Impact d’une formulation minérale sur les composantes biologiques des sols agricoles

par Gehan Sultan

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Philippe Mora.

Soutenue le 29-11-2011

à Paris Est , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2010-2015) , en partenariat avec Intéractions Macrofaune-Microflore (laboratoire) .

Le président du jury était Corinne Rouland-Lefèvre.

Le jury était composé de Philippe Mora, Bruno Daridon.

Les rapporteurs étaient Jean-Pierre Rossi, Jérôme Cortet.


  • Résumé

    Des études récentes ont permis de constater qu'une part de plus en plus importante des sols agricoles présente des déficiences en micronutriments. Ces carences posent donc de graves problèmes en terme de productivité. Il existe de nombreuses études sur le rôle des micronutriments dans le métabolisme des plantes et des microorganismes. Cependant aucune étude basée sur une approche holistique visant à prendre en considération l'ensemble des trois composantes biologiques du sol (plante, faune, microorganismes) par rapport à l'apport de micronutriments n'a été entreprise à ce jour. L'objectif de cette étude était de préciser l'impact des micronutriments sur les trois composantes biologiques d'un sol en étudiant différents paramètres tels que la production de biomasse végétale, les communautés bactériennes et les aspects fonctionnels à travers l'analyse de l'activité des enzymes du sol.Une expérimentation menée en champ a été réalisée sur une culture de colza. Une comparaison entre blocs parcellaires traités et non traité a été réalisé en analysant le nombre et le poids de siliques ; la teneur en chlorophylle des feuilles, le poids et la densité des vers de terre, les activités enzymatiques, la structure des communautés microbiennes et l'activité microbienne globale. L'apport de micronutriments induit des changements de tous les paramètres biologiques étudiés en fonction du stade de développement de la plante. Parmi les enzymes étudiées (phosphatases alcaline et acide, beta-glucosidase, alpha-glucosidase, beta xylosidase), une augmentation significative de la phosphatase alcaline et de l'alpha-glucosidase a été mesurée mais seulement lorsque la plante est au stade de grenaison. A ce stade, on constate également une augmentation de l'activité microbienne totale ainsi qu'une plus forte densité de vers de terre dans les blocs parcellaires traités. De plus, l'apport de micronutriments affecte de manière significative les communautés de bactéries nitrifiantes mais ce phénomène ne s'observe qu'au stade de la floraison. L'ensemble des ces résultats suggère donc que les micronutriments agissent comme des catalyseurs de l'activité biologique des différents acteurs du sol (plante, microorganismes et macrofaune). Ils sont à l'origine d'une succession d'inter action complexes et modifient alors les processus biologiques qui s'opèrent dans le sol.Le deuxième objectif de cette étude était de comparer l'impact de micronutriments sur les communautés microbiennes en présence /absence de plantes ou de vers de terre. Une expérimentation conduite en microcosme a été entreprise. Compte- tenu que les paramètres physico –chimiques du sol influent la biodisponibilité des micronutriments, l'expérience a été réalisée avec trois types de sols (sols limoneux, argileux et sableux). Les résultats obtenus mettent en évidence que l'impacte des micronutriments sur les communautés bactériennes est subordonné à la présence et le type d'organismes (vers de terre/plante) ainsi qu'à la nature du sol.Finalement, les micronutriments ne doivent plus être perçus en terme de productivité à travers une simple relation avec la plante mais au contraire comme des agents agissant comme catalyseur de l'activité biologique des principaux acteurs du sol. Une telle vision holistique constitue les premières données pour établir les bases de l'agroécologie.

  • Titre traduit

    Impact of mineral fertilzer on the biological componants of Agricultural soil


  • Résumé

    Numerous arable lands in the world have a low availability of micronutrients. This lack of micronutrients has a serious impact on crop production. To increase plant productivity more attention must be paid to micronutrients. A number of studies have focused on the effect of micronutrients on plant and bacterial metabolism. However, studies on the impact of these micronutrients, when all living organisms (plant, macrofauna and microorganism) present in a field are taken into account, are scarce..The aim of the present study was to investigate the effects of these micronutrients on the three soil components. Different parameters were chosen such as plant productivity, bacterial community, soil enzyme and fauna to determine the impact of micronutrients on these organisms.A field experimental approach consisted of micronutrient treatments during oilseed rape cultivation in the Aisne Department (France) was carried out. In comparison to control plots, the weight and number of siliques (seed pods), the chlorophyll content of leaves, the weight and density of earthworms, soil enzyme activities, bacterial communities and total microbial activity were analysed. The addition of micronutrients caused changes to all the biological parameters studied in relation to the plant growth stage. Among the enzymes tested (alkaline and acid phosphatase, beta-glucosidase, alpha-glucosidase, beta xylosidase), a significant increase in alkaline phosphatase and alpha-glucosidase was measured at the 3rd stage of oilseed rape development with the addition of micronutrients. At this stage of oilseed rape development, total microbial activity and the weight and density of earthworms were higher in plots under micronutrient treatment. On the other hand, micronutrients had a significant impact on the nitrifying bacterial community and the total bacterial community only at the 2nd stage of oilseed rape development. All these results suggest that micronutrients act as a catalyst by stimulating plants, soil fauna and microorganisms directly or indirectly. Thus micronutrients can modify biological processes in all living organisms through successive complex interactions.The second objective of this study was to compare the impact of micronutrients on bacterial communities in presence/absence of plants or earthworms. An in vitro experimental approach using microcosms has been conducted to study different parameters (bacterial community, soil enzyme activity, total microbial activity). Because characteristics of soil contents are important in determining the availability of micronutrients in soils the experiment was conducted on three type of soil: sandy; loamy and clay soil. Our results bring to light that the application of micronutrients affected the bacterial communities. However the nature and the importance of this impact varies according to the organisms presents (plant or earthworms) and the nature of the soil.The results of this study provide a scientific basis for fertilizing and utilizing soil, protecting microbial diversity, and accomplishing the sustainable development of agroecology.

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