Rôle des interactions bactéries-nématodes bactérivores sur la disponibilité du N et P au sein de la rhizosphère du riz sur sol ferrallitique à Madagascar : mécanismes et facteurs de contrôle

Role of the interactions bacteria - bacterivorous nematodes on the availability of N and P within rhizosphere of rice on Ferralsols in Madagascar : mechanisms and control drivers

• Auteur / Autrice : Mahafaka Ranoarisoa
• Direction : Eric Blanchart, Lilia Rabeharisoa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle
• Date : Soutenance le 29/01/2018
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro en cotutelle avec Université d'Antananarivo
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et agrosystèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Brigitte Brunel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Blanchart, Lilia Rabeharisoa, Brigitte Brunel, Sébastien Barot, Heriniaina Ramanankierana, Bodovololona Rabary, Tantely Razafimbelo, Jean Trap
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Barot, Heriniaina Ramanankierana

Mots clés

Mots clés libres

Acrobeloides sp.

Riz pluvial

Ferralsols

Radio-Isotope 32P

Agro-Écologie

Madagascar

Acrobeloides sp.

Upland rice

Ferralsols

32P labeling

Agro-Ecology

Madagascar

Résumé

Les objectifs de cette thèse étaient (i) d'étudier les mécanismes par lesquels les nématodes bactérivores régulent les flux de nutriments (N et P) dans la rhizosphère du riz pluvial dans un sol ferrallitique de Madagascar, (ii) d'étudier les effets des interactions bactéries – bactérivores sur les fonctions de la plante (croissance et nutrition), et (iii) d'évaluer les principaux facteurs contrôlant la boucle microbienne des sols dans une optique d'intensification. Notre modèle biologique comprenait Acrobeloides sp. (Cephalobidae) et Oryza sativa (Poaceae).Deux voies ont été proposées pour expliquer les effets positifs des bactérivores sur la disponibilité des nutriments et les fonctions de la plante: voie de minéralisation et voie d'exploration. Afin d'identifier l'implication de chaque voie dans les flux de P inorganique à l'interface sol-plante nous avons utilisé le radio-isotope 32P comme traceur. Lorsque le pH du sol est corrigé par l'ajout de dolomie, la présence des nématodes bactérivores améliore la minéralisation nette de P, la production de biomasse et la nutrition de la plante sans modifier la ramification du système racinaire, contrairement à ce qui a été observé par certains auteurs en présence de protistes. En effet, en présence de nématodes et de dolomie, la L-value dans les parties aériennes de la plante augmente de 49%, la biomasse totale de la plante augmente de 22%, et la quantité de P total dans les tissus de la plante augmente de 9%. Ainsi, Acrobeloides sp. stimule le prélèvement de P par la plante via la voie nutritionnelle ou voie de minéralisation.Les effets de Acrobeloides sp. sur les fonctions de la plante sont variables (positives, neutres, négatives), en fonction des pratiques agricoles et des caractéristiques abiotiques du sol. Tout d'abord, ces effets peuvent dépendre de la variété de riz puisque l'attractivité des nématodes Acrobeloides sp. par la rhizosphère du riz varie en fonction des variétés de riz pluvial, plus précisément en fonction de la composition et de la quantité d'exsudats racinaires libérés par la plante. Ensuite, l'activité mutualiste des nématodes est influencée (maximisée) par la présence d'arbres (agroforesterie) dans la parcelle de riz pluvial. En plus des plantes, les paramètres édaphiques étaient des facteurs clés. L'activité mutualiste des nématodes est fortement limitée par le pouvoir fixateur des Ferralsols. Ainsi, l'ajout de dolomie limite la capacité de sorption de P du sol et améliore l'activité mutualiste des nématodes bactérivores. Enfin, l'activité mutualiste des nématodes sur la croissance et la nutrition du riz pluvial est favorisée par les valeurs élevées de pH et de teneur en Mg dans le sol. Pour conclure nous avons trouvé qu'il est possible d'intensifier l'activité mutualiste des nématodes bactérivores dans un sol tropical pauvre à travers des pratiques agricoles spécifiques (gestion des sols, agroforesterie).

Using Acrobeloides sp. (Cephalobidae) and Oryza sativa (Poaceae), we aimed at (i) studying the effects of bacterivorous nematodes on plant functions growing in a nutrient-poor soil in Madagascar, (ii) testing the mechanisms involved in the mutualistic activity of the bacterivorous nematodes in a strong P-depleted Ferralsol from the highlands of Madagascar, and (iii) identifying the agronomic and edaphic factors that can drive the soil microbial loop.Two pathways have been proposed to explain the positive effects of bacterial-feeders on nutrients availability and plant functions: mineralization pathway and exploration pathway. In order to test the involvement of each pathway in the mutualistic activity of bacterivorous nematodes, we assessed the effect of nematodes inoculation on inorganic P flows from soil to plant using the 32P labelling technique. When the soil pH was corrected with dolomite lime, we showed that the presence of Acrobeloides sp. improved net P mineralization and plant (Oryza sativa) functions (growth and nutrition) but did not alter lateral root growth as protists do. Indeed, in the presence of nematodes and dolomite, the shoot L-value increased by 49%, the plant total biomass increased by 22% and the plant total P amount increased by 9%. Thus, Acrobeloides sp. increased plant P uptake through the "nutritional" or "mineralization" pathway.The effects of Acrobeloides sp. on Oryza sativa functions were variable (positive, neutral or negative) according to agricultural practices and soil abiotic variables. First, these effects may depend on the rice cultivar used in the experiment. Indeed, the nematodes attractancy to root-adhering soils varied according to upland rice cultivar, probably according to the amount and composition of root exudates. The mutualistic activity of nematodes is also influenced (maximized) by the presence of trees (agroforestry) in the rice field. Besides plants, the abiotic soil parameters were key drivers. The mutualistic activity of nematodes was strongly limited by the ability of Ferralsols to precipitate and chemisorb phosphates. The addition of dolomite lime limited phosphates sorption on soil and enhanced the mutualistic activity of the nematodes. Also, the high values of soil pH and Mg content tended to increase the mutualistic activity of the bacterivorous nematodes on rice growth and nutrition. To conclude, we found that it is possible to drive the mutualistic activity of bacterivorous nematodes in poor tropical soils through specific soil and agricultural practices.