Les respirations autotrophe et hétérotrophe du sol dans une chênaie tempérée

par Nicolas Chemidlin Prevost-Boure

Thèse de doctorat en Sciences de la vie

Sous la direction de Kamel Soudani.


  • Résumé

    Dans le contexte des changements climatiques, la compréhension du fonctionnement du sol est devenue cruciale car la respiration du sol (RS) peut déterminer l’état de source ou de puits de C des écosystèmes continentaux. En effet, RS contribue à la respiration écosystémique à hauteur de 40 à 70%. Affiner notre compréhension des processus impliqués dans le fonctionnement du sol est en grande partie déterminé par notre capacité à étudier séparément les composantes autotrophe et hétérotrophe de RS, et leurs réponses faces aux variations des facteurs environnementaux. Les objectifs de cette étude étaient de décomposer RS en ses composantes autotrophe (RA) et hétérotrophe (RH) d’une part ; et de déterminer l’effet de variations de facteurs biotiques et abiotiques sur le fonctionnement du sol d’autre part. Cette étude s’est principalement déroulée dans une forêt tempérée décidue (forêt de Barbeau, site FR-Font, Réseau CarboEurope-IP). La décomposition de RS en RA et RH a mis en jeu la méthode des « Trench plot » couplée à des mesures de RS et l’utilisation des isotopes stables du C en abondance naturelle. Ce couplage entre différentes techniques a permis de tester l’impact de l’exclusion racinaire sur la composition isotopique du CO2 sortant du sol (<delta 13 CRs>). Les résultats ont permis de montrer que RH contribuait à hauteur de 40 à 60% de RS. RS augmente avec la température du sol ; cette augmentation étant modulée par l’humidité du sol. Au contraire, l’exclusion racinaire n’a pas affecté <delta 13 CRs>, ce qui laisse supposer que la différence de composition isotopique entre RA et RH est trop faible pour décomposer précisément RS dans des écosystèmes forestiers sans alternance entre types photosynthétiques. Les effets des variations des facteurs biotiques sur le fonctionnement du sol ont été étudiés via une modification quantitative des allocations de litière foliaire au sol, et par un suivi mensuel de RS et <delta 13 CRs> ; ainsi que de la structure des communautés bactériennes (BCS) du sol et de la litière. Les résultats montrent que RS augmente de façon non proportionnelle à la quantité de litière allouée. Cette augmentation a été reliée à un « priming effect » (PE). L’intensité des flux de CO2 issus du sol minéral et de la litière n’ayant pas été affectée par le traitement, le PE a été localisé dans du sol profond et comme utilisant du C récalcitrant. De plus, <delta 13 CRs> n’a pas été affecté par le traitement, laissant supposer que le PE a des sources de C ayant un <delta 13 CRs> proche de celle des autres sources de CO2. Néanmoins, les BCS du sol et de la litière ont été significativement modifiées par le traitement, mettant en avant de potentielles variations de fonctionnement du sol. Cette hypothèse est appuyée par la mise en évidence d’un lien statistique entre les variations de BCS et d’intensité et de composition isotopique du flux de CO2 dans la litière. L’ensemble de ces résultats traduit l’importance d’études intégrées de la RS. En effet, une meilleure compréhension du fonctionnement du sol et de ses variations face aux changements climatiques nécessite d’être en mesure de prendre en compte à la fois les variations d’intensité et de composition isotopique du flux de CO2 sortant du sol, ceci parallèlement à la variabilité du système sol en terme de diversité spécifique et d’activité enzymatique des communautés microbiennes.

  • Titre traduit

    Autotrophic and heterotrophic soil respirations in a temperate deciduous oak forest


  • Résumé

    Nowadays, a better understanding of soil functioning has become crucial in the context of climate change because soil respiration (RS) can determine the source or sink status of terrestrial ecosystems. Indeed, RS accounts for 40 to 70% of total ecosystem respiration. A better understanding of RS processes is mainly determined by our ability to disentangle its autotrophic (RA) and heterotrophic (RH) components and to study their response to variations of environmental factors. The aims of this study were to partition RS into RA and RH, and to determine the effects of biotic and abiotic factors variations on soil functioning. This study took place in a deciduous temperate forest (Barbeau forest, site FR-Font, CarboEurope-IP Network). To partition RS, a trenching approach with RS measurements (chamber and soil CO2 gradients) was adopted and coupled to the use of C stable isotopes in natural abundance. This allowed testing if root exclusion significantly affected the C stable isotopic composition of soil CO2 efflux (<delta 13 CRs>). Results showed that RS was significantly affected by trenching and that RH accounted for 40 to 60% of RS. They also showed that RS increased with soil temperature, this increase being modulated by soil moisture. On the contrary, <delta 13 CRs> was not affected by root exclusion; leading to the conclusion that differences in <delta 13 C> between RA and RH are probably too small to confidently partition soil respiration in forest ecosystems. The effects of biotic factors variations on soil functioning were studied by quantitatively modifying the amount of leaf litter reaching the soil, and by a manual monthly monitoring of RS and <delta 13 CRs>; and the bacterial community structure (BCS) in soil and litter. Results show that RS increased non-proportionally to leaf litter amount. This increase was attributed to a priming effect (PE). The intensity of the CO2 efflux from mineral soil or leaf litter was independent of the treatment, suggesting that the PE occurred in deeper soil horizons and consumed old organic C. <delta 13 CRs> was not affected by treatment, leading to the conclusion that the isotopic composition of CO2 corresponding to the priming effect was close to other CO2 sources. Nevertheless, soil and litter BCS were significantly affected by leaf litter treatment, leading to potential variations in soil functioning. Moreover, a significant statistical link between litter BCS and litter CO2 efflux intensity and isotopic composition highlighted the link between microbial diversity variations and variations in soil functioning. All these results underline the importance of integrated studies when considering RS. To better understand soil functioning and its response to climate change, it seems necessary to take into account both the variability of the intensity of soil CO2 efflux and the variability of the soil system in terms of microbial diversity and enzymatic activities.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (222 p. )
  • Annexes : Bibliogr. p. 191-202

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2008)176
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