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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: patrons macroécologiques et importance pour le fonctionnement du sol Thibaud Decaëns Laboratoire dEcologie UPRES-EA 1293 ECODIV

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La biodiversité du sol: patrons macroécologiques et importance

pour le fonctionnement du sol

Thibaud DecaënsLaboratoire d’Ecologie

UPRES-EA 1293 ECODIVUniversité de Rouen

Journées nationales IPR - IGEN

Page 2: La biodiversité du sol: patrons macroécologiques et importance pour le fonctionnement du sol Thibaud Decaëns Laboratoire dEcologie UPRES-EA 1293 ECODIV

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?

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Qu’est-ce qu’un organisme du sol?

Gobat et al. 1998, Wolters 2001

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

Les organismes du sol: Vivent dans le sol Au moins un stade actif de leur cycle biologique

La biodiversité du sol:la dernière frontière biotique

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Qu’est-ce qu’un organisme du sol?

1024

m

1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 10241 2 4 8 16 32 64 128 256 512

mm

Bacteria

FungiNématoda

ProtozoaAcari

CollembolaDiplura

SymphylaEnchytraedaeIsoptera / FormicoideaDiptera

IsopodaMyriapoda

ArachnidaColeoptera

MolluscaOligochaeta

Vertebrata

Microflore / microfaune Mesofaune Macro- et mégafaunes

Mo

difi

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rès

Sw

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l. (1

97

9)

100 μm 2 mm 20 mm

La biodiversité du sol: la dernière frontière biotique

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1 m2

1000 espèces d’invertébrés: 400 – 500 Acariens 60 – 80 Collemboles 90 Nématodes 60 Protozoaires 20 – 30 Enchytraeidae 10 – 12 Lumbricidae 15 Diplopodesetc

Torsvick et al. (1994), Hawksworth (2001), Schaefer et Schauermann (1990)

1 g

> 4000 génotypesbactériens> 2000 sp de champignons saprophages

Combien d’espèces ?

La biodiversité du sol: la dernière frontière biotique

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Combien d’espèces?

Nombre total d’espèces vivantes décrites:

~ 1 à 2 millions

Microorganismes5%Autres

animaux54% Animaux

du sol23%

Plantes18%

Autresarthropodes

14%

Autres insectes20%

Coleoptera48%

Oligochaeta1%

Vertébrés<1%

Autres1%

Microorganismes11%

Protozoaires5%

Composition taxonomique des

organismes du sol

Mo

difi

é d

’ap

rès

De

caë

ns

et

al.

(20

06

)La biodiversité du sol: la dernière frontière biotique

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Combien d’espèces Connaissance

taxonomique souvent faible

D’autant plus faible que les organismes sont de petite taille

R2= 0,41

0102030

405060708090

1m 100m 10mm 1m

Taille corporelle moyenne

% d

’es

pèc

es

déc

rite

s /

div

ersi

esti

e

0,0

1

0,1 1

10

10

0

10

00

10

00

0

BacteriaFungi

NematodaProtozoa

AcariCollembola

DipluraSymphyla

EnchytraeidaeIsoptera

FormicoideaDiptera

IsopodaChilopoda

DermapteraBlattoideaDiplopodaArachnida

ColeopteraMollusca

PauropodaOligochaeta

Caecilian Sqamata

Mammalia

Nombre d'espèces (x 1000)

NE

NE

NE

NE

NE

NENE

NE

NENE

NE

Espèces décrites

Espèces restant à décrire

Tai

lle c

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relle

des

tax

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Mo

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00

6)

La biodiversité du sol: la dernière frontière biotique

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• Combien d’espèces Pour les vers de terre:• 3700 espèces décrites à l’échelle mondiale, 13 familles• En France, principalement les Lumbricidae, 123 espèces• Normandie: uniquement des Lumbricidae, > 20 espèces

Re

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08

)

Combien d’espèces

La biodiversité du sol: la dernière frontière biotique

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• Combien d’espèces Pour les vers de terre:

• 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)

Combien d’espèces

La biodiversité du sol: la dernière frontière biotique

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Lumbricus sp.

Lumbricus sp.

Lumbricus sp.

Lumbricus sp.

Lumbricus sp.

Lumbricus sp.

Lumbricus sp.

Lumbricus terrestris

Lumbricus terrestris

Lumbricus terrestris

Lumbricus sp.

Lumbricus terrestris

Lumbricus terrestris

Lumbricus terrestris

Lumbricus terrestris

Lumbricus terrestris

Lumbricus terrestris

Lumbricus rubellus

Lumbricus sp.

Lumbricus festivus

Lumbricus festivus

Lumbricus sp.

Lumbricus festivus

Lumbricus sp.

Lumbricus festivus

Lumbricus sp.

Lumbricus sp.

Lumbricus festivus

Lumbricus festivus

Lumbricus sp.

Lumbricus sp.

Lumbricus terrestris

Lumbricus terrestris

Lumbricus terrestris

Lumbricus terrestris

Lumbricus sp.

Lumbricus terrestris

Lumbricus sp.

Lumbricus terrestris

Lumbricus terrestris

Lumbricus sp.

Lumbricus sp.

Lumbricus castaneus

Lumbricus castaneus

99

68

38

31

41

8

• Combien d’espèces Pour les vers de terre:• Exemple de Lumbricus terrestris• Deux haplotypes fortement divergents• Distinction morphologique possible mais difficile

Deux espèces distinctes

Richard (2008), Richard et al. (2010), James et al. (in prep)

Combien d’espèces

C luster1 (N= 23)

C luster2 (N= 18)

Number of segments

80 100 120 140 160

Weight (g)

1 2 3 4 5 6

L ength (mm)

100 120 140 160 180

C luster1

C luster2

C luster1

C luster2

*

*

*

C luster1 (N= 23)

C luster2 (N= 18)

Number of segments

80 100 120 140 160

Weight (g)

1 2 3 4 5 6

L ength (mm)

100 120 140 160 180

C luster1

C luster2

C luster1

C luster2

C luster1 (N= 23)

C luster2 (N= 18)

C luster1 (N= 23)

C luster2 (N= 18)

Number of segments

80 100 120 140 160

Number of segments

80 100 120 140 160

Weight (g)

1 2 3 4 5 6

Weight (g)

1 2 3 4 5 6

L ength (mm)

100 120 140 160 180

L ength (mm)

100 120 140 160 180

C luster1

C luster2

C luster1

C luster2

C luster1

C luster2

C luster1

C luster2

*

*

*

C1

C2

La biodiversité du sol: la dernière frontière biotique

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Combien d’espèces

Année de publication

# d

e p

ub

lic

atio

ns J Zool Syst Evol Res

Zool J Linn Soc

0

20

40

60

80

100

120

140

1970 1980 1990 2000 2010

Faune non édaphique

Faune du sol

0

200

400

600

800

1000

1200

2003 2004 2005 2006 2007 2008

Zootaxa

# d

e p

ub

lic

atio

ns

Faible prise en comte des organismes du sol dans les revues de taxonomie ou de systématique

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

ISI W

eb

of K

no

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dg

e (2

00

8)

La biodiversité du sol: la dernière frontière biotique

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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

10

100

103

104

105

100 104 106 108

# de sites web

# d

e p

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ns

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Faune non édaphique

Faune édaphique

1

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104

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108

100 103 104 105 106

# d’espèces décrites

# d

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Faune non édaphique

Faune édaphique

ISI

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)

La biodiversité du sol: la dernière frontière biotique

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La « troisième frontière biotique »1 – Communautés des grands fonds sous marins

Pycnogonid sp

2 – Communautés des canopées des forêts tropicales

Morpho granadensis

Giller (1996), Brussaard (1997), Behan-Pelletier (1999), André (2001), Wall, André (2002), Decaëns et al. (2008)

2 – Communautés du sol

Carabus sylvestris

25 % de la biodiversité globale

Moins de 10% des espèces décrites

Peu de spécialistes

De nombreux sols sont dégradés ou menacés

La biodiversité du sol: la dernière frontière biotique

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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: la dernière frontière biotique

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Déterminants de la biodiversité des sols: modèle général

Éch

elle

te

mp

ore

lle

Échelle spatiale

Impacts humains

Changementsclimatiques

Érosion du sol

Changementsd’occupation du sol

Pratiques agricoles

Introduction d’exotiques

Aire de répartition

Distribution locale

Dispersion

Survie

Coexistence

Patrons

Facteurs biogéographiques

Structure paysagère

Interactions biotiques

Facteurs pédologiques, relief

Type de végétation

Facteurs

REGION

PATCH

PAYSAGE

ECOSYSTEME

CONTINENT

GLOBALE

Domaines d’échelle

POOL ACTUEL

POOL GLOBAL

Pools d’espèces

Decaëns et al. (2006)

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques

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Relations surface / richesse

1

10

100

1000

10000

1 10 100 1000 104 105 106 107

Ric

hes

se

sp

écif

iqu

e

Milieux continentaux

Milieux insulaires Acari

1

10

100

10-3 0.1 1 10 100 103 104

Ric

hes

se

sp

écif

iqu

e

Surface (km2)

Lumbricidae

10-4 10-2 105 106

D’après Maraun et al. (2007),Rosenzweig (1995) dans Gaston (1998)

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

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques

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Gradients latitudinaux Décrits dès le XIXe (Humboldt &

Bompland 1807, Wallace 1853)

• des aires spécifiques vers l’équateur

• Gradients dans les caractéristiques des habitats (hétérogénéité, productivité, etc)

• taux de spéciation, des surfaces, etc

Contestés pour ce qui concerne la micro-faune / micro-flore:

• Caractère cosmopolite de nombreux taxons

• Peu de variation latitudinale dans la qualité/quantité des ressources

Mis en évidence pour la mésofaune et la macrofaune

D’a

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95

7)

La

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5), M

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l. (20

07

)

020406080

100120140160180200

70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40

Ric

hes

se

sp

écif

iqu

e

Degrés de latitude

50

Nord Sud

IsopteraFormicoidea

Acari

Ric

hes

se

sp

écif

iqu

e

0

100

200

300

400

500

600

Degrés de latitude (N ou S)

0 10 20 30 40 50 60 70 80

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques

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0

10

20

30

40

50

60

Forêt Fragments

Ric

hes

se

sp

écif

iqu

e SaprophagesSapro-xylophagesIntermédiairesGéophages

Termites

Fragmentation des habitats

Fonseca de Souza & Brown (1994), Haskell (1999)

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

0 25 50 75 1000

1

2

3

4

5

6

7

Ric

hes

se

(tax

on

s p

aréc

han

till

on

)

Distance à la route (m)

Macroinvertébrés de la litière

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques

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Facteurs locaux: perturbations / productivité

ProductivitéD

ive

rsit

éPerturbations

/ stress

Div

ers

ité

Exclusion compétitive

Extinction

En théorie, le long de gradients d’adversité (productivité, perturbation, stress), la diversité décrit une courbe en cloche

Reflète deux mécanismes différents:

• Extinction d’espèces dans les conditions les plus adverses

• Exclusion compétitive des faibles compétiteurs dans les conditions les moins adverses

Influence combinée des contraintes d’habitat et des contraintes d’interaction

Grime (1973), Connell (1978), Huston (1979)

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques

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Facteurs locaux: perturbations / productivité

14

16

18

20

22

24

10 20

Div

ers

ité

ca

tab

oli

qu

e Microflore

0 30Taux de C organique (%)

0

20

40

60

80

100

40 80

Ric

hes

se

sp

écif

iqu

e(m

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er)

0Richesse spécifique (mull)

20 60 100

Microfaune

Mésofaune

Macrofaune

D’a

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an

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19

90

),

Wa

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(2

00

2)

Courbe en cloche rarement observée pour les organismes du sol

Plutôt une augmentation avec éventuellement un plateau• Contrôle par la disponibilité en ressource• « Seuil compétitif » rarement atteint

0

2

4

6

8

10

10 20

Ric

hes

se

sp

écif

iqu

e Lumbricidae

0 30

Taux de C organique (%)40

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques

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Facteurs locaux: perturbations / productivité

Mo

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De

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)

0

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8

Forêts Prairies Cultures

Ric

hes

se

sp

écif

iqu

e Lumbricidae

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 0

2

4

2 4

Ind

ice

de

Sh

ann

on

(no

n-c

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ivé)

0Indice de Shannon (cultivés)

Microfaune

Mésofaune

Macrofaune

16

18

20

22

24

Div

ers

ité

ca

tab

oli

qu

e

CulturesVN PâturagesFP

Microflore

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques

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Facteurs locaux: successions végétales

Mo

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De

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ns

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al.

(19

97

, 1

99

8),

C

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t e

t a

l. (2

00

3,

20

07

)

Age moyen de la parcelle forestière

0

10

20

30

5 28 45 61

AW

CD

Rich

esse s

pécifiq

ue

6

10

14Collemboles

Microflore

Macrodétritivores

95 132 186

4

Théoriquement, la richesse spécifique le long d’un gradient successionnel Vrai pour la microflore, avec bactéries / champignons Plus difficiles à prédire pour la faune

quantité et complexité de la MO Modifications de la qualité des apports en MO par la végétation

Ric

hes

se

sp

écif

iqu

e

20

30

40

CA P6 P20.5 P34.5 P44.5 P>49

2

4

6

8

CA P0.5 P1.5 P6.5 P7.5 P32

10

Age moyen de la parcelle pâturée

Collembola

Lumbricidae

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques

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Mo

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An

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19

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),

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19

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), H

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ns

Wa

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(2

00

2)

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

Diversité des microhabitats

1

2

3

1 2

Ind

ice

de

Sh

ann

on

3

Oribatescryptostigmatides

Richesse spécifique de la litière

5

20

25

Ric

hes

se

sp

écif

iqu

e Oribates

10

15

71 2 3

Facteurs locaux: interactions biotiques

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques

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Facteurs locaux: interactions biotiques

D’après Decaëns et al. (1999), Tiwari & Mishra (1993), Loranger et al. (1998)

0

10

20

30

40

50

+V -V

Ric

hes

se

taxo

no

miq

ue

0

1

2

3

+V -V

Ind

ice

de

Sh

ann

on

MacrofauneChampignons

**

0

1

2

3

+V -V

Collemboles

*

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

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques

Page 25: La biodiversité du sol: patrons macroécologiques et importance pour le fonctionnement du sol Thibaud Decaëns Laboratoire dEcologie UPRES-EA 1293 ECODIV

Facteurs locaux vs régionaux

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l. (1

99

5),

De

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et

al.

(20

08

)

Richesse locale des communautés généralement limitée

9-10 espèces pour les vers de terre 5-6 espèces pour les enchytraeidae

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

0

2

4

6

8

Froide Tempérée Tropicale

Ric

hes

se

loca

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oye

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10 Oligochaeta

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Richesse spécifique

No

mb

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tés Lumbricidae

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques

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Facteurs locaux: interactions biotiques

0

5

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20

25

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Vers de terre

Matrice totale*

MilieuxHerbacés

*

Milieux boisés*

Poissons Autresinvert.

Vertébréshoméoth.

Fourmis

Gotelli & McCabe (2002) Ecology

Patrons de co-occurrence non-aléatoires

Niveaux de co-occurrence observés < simulations

Exclusion spatiale inter-communautés

Moins de co-occurrence que dans d’autres groupes animaux

Les communautés sont fortement structurées par la compétition

D’après Decaëns et al. (sous presse)

Lumbricidae

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques

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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

Decaëns &

Rossi (2001);

Decaëns et al. (sous p

resse),

Gotelli &

Ellison

(2002)

10m

Assemblage A: Aymara sp. / Andiodrilus sp.

Assemblage B: Ocnerodrilidae sp. / Andiorhinus sp. / Martiodrilus sp.

Vers de terre

Taille corporelle

0

15

25

2

Fré

qu

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31

5

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20

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Assemblage réel

Assemblage aléatoire

Fourmis

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques

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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

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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

Ramos-Elorduy 1997, Paoletti 2000, 2002, Decaëns et al. 2006

Fourmis commestibles (Atta) Vers de terre fumé « motto »

La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

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Les valeurs instrumentales des animaux du sol Usage indirecte pour l’approvisionnement en nourriture

Vers de fumier

Primack 2000IBOY group

Appâts pour la pêche Nourriture pour les animaux

Production de compost à partir des détritus organiques

La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

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Les valeurs instrumentales des animaux du sol Valeurs économiques indirectes: valeurs patrimoniales / récréatives

Vers de terre= ressource clef

D’après G

ranval (1988), F

iers (1997)

65 sp d’oiseaux- 27 menacées- 63 protégées

17 sp de mammifères- 6 menacées- 11 protégées

19 sp de batraciens- 18 menacées- 19 protégées

Grand nbre d’sp d’invertébrés(ex: > 100 Carabidae sp.)- 0 menacées- 0 protégées

13 sp de reptiles- 13 menacées- 13 protégées

La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

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Les valeurs instrumentales des animaux du sol Valeurs économiques indirectes: valeurs récréatives

Grandediversité de la faune du sol tropicale

Valeur patrimoniale

La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

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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

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Classification écologique En fonction des exigences écologiques

• Espèces anéciques

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

• Espèces endogées

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

• Espèces épigées

Petite taille Vie dans la litière Ressource trophique: litière fraîche Pas de réseau de galeries Impacts sur la fragmentation de la litière fraîche

Aporrectodea caliginosa Lumbricus castaneus Lumbricus terrestris

La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

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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

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Les domaines fonctionnels

Racines

Termites

Plantes

Vers de terre

Fourmis

Abiotiques

X

Pores Agrégats Biota

X X

X X X

X X X

X X X

X X X

X X X

Porosphère Réseautrophique

Agrégatusphère

D ’après Lavelle (2002)

La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

Page 37: La biodiversité du sol: patrons macroécologiques et importance pour le fonctionnement du sol Thibaud Decaëns Laboratoire dEcologie UPRES-EA 1293 ECODIV

Les domaines fonctionnels

Rhizosphère

Termitusphère

Système litière

Drilosphère

Myrmécosphère

Racines

Termites

Plantes

Vers de terre

Fourmis

Abiotiques

X

Pores Agrégats Biota

X X

X X X

X X X

X X X

X X X

X X X

Domainesfonctionnels

D ’après Lavelle (2002)

La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

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Organismes

Sol Organismes

Sol

Matière et énergie

D’après Jones et al. (2004)

Processus physico-chimiquesIngénieur

Les ingénieurs écologiques du sol

La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

Changements dans la structure

du sol

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Problème d’échelle

Comportement alimentaire Production de déjections

Individus Traits de vie

Propriétés physico-chimiques des turricules Impacts à petite échelle sur d’autres organismes

Echelle temporelle

Echelle spatiale

Domaine fonctionnel Traits des biostructures

Propriétés du sol Biomasse racinaire

Profil de sol Processus écologiques

Extrapolation à l’échelle de l’écosystème

EcosystèmePropriétés et services environnementaux

La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

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Sélectivité alimentaire et propriétés des turricules

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2

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*(c)

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

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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

La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

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Mécanismes de digestion et impacts sur la dynamique de la matière organique et des nutriments

0

1

2

3

4

5

6

7

T STC

tot

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*(a)

0

10

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60

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g-1 s

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sec) *

(b) Ingestion et stimulation de micro-organismes Turricules frais = incubateurs pour la minéralisation de la MOTuddicules secs = agrégats stables protégeant la MO contre la minéralisation

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

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Impacts sur d’autres organismes Les vers de terre contrôlent des ressources trophiques ou spatiales pour d’autres organismes du sol / plantes

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

Decaëns et al. (1999) BFS; Decaëns et al. (1999) ASE; Decaëns et al. (2003) Acta Oecol

0

50

100

150

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250

300

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La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

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Impacts des vers de terre sur la productivité primaire

80

60

40

20

0

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Sorgho Riz Maïs Haricot Blé Pois Arachide

Imp

ac

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(%)

Brown et al. (1999), Laossi et al. (2010)

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

ArgileuxLimoneux Sableux

Type de sol

Effe

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La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

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Impact de l’intensification agricole sur les communautés d’invertébrés du sol

05

10152025

303540

NS NP IP AC

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0

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0

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12

NS IP AC

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(c)

Impacts quantitatifs sur la biomasse des invertébrés Impacts qualitatifs sur la diversité des communautés et de leurs productions

De

caë

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al.

(19

94

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SE

Gradient d’intensification agricole

La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

Page 45: La biodiversité du sol: patrons macroécologiques et importance pour le fonctionnement du sol Thibaud Decaëns Laboratoire dEcologie UPRES-EA 1293 ECODIV

Impacts de l’intensification agricole sur les communautés de vers de terre

Decaëns & Jiménez (2002), Decaëns et al. (non publié) projet AMAZ

R2= 0.69*

0

1

2

3

4

5

6

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Ric

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péc

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Indice d’intensification

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.702

46

812

Richesse estimée

Indi

ce A

CE

(éch

elle

de

la fe

rme) * (p = 5.53e-05)

BPC BMB BPR CAF CSP CTR

Gradient d’intensification du paysage

Indi

ce A

CE

(éch

elle

du

pays

age)

02

46

812

La biodiversité du sol:fonctions et valeurs écologiques

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Impacts sur la mise à disposition de services et de biens écosystémiques

BI ODI V

SOCI OECO

LANDSCAPE

PRODUCTI ON

quantitativequalitative

0.37***0.23**

0.36***

0.58***

ECOSYSTEMSERVI CES

0.36***

0.25***

0.19 */0.23***0.40***

0.26***

0.47***

0.30***

Lavelle et al., résultats non publiés du projet AMAZ

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

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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

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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:fonctions et valeurs écologiques

Page 49: La biodiversité du sol: patrons macroécologiques et importance pour le fonctionnement du sol Thibaud Decaëns Laboratoire dEcologie UPRES-EA 1293 ECODIV

Thibaud DecaënsLaboratoire d’Ecologie

UPRES-EA 1293 ECODIVUniversité de Rouen

La biodiversité du sol: patrons macroécologiques et importance

pour le fonctionnement du sol

Journées nationales IPR - IGEN