Pertinence des indicateurs microbiens dans l'évaluation de l'état des sols agricoles

par Pierre Plassart

Thèse de doctorat en Microbiologie

Sous la direction de Sylvie Barray.


  • Résumé

    La plupart des sols du monde sont aujourd’hui modifiés par les activités humaines. Ainsi, pour de nombreux sols agricoles, les pratiques culturales intensives et l’apport chronique d’intrants chimiques ont conduit à une diminution de la fertilité de ces sols. Pourtant, alors même que ces sols sont en danger, il n’existe que peu d’outils d’évaluation pertinents de leur état. La composante biologique a longtemps été négligée, or le sol héberge une très forte diversité d’organismes impliquée dans les cycles biogéochimique dont les microorganismes susceptibles alors de constituer des bioindicateurs potentiels de l’état du sol. L'objectif de ce travail consiste donc à identifer des variables descriptives de la diversité bactérienne, sensibles à l’état du sol. La structure des communautés bactériennes (abondance, diversité génétique et fonctionnelle) a été appréhendée dans son ensemble mais également au travers de l’analyse des populations de Pseudomonas, genre bactérien largement représenté dans les sols et particulièrement sensible à ses perturbations. L’approche expérimentale, de la parcelle au microcosme, a consisté en l’évaluation comparée de l’effet (1) d’un apport de cuivre (dose agronomique x100) (2), de perturbations naturelles (spatiale, climatique), et (3) de perturbations anthropiques (pratiques culturales) sur les communautés bactériennes. La première partie de ce travail a été réalisée in situ sur sols de Prairie et de Grande culture afin de définir les bornes naturelles de la variation spatiale et temporelle de différents descripteurs bactériens de sols limoneux caractéristiques de Haute Normandie. Par ailleurs, cette partie a également permis d’appréhender les sensibilités relatives des différentes variables descriptives mesurées et de valider en conséquence les approches méthodologiques mises en oeuvre. Ainsi les variables mesurées peuvent être classées en deux catégories : les variables dont la mesure repose sur la culture des microorganismes reflèteraient les perturbations récentes du sol tandis que les variables basées sur une approche moléculaire reflèteraient l’historique cultural des parcelles. La seconde partie de ce travail a permis d’étudier en microcosmes l’impact d’une contamination métallique par le cuivre sur les descripteurs étudiés dans la première partie. Les résultats obtenus montrent que les variations de la structure des communautés bactériennes causées par une contamination cuprique ponctuelle, comparées à celles liées à la saison ou aux pratiques culturales, sont mineures. Parallèlement une analyse comparative des données obtenues en cosmes tamisés et non tamisés révèle que l'état du sol peut influencer la réponse des communautés bactériennes à une contamination métallique ; en effet la perturbation physique du sol par le tamisage a induit une réponse transitoire des communautés à la contamination métallique. Ce travail a permis (1) la constitution d’un référentiel de données microbiologiques de sols agricoles limoneux, intégrant les fluctuations spatiales et temporelles des variables mesurées, (2) de déterminer la sensibilité de variables descriptives aux effets naturels et anthropiques et d’identifier les limites et complémentarités des approches cellulaires et moléculaires, (3) de hierarchiser des facteurs déterminant la structure génétique et fonctionnelle des communautés bactériennes, (4) de valider la pertinence de l’utilisation des bactéries du genre Pseudomonas dans l’évaluation de l’impact du cuivre sur les sols.


  • Résumé

    Most soils worlwide undergo modifications caused by human activities. For numerous agricultural soils, the intensive practices, as well as the chronical spreading of chemical inputs, lead to a decrease in these soils fertilkity. Yet, while these soils are in danger, only a few relevant soil status evaluation tools exist. The biological component has been neglected for a long time, though soil accomodates a high diversity level of organisms involved in biogeochemical cycles. Among these organisms, microorganisms are likely to be potential bioindicators of soil status. Thus, the aim of this work consists in identifying biological variables describing bacterial diversity that would be sensitive to soil status. Bacterial community structure (abundance, genetic and functionnal diversity) was assessed as a whole, but also through the analysis of Pseudomonas populations, a bacterial genus widely found in soils and sensitive to environmental disturbances. The experimental approach, from the field plot level to the microcosm level, consisted in the confrontation of the impacts of (1) soil copper contamination (agronomical dose x100), (2) natural disturbances (spatial and climatic), and (3) human caused disturbances (agricultural practices) on bacterial communities. The first part of this work was performed in situ on typical silty Haute-Normandie soils managed as grasslands and cultures, in order to define the natural spatial and temporal variation limits of different bacterial descriptors. Besides, this first part enabled the understanding each variable's sensitivity, and validated the different methodological approaches. Thus, the measured variables can be organized in two categories: those which rely on microorganisms cultivation would reflect recent soil disturbances, while those based on molecular approaches would reflect the agricultural history of field plots. In the second part, the impact of a copper contamination on the previously described variables was studied in microcosms. Results showed that variations in the bacterial community structure caused by a single copper contamination were minor, when compared with variations caused by season or agricultural practices. In the same time, a comparative analysis was performed between sieved soil and intact soil microcosms. This revealed that soil status can influence bacterial communities response to a copper contamination; indeed, soil physical disturbance (sieving) induced a transient response of bacterial communities to the copper contamination. This work lead to (1) building, for an agricultural silty soil, a microbiological reference system, which includes spatial and temporal fluctuations of the measured variables, (2) determining for each variable its sensitivity to natural and human impacts, and identifying the limits and complementarities of the cellular and molecular approaches, (3) organizing into a herarchy factors determining the genetic and functionnal sructure of bacterial communities, (4) validating the relevance of using the Pseudomonas genus in the evaluation of the impact of copper on soils.

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  • Cote : 10/ROUE/S048

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2010 ROUE S048
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