Transcript Richesse spécifique - missiontice.ac

La biodiversité du sol: patrons
macroécologiques et importance
pour le fonctionnement du sol
Thibaud Decaëns
Laboratoire d’Ecologie
UPRES-EA 1293 ECODIV
Université de Rouen
Journées nationales IPR - IGEN
La biodiversité du sol




L’importance fonctionnelle des organismes du sol est
largement reconnue
Cependant, peu de connaissances sur les patrons et les
déterminismes de cette biodiversité
Cette connaissance est primordiale dans l’optique d’une
gestion de cette biodiversité
Questions:






Qu’est-ce qu’un organisme du sol ?
Combien d’espèces constituent la faune du sol?
Quels valeurs représentent les animaux du sol?
Quels sont les patrons généraux de la biodiversité du sol?
Quels sont les facteurs responsable de ces patrons?
Quelles options pour la gestion de la biodiversité endogée?
La biodiversité du sol:
la dernière frontière biotique

Qu’est-ce qu’un organisme du sol?
Les organismes du sol:
 Vivent dans le sol
 Au moins un stade actif de leur
cycle biologique
Ils peuvent être des:
 « habitants à temps plein »
 « habitants à temps partiel »
Ils incluent des habitants:
 De la matrice du sol
 Des « annexes du sol »
- Litière
- Arbres creux
- Troncs en décomposition
- Déjections, etc
Gobat et al. 1998, Wolters 2001
La biodiversité du sol:
la dernière frontière biotique
Qu’est-ce qu’un organisme du sol?

Microflore / microfaune
Mesofaune
100 μm
Bacteria
Macro- et mégafaunes
2 mm
20 mm
Acari
Collembola
Diplura
Symphyla
Enchytraedae
Isoptera / Formicoidea
Diptera
Isopoda
Myriapoda
Arachnida
Coleoptera
Mollusca
Oligochaeta
Vertebrata
1
2
4
8
16
32
m
64 128 256 512 1024 1
2
4
8
16
32
mm
64 128 256 512 1024
Modifié d’après Swift et al. (1979)
Fungi
Nématoda
Protozoa
La biodiversité du sol:
la dernière frontière biotique

Combien d’espèces ?
> 4000 génotypes
bactériens
> 2000 sp de champignons
saprophages
1 m2
1000 espèces d’invertébrés:
 400 – 500 Acariens
 60 – 80 Collemboles
 90 Nématodes
 60 Protozoaires
 20 – 30 Enchytraeidae
 10 – 12 Lumbricidae
 15 Diplopodes
etc
1g
Torsvick et al. (1994), Hawksworth (2001),
Schaefer et Schauermann (1990)
La biodiversité du sol:
la dernière frontière biotique

Combien d’espèces?
Modifié d’après Decaëns et al. (2006)
Autres
animaux
54%
Composition
taxonomique des
organismes du sol
Microorganismes
5%
Animaux
du sol
23%
Plantes
18%
Nombre total d’espèces
vivantes décrites:
~ 1 à 2 millions
Oligochaeta Vertébrés
1%
<1% Microorganismes
11%
Autres
Protozoaires
1%
5%
Autres
arthropodes
14%
Coleoptera
48%
Autres insectes
20%
La biodiversité du sol:
la dernière frontière biotique
Taille corporelle des taxons
% d’espèces décrites /
diversité estimée
NE
NE
NE
NE
NE
Modifié d’après Decaëns et al. (2006)
10000
Taille corporelle moyenne
1000
1m
100
10mm
10
90
R2= 0,41
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1 m
100 m
1

Connaissance
taxonomique souvent
faible
D’autant plus faible
que les organismes
sont de petite taille
Bacteria
Fungi
Nematoda
Protozoa
Acari
Collembola
Diplura
Symphyla
Enchytraeidae
Isoptera
Formicoidea
Diptera
Isopoda
Chilopoda
Dermaptera
Blattoidea
Diplopoda
Arachnida
Coleoptera
Mollusca
Pauropoda
Oligochaeta
Caecilian
Sqamata
Mammalia
0,1

Combien d’espèces
0,01

Nombre d'espèces (x 1000)
NE
NE
NE
Espèces décrites
NE
NE
NE
Espèces restant à décrire
La biodiversité du sol:
la dernière frontière biotique

Combien
Combiend’espèces
Pour
les vers de terre:
d’espèces
• 3700 espèces décrites à l’échelle mondiale, 13 familles
• En France, principalement les Lumbricidae, 123 espèces
• Normandie: uniquement des Lumbricidae, > 20 espèces
Reynolds & Cook (1976),
Fragoso et al. (1999), Bouché
(1972), Decaëns et al. (2008)

•
La biodiversité du sol:
la dernière frontière biotique

•
Combien
Combiend’espèces

Pour
les vers de terre:
d’espèces
• Analyses
génétiques
(codes barres ADN)
Forte diversité
cryptique
→
Certaines « espèces
morphologiques » sont
des complexes
d’espèces
phénotypiquement
proches
→
Richard (2008), Richard et al. (2010),
Rougerie et al. (2009), King et al. (2008)
La biodiversité du sol:
la dernière frontière biotique
Lumbricus sp.

•


61
Combien
Combiend’espèces
Lumbricus sp.
Lumbricus sp.
Lumbricus sp.
Lumbricus sp.
Pour les vers de terre:
d’espèces
• Exemple de Lumbricus terrestris
• Deux haplotypes fortement divergents
• Distinction morphologique possible mais
difficile
Deux espèces distinctes
Lumbricus sp.
100 Lumbricus terrestris
Lumbricus terrestris
Lumbricus terrestris
100
C lus ter1 (N= 23)
120
140
55
Lumbricus terrestris
99 Lumbricus terrestris
Lumbricus rubellus
35
Lumbricus sp.
99
4
Lumbricus festivus
Lumbricus festivus
Lumbricus sp.
100
Lumbricus festivus
83
68 Lumbricus sp.
41 Lumbricus festivus
31
*
38
Lumbricus sp.
Lumbricus festivus
Lumbricus festivus
Lumbricus sp.
Lumbricus sp.
Lumbricus terrestris
C lus ter1
3
Lumbricus terrestris
87
160
C lus ter2
2
Lumbricus terrestris
Lumbricus terrestris
99
Weight (g)
1
Lumbricus terrestris
87
Lumbricus sp.
C lus ter2 (N= 18)
100
C1
Lumbricus sp.
Number of s egments
80
Lumbricus sp.
5
100
*
88
Lumbricus terrestris
Lumbricus terrestris
Lumbricus terrestris
Lumbricus sp.
6
65
L ength (mm)
Lumbricus terrestris
C2
Lumbricus sp.
Lumbricus terrestris
C lus ter2
C lus ter1
Lumbricus terrestris
*
Lumbricus sp.
Lumbricus sp.
100
120
140
160
180
Lumbricus castaneus
100
Richard (2008), Richard et al. (2010), James et al. (in prep)
0.02
Lumbricus castaneus
La biodiversité du sol:
la dernière frontière biotique


Le nombre de publications ne reflète
pas l’importance quantitative des
organismes édaphiques
Les organismes édaphiques ne sont
pas concernés par l’augmentation
générale des publications
Faune du sol
140
# de publications
Faible prise en comte des
organismes du sol dans les revues
de taxonomie ou de systématique
Faune non édaphique
120
100
J Zool Syst Evol Res
Zool J Linn Soc
80
60
40
20
0
1970
1980
1990
2000
2010
1200
# de publications

Combien d’espèces
ISI Web of Knowledge (2008)

1000
Zootaxa
800
600
400
200
0
2003
2004
2005
2006
2007
Année de publication
2008
La biodiversité du sol:
la dernière frontière biotique

Combien d’espèces

Probablement également manque d’intérêt de la part du grand public
Manque d’experts en taxonomie pour les taxons endogés
 A richesse égale, les taxons édaphiques sont moins bien
représentés sur le net comme dans la littérature scientifique

Faune non édaphique
Faune non édaphique
Faune édaphique
# de sites web (●) ou
de publications (○)
# de publications
scientifiques
ISI Web of Knowledge (2008),
GOOGLE search (2008),
Decaëns (in prep)
105
104
103
100
10
100
104
106
# de sites web
108
108
107
106
105
104
103
100
10
1
100
Faune édaphique
103
104
105
# d’espèces décrites
106
La biodiversité du sol:
la dernière frontière biotique

La « troisième frontière biotique »
1 – Communautés des grands
fonds sous marins
2 – Communautés des
canopées des forêts tropicales
2 – Communautés du sol
 25 % de la biodiversité
globale
 Moins de 10% des
espèces décrites
 Peu de spécialistes
Pycnogonid sp
 De nombreux sols sont
dégradés ou menacés
Morpho granadensis
Carabus sylvestris
Giller (1996), Brussaard (1997), Behan-Pelletier (1999),
André (2001), Wall, André (2002), Decaëns et al. (2008)
La biodiversité du sol:
la dernière frontière biotique

L’énigme de la biodiversité du sol

Comment autant d’espèces peuvent-elles co-exister localement?

Plusieurs hypothèses proposées:


Nature compacte et tridimensionnelle du sol  hétérogénéité dans la distribution
des ressources et multiplicité des axes de niche

Partition de niche très importante au sein des communautés

Capacité des détritus à supporter des réseaux trophiques complexes
Quelle est la dynamique de cette biodiversité dans le contexte des
changements globaux actuels?
La biodiversité du sol:
patrons macroécologiques

Déterminants de la biodiversité des sols: modèle
général
Pools d’espèces
Patrons
Domaines
d’échelle
Facteurs
POOL GLOBAL
Impacts humains
GLOBALE
Facteurs biogéographiques
Aire de répartition
Changements
climatiques
CONTINENT
Facteurs pédologiques, relief
Distribution locale
REGION
Structure paysagère
Dispersion
PAYSAGE
Changements
d’occupation du sol
Type de végétation
Survie
ECOSYSTEME
Coexistence
Érosion du sol
Pratiques agricoles
Interactions biotiques
PATCH
Introduction d’exotiques
POOL ACTUEL
Échelle spatiale
Decaëns et al. (2006)
La biodiversité du sol:
patrons macroécologiques

Relation d’abord décrite pour les
oiseaux
L’un des fondement de la
biogéographie insulaire (MacArthur &
Wilson 1967)

Peu d’étude en ce qui concerne la
faune du sol

Plusieurs facteurs explicatifs
possibles:
•
 nombre d’individus échantillonnés
•
 diversité en habitats
 des taux de spéciation et  taux
d’extinction
•
Richesse spécifique

Relations surface / richesse
Acari
1000
100
10
1
1
Richesse spécifique

Milieux continentaux
Milieux insulaires
10000
100
10
100 1000 104 105 106 107
Lumbricidae
10
1
10-4 10-3 10-2 0.1
1
10 100 103 104 105 106
Surface (km2)
D’après Maraun et al. (2007),
Rosenzweig (1995) dans Gaston (1998)
La biodiversité du sol:
patrons macroécologiques

Gradients latitudinaux
XIXe
Décrits dès le
(Humboldt &
Bompland 1807, Wallace 1853)
•
 des aires spécifiques vers l’équateur
•

•
Caractère cosmopolite de nombreux taxons
Peu de variation latitudinale dans la
qualité/quantité des ressources
•

500
400
300
200
100
0
0
 taux de spéciation, des surfaces, etc
Contestés pour ce qui concerne la
micro-faune / micro-flore:
Mis en évidence pour la mésofaune et
la macrofaune
Acari
10
20
30
40
50
60
70
80
Degrés de latitude (N ou S)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Nord Sud
Isoptera
Formicoidea
70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50
Degrés de latitude
D’après Kusnezov (1957)
Lavelle & Spain (2005), Maraun et al. (2007)
Gradients dans les caractéristiques des
habitats (hétérogénéité, productivité, etc)
•
Richesse spécifique

Richesse spécifique
600
La biodiversité du sol:
patrons macroécologiques
Fragmentation des habitats

Relations surface/richesse ou isolement/richesse des d’habitats
La fragmentation des habitats agit comme une contrainte de
dispersion sur l’assemblage des communautés
Quelques études uniquement sur la macrofaune du sol


Richesse spécifique
60
Termites
Saprophages
Sapro-xylophages
Intermédiaires
Géophages
50
40
30
20
10
Richesse (taxons par
échantillon)

7
5
4
3
2
1
0
0
Forêt
Fragments
Macroinvertébrés de la litière
6
0
25
50
75
100
Distance à la route (m)
Fonseca de Souza & Brown (1994), Haskell (1999)
La biodiversité du sol:
patrons macroécologiques

Facteurs locaux: perturbations / productivité

En théorie, le long de gradients
d’adversité (productivité,
perturbation, stress), la diversité
décrit une courbe en cloche

•
Extinction d’espèces dans les
conditions les plus adverses
•
Exclusion compétitive des
faibles compétiteurs dans les
conditions les moins adverses
Diversité
Reflète deux mécanismes
différents:
Extinction
Diversité

Exclusion compétitive
Productivité
Perturbations
/ stress
Influence combinée des contraintes d’habitat et des contraintes
d’interaction
Grime (1973), Connell (1978), Huston (1979)
La biodiversité du sol:
patrons macroécologiques


100
Facteurs locaux: perturbations / productivité
Courbe en cloche rarement observée pour
les organismes du sol
Plutôt une augmentation avec
éventuellement un plateau
Richesse spécifique
(moder)

22
20
18
16
14
0
10
20
Taux de C organique (%)
30
60
40
20
20
0
40
60
80
100
Richesse spécifique (mull)
Richesse spécifique
Diversité catabolique
Microflore
24
80
0
Contrôle par la disponibilité en ressource
• « Seuil compétitif » rarement atteint
•
D’après Degens et al. (2000), Dahmouche
& Matthieu (non publié), Schaeffer &
Schauermann (1990), Wardle (2002)
Microfaune
Mésofaune
Macrofaune
Lumbricidae
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
Taux de C organique (%)
La biodiversité du sol:
patrons macroécologiques
Microfaune
Mésofaune
Macrofaune
Facteurs locaux: perturbations / productivité
4

Pas d’études sur l’impact des perturbation
Nombreuses études sur l’impact de la mise
en culture des sols
Diversité sols cultivés < sols non-cultivés
Effets combinés productivité / perturbations



Indice de Shannon
(non-cultivé)

2
0
0
2
4
24
Microflore
22
20
18
16
Richesse spécifique
Diversité catabolique
Modifié d’après Decaëns et al.
(sous presse), Degens et al. (2000),
Wardle (1995)
Indice de Shannon (cultivés)
Lumbricidae
8
6
4
2
0
VN
FP
Pâturages
Cultures
Forêts
Prairies
Cultures
La biodiversité du sol:
patrons macroécologiques

Facteurs locaux: successions végétales

Théoriquement, la richesse spécifique  le long d’un gradient successionnel
Vrai pour la microflore, avec  bactéries /  champignons
Plus difficiles à prédire pour la faune


Modifications de la qualité des apports en MO par la végétation
Microflore
Collemboles
Macrodétritivores
40
14
AWCD
10
30
6
20
4
10
0
Richesse spécifique

Richesse spécifique
Modifié d’après Decaëns et al. (1997, 1998),
Chauvat et al. (2003, 2007)
  quantité et complexité de la MO
30
20
CA
P6
P20.5 P34.5 P44.5 P>49
10
8
6
Collembola
Lumbricidae
4
2
5
28
45
61
95
132
186
Age moyen de la parcelle forestière
CA
P0.5
P1.5
P6.5
P7.5
P32
Age moyen de la parcelle pâturée
La biodiversité du sol:
patrons macroécologiques

Facteurs locaux: interactions biotiques

 de la diversité endogée avec la diversité de la végétation

Influence au travers de la qualité / diversité des apports en MO
Influence au travers de leur impact sur le diversité en
microhabitats
25
3
Oribates
Indice de Shannon
Richesse spécifique
Modifié d’après Anderson (1978),
Kaneko & Salamanca (1999), Hansen
& Coleman (1998) dans Wardle (2002)

20
15
10
Oribates
cryptostigmatides
2
1
5
1
2
3
7
Richesse spécifique de la litière
1
2
Diversité des microhabitats
3
La biodiversité du sol:
patrons macroécologiques

Facteurs locaux: interactions biotiques

Les organismes
ingénieurs modifient les
conditions physiques du
sol
Influence l’accessibilité
aux ressources pour
d’autres organismes
édaphiques
Génèrent de
l’hétérogénéité dans la
distribution des
ressources et des
organismes édaphiques
Collemboles
*
3
2
2
1
1
0
0
+V
-V
Macrofaune
Richesse taxonomique

*
3
Indice de Shannon

Champignons
*
50
40
30
20
10
0
+V
-V
+V
-V
D’après Decaëns et al. (1999), Tiwari &
Mishra (1993), Loranger et al. (1998)
La biodiversité du sol:
patrons macroécologiques
Facteurs locaux vs régionaux
 Quel que soit la position latitudinale / la
taille du pool total d’espèces
 Suggère:
• Relation non linéaire entre diversité
régionale / diversité locale
• Saturation rapide des niches lors de
l’assemblage
 La richesse locale est contrôlée par
des facteurs locaux
Oligochaeta
8
6
4
2
0
Froide
Tempérée
Tropicale
12
10
Lumbricidae
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Richesse spécifique
10
D’apèrs Lavelle et al. (1995), Decaëns et al. (2008)
 9-10 espèces pour les vers de terre
 5-6 espèces pour les enchytraeidae
10
Richesse locale
moyenne
 Richesse locale des communautés
généralement limitée
Nombre de localités

La biodiversité du sol:
patrons macroécologiques

Facteurs locaux: interactions biotiques
 Patrons de cooccurrence non-aléatoires
 Exclusion spatiale intercommunautés
 Moins de co-occurrence
que dans d’autres groupes
animaux
20
SES du C-score
 Niveaux de cooccurrence observés <
simulations
25
15
Matrice totale
*
Milieux
Herbacés
*
Lumbricidae
Milieux boisés
*
10
Gotelli & McCabe (2002) Ecology
5
0
Vers de terre
Vertébrés
homéoth.
Poissons
Fourmis
Autres
invert.
 Les communautés sont fortement structurées par la compétition
D’après Decaëns et al. (sous presse)
La biodiversité du sol:
patrons macroécologiques

Facteurs locaux: interactions biotiques
 Certaines espèces ne co-existent jamais dans les communautés
naturelles
 Les espèces co-existant dans une communauté sont plus différentes
morphologiquement que des assemblages aléatoires
25
Vers de terre
Fourmis
10m
15
10
5
0
0
Assemblage B:
Ocnerodrilidae sp. /
Andiorhinus sp. /
Martiodrilus sp.
Assemblage A:
Aymara sp. /
Andiodrilus sp.
1
2
3
Taille corporelle
Assemblage réel
Assemblage aléatoire
Decaëns & Rossi (2001);
Decaëns et al. (sous presse),
Gotelli & Ellison (2002)
Fréquence
20
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Les valeurs des animaux du sol

Valeur intrinsèque (valeurs éthiques ou religieuses)
Valeurs instrumentales (usages effectifs ou potentiels)
• Valeurs économiques directes: espèces directement utilisées
(par exemple comme nourriture, etc)
• Valeurs économiques indirectes: espèces qui procurent des
bénéfices sans être directement prélevées (par exemple services
écosystémiques, potentiel touristique, etc)

La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Les valeurs instrumentales des animaux du sol

Valeurs économiques directes: utilisation pour la nourriture
•
Chez les amérindiens d’Amazonie: >100 espèces d’invertébrés du sol
Représente jusqu’à 60% des rations protéiniques pendant
certaines périodes de l’année
•
•
Très forte valeur nutritive
Fourmis commestibles (Atta)
Ramos-Elorduy 1997, Paoletti 2000, 2002, Decaëns et al. 2006
Vers de terre fumé « motto »
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Les valeurs instrumentales des animaux du sol

Usage indirecte pour l’approvisionnement en nourriture
Vers de fumier
Appâts pour la
pêche
Nourriture pour les animaux
Production de compost à partir
des détritus organiques
Primack 2000
IBOY group
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Les valeurs instrumentales des animaux du sol
Valeurs économiques indirectes: valeurs patrimoniales / récréatives
Grand nbre d’sp d’invertébrés
Vers de terre
65 sp d’oiseaux
(ex: > 100 Carabidae sp.)
= ressource clef
- 27 menacées
- 0 menacées

17 sp de mammifères
- 6 menacées
- 11 protégées
- 0 protégées
13 sp de reptiles
- 13 menacées
- 13 protégées
19 sp de batraciens
- 18 menacées
- 19 protégées
D’après Granval (1988), Fiers (1997)
- 63 protégées
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Les valeurs instrumentales des animaux du sol

Valeurs économiques indirectes: valeurs récréatives
 Valeur
patrimoniale
Grande
diversité de la
faune du sol
tropicale
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Valeurs éducatives

Programmes TV “C’est pas sorcier”
(France 3) sur les fourmis, les vers de
terre, etc

Guide pour des expérimentations sur la
décomposition des déchets organiques

Bandes dessinées
…
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Classification écologique
 En fonction des exigences écologiques
Aporrectodea caliginosa
Lumbricus castaneus
• Espèces endogées
• Espèces épigées
• Espèces anéciques
 Petite taille
 Vie dans la litière
 Ressource trophique: litière
fraîche
 Pas de réseau de galeries
 Impacts sur la fragmentation
de la litière fraîche
 Grande taille
 Vie dans le sol
 Ressource trophique: litière
fraîche
 Réseaux de galeries verticales
 Production d’agrégats et
impacts sur la dynamique de la
matière organique du sol
 Taille variable
 Vie dans le profil de sol
 Ressource trophique: matière
organique du sol
 Réseaux de galeries
horizontales
 Production d’agrégats et
impacts sur la dynamique de la
matière organique du sol
Lumbricus terrestris
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Classifications fonctionnelles
 Lavelle (1997) propose une classification principalement basée sur les domaines
fonctionnels interactions entre faune et microflore et la production de bio-structures
• Les microprédateurs
 Interactions avec microflore: prédation
 Biostructures: aucunes
 Fonctions: espèces clef de voûte, stimulent la minéralisation de la MO
 Principalement des microinvertébrés (nématodes et protozoaires)
• Les transformateurs de litière
 Interactions avec microflore: rhumen externe
 Biostructures holorganiques
 Fonctions: fragmentation de la MO fraîche, stimulation de l’activité
microbienne
 Principalement des méso- macroinvertébrés (collemboles, oribates, vers
épigés, diplopodes, etc)
• Les ingénieurs du sol
 Interactions avec microflore: symbiose digestive
 Biostructures principalement organo-minérales
 Fonctions: production d’agrégats, contrôle de la dynamique de la MO
 Principalement des macro-invertébrés (vers de terre, termites, fourmis) et des
vertébrés
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Les domaines fonctionnels
Porosphère
Réseau
trophique
Agrégatusphère
Racines
X
X
X
Termites
X
X
X
Plantes
X
X
X
Vers de terre
X
X
X
Fourmis
X
X
X
Abiotiques
X
X
X
Pores
Agrégats
Biota
D ’après Lavelle (2002)
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Les domaines fonctionnels
Domaines
fonctionnels
Racines
X
X
X
Rhizosphère
Termites
X
X
X
Termitusphère
Plantes
X
X
X
Système litière
Vers de terre
X
X
X
Drilosphère
Fourmis
X
X
X
Myrmécosphère
Abiotiques
X
X
X
Pores
Agrégats
Biota
D ’après Lavelle (2002)
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Les ingénieurs écologiques du sol
Sol
Changements
dans la structure
du sol
Matière et énergie
Sol
Ingénieur
Organismes
Organismes
Processus physico-chimiques
D’après Jones et al. (2004)
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Problème d’échelle
Ecosystème
Propriétés et services environnementaux
 Extrapolation à
l’échelle de
l’écosystème
Profil de sol
 Processus écologiques
 Propriétés du sol
 Biomasse racinaire
Domaine fonctionnel
 Traits des biostructures
 Propriétés physico-chimiques des
turricules
 Impacts à petite échelle sur
d’autres organismes
Individus
 Traits de vie
 Comportement alimentaire
 Production de déjections
Echelle spatiale
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques
Sélectivité alimentaire et propriétés des turricules
(b)
*
10
% de macroagrégats
Stables à l’eau
DPM des agrégats(cm)
(a)
8
6
4
2
0
T
ST
Densité apparente (g. cm-3)
 Les vers de terre ingèrent sélectivement un substrat riche en MO
 Turricules = macroagrégats organo-mineraux riches en MO et plus stables que
les agrégats de sol de taille comparable
*
80
70
60
50
40
30
20
10
0
(c)
*
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
T
ST
T
ST
 En Colombie, Martiodrilus sp produit jusqu’à 115 tonnes d’agrégats ha-1 an-1
 Il peut augmenter significativement la macroagrégation du sol à différentes échelles
Mariani (2001) thèse; Mariani et al. (2001) CRAS; Decaëns (2000)
BFS; Decaëns et al. (1999) Pedobiologia
Decaëns & Rossi (2001) Ecography

La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques
Mécanismes de digestion et impacts sur la dynamique de
la matière organique et des nutriments
(a)
*
7
6
5
4
3
2
1
(b)
N minéral (µg. g-1 soll sec)
 Ingestion et stimulation de microorganismes
 Turricules frais = incubateurs pour la
minéralisation de la MO
Tuddicules secs = agrégats stables
protégeant la MO contre la minéralisation
C total %

*
60
50
40
30
20
10
0
0
T
ST
T
ST
 En Colombie Martiodrilus sp peut produire jusqu’à 34 kg ha-1 an-1
d’N minéral dans ses turricules frais
 … protéger jusqu’à 9 tonnes ha-1 an-1 dans ses turricules secs
 Peut augmenter le stokage de C dans les sols à différentes
échelles
Decaëns et al. (1999) BFS; Decaëns et al. (1999) Pedobiologia; Decaëns & Rossi (2001) Ecography
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques
Impacts sur d’autres organismes
# de graines viables. 100g-1
(c)
*
10
(a)
(b)
*
300
sp de macroinvertebrés
 Les vers de terre contrôlent des
ressources trophiques ou spatiales pour
d’autres organismes du sol / plantes
g de racine sèches m-2

250
200
150
100
50
0
8
TS
TF
ST
50
*
40
30
20
10
0
T
ST
6
 Transport vertical de nombreuses graines viables de plantes
 En Colombie, Martiodrilus sp peut déposer à la surface du sol jusqu’à
900 graines m-2 chaque année
 Peut influencer la composition de la végétation en place
4
2
0
T
ST
Decaëns et al. (1999) BFS; Decaëns et al. (1999) ASE; Decaëns et al. (2003) Acta Oecol
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Impacts des vers de terre sur la productivité primaire
80
1.2
60
Effect size
Impact sur la production de grains (%)
1.6
40
20
0.8
0.4
0
-20
0.0
Sorgho
Riz
Maïs
Haricot
Blé
Pois
Arachide
Argileux Limoneux Sableux
Type de sol
Brown et al. (1999), Laossi et al. (2010)
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Impact de l’intensification agricole sur les communautés
d’invertébrés du sol
 Impacts quantitatifs sur la biomasse des invertébrés
 Impacts qualitatifs sur la diversité des communautés et de leurs productions
600
*
500
400
300
200
100
0
NS NP IP AC
12
*
10
8
6
4
2
0
NS IP AC
Gradient d’intensification agricole
NS IP AC
Decaëns et al. (1994) EJSB
Decaëns et al. (2000) ASE
*
(c)
Diversité des biostructures
40
35
30
25
20
15
10
5
0
(b)
cm3 de turricules de
surface m-2
g de bers de terre m-2
(a)
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques
7
R2= 0.69*
6
Indice ACE
(échelle de la ferme)
2 4 6 8
12
Impacts de l’intensification
agricole sur les communautés
de vers de terre
Richesse estimée
* (p = 5.53e-05)
5
4
3
2
1
0
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
Indice d’intensification
0.70
Indice ACE
(échelle du paysage)
0 2 4 6 8
12
Richesse spécifique

BPC BMB BPR CAF CSP CTR
Gradient d’intensification du paysage
Decaëns & Jiménez (2002), Decaëns et al. (non publié) projet AMAZ
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Impacts sur la mise à disposition de services et de biens
écosystémiques
qualitative
SOCIOECO
quantitative
0.36***
0.37***
0.23**
LANDSCAPE
0.19 * /0.23***
0.40***
0.36***
0.47***
0.30***
BIODIV
0.25***
PRODUCTION
0.58***
0.26***
Lavelle et al., résultats non publiés du projet AMAZ
ECOSYSTEM
SERVICES
 Il est important de comprendre:
• Les facteurs de contrôle de
la biodiversité du sol
• Les relations qui existent
entre biodiversité, services
environnementaux et durabilité
des systèmes agricoles
 Il est nécessaire de développer
des études multidisciplinaires
 Il est nécessaire d’aborder ces
questions à des échelles
appropriées
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Implication pour la gestion

Gestion directe:


Culture et inoculation d’organismes édaphiques dans les sols
où ils sont souhaités
Gestion indirecte

Favoriser l’activité et la diversité des organismes édaphiques
autochtones





Actions sur la fragmentation des habitats
Actions sur les ressources trophiques
Actions sur les perturbations et stress
Actions sur des organismes clefs (végétation, ingénieurs)
Gestion intégrée

Inoculation + gestion des ressources et des perturbations
La biodiversité du sol:
fonctions et valeurs écologiques

Les nouveaux challenges

Stimuler la recherche en taxonomie / systématique des
organismes édaphiques

Mettre au point des indices biologiques d’indication de la qualité
des sols

Donner un véritable statut de conservation aux organismes du
sol, notamment au travers de programmes éducatifs appropriés

Estimer les niveaux d’érosion de la biodiversité endogée et ses
conséquences fonctionnelles

Recherche de systèmes de culture intégrés permettant de
conserver les niveaux de biodiversité édaphique
La biodiversité du sol: patrons
macroécologiques et importance
pour le fonctionnement du sol
Thibaud Decaëns
Laboratoire d’Ecologie
UPRES-EA 1293 ECODIV
Université de Rouen
Journées nationales IPR - IGEN