Effets du cuivre sur quelques indicateurs de la qualité biologique des sols viticoles : étude à différentes échelles

par Abdelwahad Echairi

Thèse de doctorat en Microbiologie des sols et de l'environnement

Sous la direction de Francis Andreux, Rémi Chaussod et de Rachida Nouaim.

Soutenue en 2008

à Dijon .


  • Résumé

    Des produits à base de cuivre sont utilisés depuis plus d’un siècle en viticulture pour lutter contre le mildiou (et d’autres maladies). Cet élément s’accumule dans le sol, où il peut atteindre des concentrations importantes, susceptibles d’en altérer le fonctionnement biologique. Bien que potentiellement dangereux pour la biocénose des sols, le cuivre est toujours utilisé, notamment en Agriculture Biologique. Dans ce travail, nous avons cherché à préciser les impacts du cuivre sur quelques aspects de la qualité biologique des sols viticoles en conditions « réelles », à court, moyen et long terme. Les effets à long terme ont été appréciés à l’échelle d’une région viticole (la Champagne) à travers l’étude d’échantillons de sols représentant une large gamme de teneurs en cuivre. Deux sites différents, l’un en Bourgogne, l’autre en Champagne, ont été utilisés pour aborder les effets à moyen terme (décennie). Enfin, pour étudier plus en détail les effets à court terme (1 à 4 ans), nous avons utilisé une approche expérimentale diachronique dans trois sites différents, les apports de cuivre représentant la seule source de variation. Des indicateurs biologiques reconnus (biomasse microbienne, activités de minéralisation du carbone et de l’azote, nitrification) ont été utilisés en routine. Par ailleurs, deux populations fongiques d’intérêt agro-viticole ont été étudiées : les champignons endomycorhiziens et les levures isolées par culture sur jus de raisin. Les principales caractéristiques physico-chimiques des échantillons de sols correspondants ont été déterminées, incluant les teneurs en cuivre total et en cuivre extractible à l’EDTA. La biomasse microbienne est un indicateur robuste de la qualité des sols mais, pour les doses modérées de cuivre, les variations spatio-temporelles sont supérieures aux éventuels effets des apports. Il en est de même pour les activités globales de minéralisation du carbone et de l’azote. L’activité de nitrification (oxydation de l’ammonium) s’avère peu sensible et est beaucoup moins affectée par le cuivre que par les apports antérieurs d’azote réduit ; elle n’est pas utilisable en tant que bioindicateur de contamination par le cuivre. Les populations de champignons endomycorhiziens s’avèrent potentiellement intéressantes pour évaluer les effets de pratiques culturales, dont les apports de cuivre, pour peu que les autres sources de variation soient maîtrisées. Elles peuvent donner lieu à des déterminations quantitatives (nombre de spores) et qualitatives (diversité des types morphologiques) ; des différences statistiquement significatives entre traitements ont été observées dans nos expérimentations. Toutefois, l’efficacité agronomique de ces populations n’est pas abordée par ces tests. Les populations de levures s’avèrent également intéressantes pour évaluer les effets du cuivre dans les sols viticoles. Un protocole a été mis au point, permettant l’appréciation parallèle de la diversité génotypique et phénotypique des populations. La caractérisation génotypique a fait appel d’une part à la PCR-RFLP du 18S rRNA, d’autre part au polymorphisme de la région D1-D2 de l’ADNr 26S. La caractérisation phénotypique s’est limitée à évaluer l’aptitude des souches à croître sur un milieu contenant des concentrations croissantes en cuivre. Les résultats montrent une absence de relation entre caractérisation génotypique et phénotypique. Par ailleurs, de nombreuses souches sont capables de tolérer de fortes concentrations en cuivre, même lorsqu’elles ont été isolées d’un sol sans historique d’apport de cet élément.

  • Titre traduit

    Effects of copper on some indicators of biological quality of vineyard soils : study at different scales


  • Résumé

    Copper-based fungicides are used for more than a century by vine growers to fight against mildew (and other diseases). As a result, copper accumulates in soil, reaching high concentrations, with potential harmful effects on soil biocenosis. In spite of this threat, copper-based products are still in use, especially in organic farming. In this work, we tried to make clear the effects of copper on some aspects of biological quality of vineyards in “real” conditions, on the short, medium and long term. Long term effects were studied in a region (Champagne) through soil samples representing a large range of copper concentrations. Two different sites, in Burgundy and Champagne were used to study the medium-term effects (decade). Finally, to study in details the short term effects (1-4 years) we used an experimental approach, in three different locations, copper additions being the only source of variation. Biological indicators (microbial biomass, C & N mineralization, nitrification) were used for routine analysis. In addition, two fungal populations of interest for vine growing and wine making were studied: mycorrhizal-arbuscular fungi (MA) and yeasts able to grow on vine juice. The main characteristics of the soil samples were measured simultaneously, including total and EDTA-extractable copper. Microbial biomass is a reliable indicator of soil quality but, for low levels of Cu, spatio-temporal variations were higher than the effects of copper addition. The same observations were made for C and N mineralization activities. Nitrification activity (ammonium oxidation) turned out to be less affected by copper additions than by previous nitrogen additions (as reduced forms: organic N and ammonium N). Therefore, nitrification is not a reliable indicator of Cu contamination. Our results also showed that MA fungal populations are of potential interest to assess the effects of cultural practices, including copper additions, provided the other sources of variation are under control. These populations can be characterized both quantitatively (spore numbers) and qualitatively (diversity of morphological types). Significant differences between treatments were observed in our experiments. However, the efficiency of these populations (for P uptake) are not addressed by these tests. Populations of yeasts are also potentially interesting to study the effects of Cu in vineyards. We developed a protocol to assess both genotypic and phenotypic diversity of these fungal populations. Genotypic characterization was based on 18S rDNA PCR-RFLP and polymorphism of D1-D2 region of 26S rDNA. Phenotypic characterization was limited to the assessment of copper tolerance by measuring growth rate on a medium containing increasing Cu concentrations. The results showed no correlation between genotypic and phenotypic characterization. Many strains were able to grow on media containing high concentrations of copper, even when they were isolated from soil samples without previous Cu application.

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Informations

  • Détails : 1 vol.(147 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 131-147, [232] réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Bourgogne. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TDDIJON/2008/8
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