chimiques Connaissance du système d’interactions Modifications de certains éléments du réseaux pour produire des services écosystémiques ou rendre la production durable Agronomie en tirant partie de toutes les interactions écologiques? Utilisation de l’ingénierie écologique Définition L’application des principes de l’écologie à la gestion et l’exploitation de l’environnement Minimiser le recours au travail humain, y compris aux énergies non renouvelables et aux intrants divers Augmenter la part de travail effectué par les organismes et les processus écologiques On cherche explicitement à augmenter la durabilité des services écosystémiques (production agricole ou non, autres services…) Utilisation de l’ingénierie écologique Réseau trophique Compétition entre plantes MO Réseau trophique Propriétés physico-chimiques Modifier les propriétés PC pour favoriser un ‘‘bon organisme’’ Utilisation de l’ingénierie écologique Réseau trophique Compétition entre plantes MO Réseau trophique Propriétés physico-chimiques Ajouter un organisme du sol ayant un effet favorable direct ou indirect Utilisation de l’ingénierie écologique Ajouter une plante qui maintient une rétroaction positive Réseau trophique Compétition entre plantes MO Réseau trophique Propriétés physico-chimiques Exemple 1: vers de terre et charbon de bois Bactéries MO Minéralisation Bactéries CEC Phytohormones Structuration du sol Manipulation des bactéries Minéralisation + stockage des nutriments minéraux Possibilité d’interactions? Exemple 1: vers de terre et charbon de bois Thèse de D. Noguera Expérience en serre (CIAT de Cali) sur le riz Contrôle, Vers, Charbon, V+C 3 sols + un trt avec fertilisation Les effets dépendent du sol X 4!!! Effets plus fort sans fertilisant Pas d’interaction V X C Sol: Exemple 1: vers de terre et charbon de bois Comprendre les mécanismes + Mesures de nombreux paramètres et de l’allocation des ressources (shoot/root, nombre et taille des grains…) + Biologie moléculaire sur le riz: expression de différents gènes Comparaison de la sensibilité de différentes variétés de riz Sensibilité très variable Les vers comme possible pression évolutive Il faut bien choisir le sol et la variété de plante cultivée pour utiliser les vers et le charbon de bois Exemple 2: choisir la ‘‘bonne’’ espèce de vers Les vers modifient la structure et l’activité des communautés bactériennes des sols Il faut promouvoir des espèces ayant un effet favorable (+ de minéralisation, - de nitrification et de dénitrification …etc.) Par quels mécanismes les vers influencent-ils les communautés bactériennes? + Existe-t-il des bactéries symbiotiques (tube digestif)? + Quel est le rôle du mucus? Exemple 2: choisir la ‘‘bonne’’ espèce de vers Travaux de V. Roy, P. Mora, E. Miambi, I. Barois Comparaison par DGGE des communautés bactériennes +dans diff sols + dans le tube digestif + dans du sol+mucus + sol+glucose L’effet du type de sol est plus important que celui du ver Pas de bactérie symbiotique? Le mucus n’a pas seulement un effet ‘‘énergétique’’ comme celui du glucose Stimulation plus fine et sélection spécifique de groupes bactériens? Exemple 3: optimiser l’influence des acacias dans un pâturage UR Solutions, Thèse de S. Grellier Pâturages Zoulous dans le KwaZuluNatal Compétition? facilitation? Les acacias ont-ils un effet positif et sur le pâturage et la production bovine? Quelle serait la densité idéale d’acacias? (haie?) Leur disposition? Exemple 3: optimiser l’influence des acacias dans un pâturage Des interactions complexes passant par le sol La lumière mais aussi: L’eau Pluie interceptée Evaporation Ruissellement Ascenseur hydraulique Ruissellement Infiltration Eau de Subsurface: Exemple 3: optimiser l’influence des acacias dans un pâturage Des interactions complexes passant par le sol La lumière mais aussi: L’azote Litière enrichie en N Fixation symbiotique Nécessité de mesurer tous les flux, intégration dans un modèle Compétition pour l’azote minéral Exemple 4: exemple d’intégration des flux Modéliser la limitation par les nutriments Syst d’équations différentielles, calculs à l’équilibre Importance des entrées/sorties et flux de recyclage interne P* = 1 md un un 1 + Rn Rd d p + l p − f p md + ld un + ln u n + ln 1 − α dp md un α= d p + l p − f p md + ld un + ln Efficacité du recyclage qui doit être la cible de l’ingénierie écologique Exemple 4: exemple d’intégration des flux Modéliser la limitation par les nutriments Prise en compte de plus de mécanismes Effets à court et long terme des vers de terre Effet de l’inhibition de la nitrification par les graminées africaines Barot et al. Functional Ecology 2007 Boudsocq et al. Functional Ecology 2008 Travaux de JC Lata à Lamto Besoins de collaboration au sein de FIRE Mesurer finement des flux de nutriments en démêlant différents processus (ex des vers de terre). Utilisation de marqueurs isotopiques Intégrer les mécanismes écologiques de l’échelle des individus ou du m2 à l’échelle du paysage ou de la région Intégrer les rétroactions entre échelles
