Etudes écologique et microbiologique des espèces du genre Costularia (Cyperaceae), pionnières des sols ultramafiques en Nouvelle-Calédonie : application à la restauration écologique

par Alexandre Lagrange

Thèse de doctorat en Ecologie végétale et microbiologie des sols

Sous la direction de Hamid Amir et de Marc Ducousso.

Soutenue en 2009

à Nouvelle Calédonie .


  • Résumé

    En Nouvelle-Calédonie, les sols développés sur roches ultramafiques (5. 500 km2) sont constitués à plus de 65% d’oxy-hydroxyde de fer, ils présentent des teneurs très faibles en azote et en phosphore (1/10 à 1/100 des teneurs moyennes), de surcroît ils sont déséquilibrés pour le rapport Ca/Mg et contiennent des concentrations très élevées en métaux lourds (nickel, manganèse, cobalt, chrome). L’exploitation à ciel ouvert du nickel sur ces sols associés à des écosystèmes particulièrement originaux et diversifiés doit prendre en considération à la fois les intérêts économiques et les préoccupations écologiques. Des espèces endémiques pionnières des sols ultramafiques ou cicatricielles des sites miniers dégradés ont été identifiées. Parmi ces espèces, plusieurs espèces de Costularia (Cyperaceae) sont préconisées pour la revégétalisation des sites miniers après exploitation. Les itinéraires techniques de restauration écologique des sites miniers requièrent une approche pluridisciplinaire intégrant des données pédologiques, physiologiques et microbiologiques des écosystèmes des maquis miniers. L’analyse des relations sols/plantes sur une toposéquence comprenant différents types de maquis a permis de mettre en évidence une relation directe entre les concentrations du sol en éléments disponibles et la diversité et l’organisation des espèces, notamment pour ce qui concerne la structuration de la strate herbacée. Ce travail couplé à la mise en place par la société SIRAS Pacifique d’un champ semencier expérimental de Cyperaceae a permis de montrer que la croissance de Costularia comosa répond positivement à la fertilisation azotée et phosphatée. L’expérimentation a permis également de souligner que la vigueur, la vitesse de développement, le taux de mycorhization et la fructification des plants sont stimulés par des doses modérées de ces éléments. D’autres travaux réalisés ont apporté un approfondissement de nos connaissances sur le rôle des microorganismes associés aux racines des Costularia. Ainsi, nous avons montré que neuf espèces pionnières de Cyperaceae étudiées in situ, développent des symbioses mycorhiziennes arbusculaires. Une expérience de mycorhization contrôlée de Costularia comosa a permis de montrer que la mycorhization par Glomus etunicatum est fonctionnelle, avec une augmentation de la biomasse des plants 2,8 fois supérieure au témoin. De plus, la mycorhization réduit la concentration en nickel dans la plante, suggérant un rôle barrière du champignon mycorhizien vis-à-vis du nickel. Dans cette étude, nous présentons également une description des populations bactériennes aérobies, hétérotrophes et résistantes au nickel, isolées des racines de deux espèces de Costularia inféodées aux maquis. Ces populations bactériennes sont de faible densité et dominées par les Protéobactéries. Certaines des souches isolées présentent une tolérance à 15 mM de nickel soluble et la capacité de solubiliser les phosphates. L’avancement apporté dans les connaissances concernant la nutrition minérale des Cyperaceae et le rôle des microorganismes qui leur sont associés permet d’envisager la mise en place en routine de champs semenciers productifs et l’utilisation des microorganismes associés aux Costularia dans les itinéraires techniques de restauration écologique pour en améliorer la réussite.

  • Titre traduit

    Ecological and microbiological studies of pioneers Costularia species (Cyperaceae) of New Caledonia ultramafic soils : application to ecological restoration


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    In New Caledonia, soils developed on ultramafic rocks (5. 500 km2) are constituted of more than 65 % iron oxi-hydroxide. They present very low contents in nitrogen and phosphor (only 1/10 to 1/100 of average contents); besides their Ca / Mg ratio is unbalanced and they contain very high heavy metals concentrations (nickel, manganese, cobalt, chromium). Nowadays the nickel open mines which exploit such soils must consider both economic interests and ecological preoccupations, as these soils are associated to particularly original and diversified ecosystems. Within these, several endemic pioneer plant species have been identified. Among them, some Costularia (Cyperaceae) are recommended in revegetation programmes of mining sites, after their exploitation. Ecological restoration requires a multidisciplinary approach integrating soil sciences, physiological and microbiological data of ultramafic scrubland ecosystems. Analysis of soils / plant’s relations along a topo-sequence, including various types of scrubland, clearly shows there is a direct relationship between the concentrations of soil available elements and the variety and organization of the vegetation, in particular for the herbaceous stratum. This work, coupled with the creation of an experimental Cyperaceae seed orchard, in association with SIRAS Pacifique Company, indicates that the growth of Costularia comosa answers positively the nitrogenous and phosphated fertilization. The experiment also underlines the fact that vigour, growth speed, rate of mycorhization and fruiting of plants are stimulated by moderate doses of these elements. Other assays enabled to improve our knowledge of the role of the microorganisms associated to Costularia roots. Thus, we shows that nine pioneer species of Cyperaceae, studied in situ, develop arbuscular mycorhizal symbioses. An experiment of controlled mycorhization on Costularia comosa shows that mycorhization by Glomus etunicatum is functional, with an increase of the plants’ biomass of 2,8 times compared to the control. Furthermore, such a mycorhization of C. Comosa reduces the nickel concentration in the plant, suggesting the mycorhize acts as a barrier towards nickel. In this study, we also present a description of the aerobic, heterotrophic and nickel resistant bacterial populations isolated from roots of two Costularia species associated to ultramafic scrublands. The density of these bacterial populations is low and Protéobactéria dominate. Some of the isolated strains present a tolerance to 15 mM of soluble nickel and the capacity to solubilize phosphates. The progresses in both our knowledge of Cyperaceae mineral nutrition and the role of associated microorganisms brought by this study, allow to envisage the implementation of productive seed orchards and the use of the microorganisms associated to Costularia, in the technical routes for optimised ecological restoration plans.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (233 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 205-221

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  • Bibliothèque : Université de la Nouvelle Calédonie (Nouméa). Bibliothèque universitaire.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TH UNC 2009 LAG
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