Qualite microbiologique sols_l_ranjard_vegenov_29062017
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Cette présentation sur la "qualité microbiologique des sols : bilan et intérêt pour les productions agricoles" a été réalisée par Lionel Ranjard (INRA Dijon) à l'occasion d'un séminaire sur la thématique "sol et biodiversité microbienne" organisé par Vegenov le 29 juin 2017.
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- 1. La qualité microbiologique des sols : bilan et intérêt pour les productions agricoles L. RANJARD UMR Agroécologie - INRA Dijon
- 2. Croissance des végétaux Les sols, c’est la vie ! Réserve de matériaux Epuration de l’eau Régulation de l’atmosphère Habitat Ressources génétiques Régulation du cycle de l’eau Les sols rendent de très nombreux services… d’après Blanchart et al.
- 3. Le sol est un milieu « vivant » Modifié d’après Swift et al. (1979) 1024 µm 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 10241 2 4 8 16 32 64 128 256 512 mm Bactéries Champignons Protozoaires Nématodes Acariens Collemboles Diploures Symphyles Enchytréides Isoptères / Fourmis Diptères Isopodes Myriapodes Aranéides Coléoptères Mollusques Oligochètes Vertébrés Microorganismes Mésofaune Macrofaune 100 µm 2 mm 20 mm MégafauneMicrofaune Tardigrades Végétaux de l’infiniment pe=t au visible
- 4. v Bactéries 100 millions à 1 milliard v Champignons 1 à 3 mètres de mycélium v Protozoaires Quelques millions v Nématodes 1000 à 2000 v Arthropodes Jusqu’à 100 v Oligochètes 5 Combien d’individus ? Le sol est un milieu « vivant » 1 hectare 1 g sol 2500 kg C 3500 kg C 250 kg C 1-5000 Kg C Total > 6-10 UGB
- 5. D’après Decaëns. Torsvick et al. (1994), Hawksworth (2001), Schaefer et Schauermann (1990) 1 m2 1000 espèces d’invertébrés: Ø 400 – 500 Acariens Ø 60 – 80 Collemboles Ø 90 Nématodes Ø 60 Protozoaires Ø 20 – 30 Enchytréides Ø 10 – 12 Lombriciens Ø 15 Diplopodes etc 1 g > 1000 000 espèces de bactéries > 100 000 sp de champignons Combien d’espèces ? Le sol est un milieu « vivant »
- 6. Les communautés microbiennes, bioindicateurs pertinents de la qualité des sols Enorme capacité d’adaptation Temps de génération court Réponse rapide aux modifications environnementales Petite taille Plasticité du génome Implications dans de nombreuses fonctions Lutte contre pathogènes Minéralisation matière organique, recyclage carbone, nutriments Structuration du sol Dépollution du sol Matière organique (humus) C-H-O-N-S microorganismes NH4 + NO3 - 6 Enorme abondance et diversité 106 champignons 103 espèces 109 bactéries 106 espèces 1g sol
- 7. La biodiversité – une assurance pour l’avenir ! Une loi écologique forte : l’assurance écologique (Loreau 2000) Biodiversité ProducIvité (fer'lité, santé des plantes) Stabilité (résistance, résilience) DURABILITE (des productions, du patrimoine biologique) Biodiversité = assurance à court et moyen termes
- 9. Lien biodiversité – minéralisaIon de la maIère organique du sol PA Maron et al. Temps (jours) QuanIté de CO2 émis (mg C-C02 / g de sol) 0 2 4 6 8 10 0 10 20 30 40 50 60 DégradaIon de la maIère organique des sols Baisse de la de biodiversité du sol = réducIon de la minéralisaIon de la MaIère Organique Baisse de la ferIlité biologique du sol Intensité de la dégradaIon de la MaIère organique des sols CO2 élevée moyenne faible Biodiversité
- 10. Lien diversité microbienne – qualité sanitaire des sols Piveteau et al, INRA Dijon Survie de Listeria monocitogenes dans le sol en foncIon de la diversité microbienne Biodiversité = Barrière aux espèces invasives (pathogènes) Nbre cellules Listeria vivantes Biodiversité > > Survie pathogène > > élevée moyenne faible moyenne courte longue
- 11. Racines de plantes Biodiversité élevée RéducIon de la biodiversité du sol = réducIon de la producIon végétale Lien biodiversité microbienne – croissance végétale Biodiversité faible 0" 20" 40" 60" 80" 100" 120" 1" 2" 3" 4" stérile" Non"stérile" 0" 100" 200" 300" 400" 500" 600" 700" 800" 900" 1" 2" 3" 4" stérile" Non"stérile" Luzerne Sans NPK Avec NPK Biodiversité faible Biodiversité faible Biodiversité élevée Biodiversité élevée Surface foliaire Surface foliaire Temps (semaines) 0" 500" 1000" 1500" 2000" 2500" 3000" 3500" 1" 2" 3" 4" Sol"stérile" Sol"Non"stérile" Blé Biodiversité élevée Biodiversité faible Surface foliaire Temps (semaines)
- 15. Une iniIaIve française et structurante : ECOMIC-RMQS RMQS : Réseau de Mesure de la Qualité des Sols, mis en place en 2002, grille d’échantillonnage des sols français : 16 kmx16km sur toute la France ⇒ 2200 sites ICP Forest niveau 1ICP Forest niveau 1ICP Forest niveau 1 Cartographie de la qualité des sols basée uniquement sur les paramètres physico-chimiques : - texture, pH, Corg tot, Norg, Ca, Na, Mg, ETM, … - relevés floristiques précis, géo-référencement des sols, description du paysage, enquête sur l’occupation des sols… ECOMIC-RMQS Prise en compte de la composante microbienne (abondance et diversité) Grande variabilité de mode d’usage et de types de sols Classe texturale Mode d’usage
- 18. 500 1000 1500 2000 Crop_system Forest Grassland Vineyards_and_Orchards NbOTUs RelaIon entre diversité bactérienne et mode d’usage Forêts et prairies présentent un plus faible nombre d’espèces que les sites cul'vés. Cultures et vignes possèdent une diversité bactérienne comparable. PerturbaIon intermédiaire favorise la diversité bactérienne. STRESS DIVERSITE GC, Vignes Forêts Prairies Gde culture Forêts Prairies Vignes Nbre d’espèces bactériennes
- 20. « patchy »« spotty » Karimi et al., 2017. The ISMEj in revision
- 21. Des ouIls de recherche qui deviennent des indicateurs Biomasse moléculaire microbienne Diversité bactérienne des sols Nombre'de'taxons' Forte influence du type de sol Faible influence du climat Influence significaIve du mode d’usage Y=β0+∑(βjXj+ βjX²j)+∑∑ βjkXjXk+ε Modèle prédicIf : Valeur de référence écologique pour un type pédoclimaIque DiagnosIc d’état biologique « Indicateur naIonal sol » « Indicateur naIonal sol » Dequiedt et al., 2011 Glob Ecol Biogeo Ranjard et al., 2013 Nature Comm; Horrigue et al., 2016 Ecol Indic. Terrat et al., 2017, in press RMQS
- 22. Faits marquants RéférenIel – Mise au point de modèles prédicIfs sur la biomasse et la biodiversité des sols Biomasse moléculaire Modèle polynomial non linéaire Y=β0+∑(βjXj+ βjX²j)+∑∑ βjkXjXk+ε Biodiversité (modèle finalisé) 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 Valeurs prédites Biomasse moléculaire prédite Biomasse moléculaire mesurée Niveau'Bas'' Niveau'Haut''Niveau'Moyen'' Horrigue et al., 2016 Ecol Indic. Terrat et al., 2017. Plos One
- 24. Réseau microbien Par mode d’usage 123$Vi'culture$+$ $ 248$exploitants$ 24$extérieurs$vi's$+$20$GC$ $ 125$Gde$culture$ 0" 10" 20" 30" 40" 50" 60" 70" Forest" Grassland" Crop" Vigne" L" 0" 0,02" 0,04" 0,06" 0,08" 0,1" 0,12" Forest" Grassland" Crop" Vigne" connectance" 0" 0,05" 0,1" 0,15" 0,2" 0,25" 0,3" 0,35" 0,4" 0,45" 0,5" Forest" Grassland" Crop" Vigne" connec:vity"
- 26. Biomasse moléculaire microbienne Diversité bactérienne Physico-chimie du sol > mode d’usage agronomique Physico-chimie du sol = mode d’usage agronomique ≠ Sols Forêts > Sols gde culture Sols gde culture > Sols forêts (impact posiIf du labour) Biomasse moléculaire microbienne et diversité bactérienne Richesse bactérienne (OTU 95%) 850 1761 0 1 0 500 1000 γ/2 Distance (m) Constancias et al., 2015
- 28. Paysage agricole en Bretagne Paysage de Naizin, 12 km2, 200 sites d’échan'llonnage Grande culture, polyculture élevage, Variabilité des pra'ques agricoles : - prairie dans la rota'on, travail du sol et usage des pes'cides.
- 31. 18,974 27,052 34,334 32,101 33,450 39,814 39,216 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 SN T1 T5 T6 T7 T8 T10 µg d'ADN / g de sol sec d c b b b a a Impact du travail du sol sur la biomasse microbienne du sol Labour Non Labour Cipan Cipan Impact du labour, effet posiIf des CIPAN 16,55 23,98 36,65 33,58 26,93 34,63 38,30 0 20 40 60 SN T1 T5 T6 T7 T8 T10 mai 16,92 25,94 29,69 28,11 32,13 39,67 39,18 0 20 40 60 SN T1 T5 T6 T7 T8 T10 juillet 20,54 23,31 30,90 34,80 33,00 36,34 34,68 0 20 40 60 SN T1 T5 T6 T7 T8 T10 septembre 27,54 27,13 38,51 35,93 39,68 48,37 45,99 0 20 40 60 SN T1 T5 T6 T7 T8 T10 novembre Indicateur stable dans le temps Effet CIPAN toute l’année
- 32. Analyse de la diversité taxonomique des communautés microbiennes de l’essai environnement Labour augmente la diversité bactérienne et baisse la diversité de champignons Communautés bactériennes Communautés champignons 800 1000 1200 1400 1600 1800 Labour Semis Direct Nombre d’espèces champignons 800 1000 1200 1400 1600 1800 Labour Semis Direct Nombre d’espèces bactéries a b b a Impact du travail du sol
- 37. L Ranjard INRA UMR Agroécologie, centre INRA Dijon E Vérame Observatoire Français des sols vivants, Domaine de Danne Programme CASDAR AgrInnov
- 39. AgrInnov Valider des outils opérationnels de type bioindicateurs pour équiper les agriculteurs afin qu’ils puissent évaluer l’impact de leurs pratiques sur la biologie de leur sol Monde Agricole Monde de la recherche CASDAR (2011-2015)
- 41. Tableau de bord d’indicateurs Indicateurs élémentaires Test bêche Abondance/diversité microbienne Abondance diversité lombrics Abondance diversité nématodes LEVAbagMD Physico-chimie Le plus, le mieux ! Le moins, le mieux ! Optimum
- 42. Tableau de bord Indicateurs de synthèse Patrimoine Biologique Assurance Ecologique Abondance, diversité et équilibre biologique des organismes vivants du sol Seuil d’alerte Op'mum Parcelle analysée Biomasse(( microbienne( Diversité(bactérienne( Diversité(champignons( Abondance(nématodes(libres(Diversité(nématodes( Indice(structure(nématodes( Diversité(lombrics( Un mauvais indicateur de Patrimoine/Assurance écologique peut être du : - mauvais état structural du sol et/ou - faibles ressources nutriIves (quanIté et qualité de maIère organique) et/ou - polluIon significaIve du sol (organique ou métallique) Une mauvaise assurance écologique peut entraîner une mauvaise résistance et capacité de réhabilitaIon du foncIonnement biologique du sol et donc une faible durabilité des praIques FerIlité biologique du sol Indicateurs agronomiques et biologiques Seuil d’alerte Op'mum Parcelle analysée 0" 2" 4" 6" 8" 10" Diversité)bactérienne) Test)bèche) Li2er)bag) Diversité)champignons) Ra8o)champignons)/)bactéries)Abondance)nématodes)libres) Indice)d’enrichissement)) nématodes) Abondance)lombric) Anécique) Abondance)lombric) Endogée) FerIlité biologique faible FerIlité biologique moyenne Bonne ferIlité biologique Une ferIlité biologique faible peut entraîner une mauvaise dégradaIon de la maIère organique du sol ou de celle apportée sous forme de résidus ou d’amendements Patrimoine*/ Assurance* cri0que** à*améliorer* Patrimoine*/ Assurance* non*cri0que** à*surveiller* Bon*état*du* Patrimoine*/* Assurance*
- 45. Résultats - PAR GROUPE - INDIVIDUELS - ANALYSE NATIONALE DU RÉSEAU 12# 16# 6# 12# 12# 3# 15# 13# 11# 10# 20# 15# 20# 15# 15# 13# 10# 10# 21# 11# Réseau'stagiaires'sans'extérieurs'
- 46. Rendu de résultats CollecIf: chaque agriculteur peut se posi'onner par rapport à son groupe Individuel: physico-chimie, bêche, liuerbags, µbio, nématodes, lombriciens P001 P002 P006 P008 P045 P047 P007 P005 P009 P010 Valeur référence - 100 % + 200 % P003
- 47. Résultats individuels ElaboraIon de fiches individuelles de résultats DiagnosIc individuel et dialogue avec expert Microorganismes Test bèche Li`erbag Nématodes Vers de terre Indicateurs de synthèse
- 48. Bilan naIonal des indicateurs de synthèse Patrimoine*Biologique* Assurance*Ecologique* Abondance,*diversité*et*équilibre*biologique* des*organismes*vivants*du*sol* Seuil&d’alerte& Op.mum& Parcelle&analysée& Biomasse(( microbienne( Diversité(bactérienne( Diversité(champignons( Abondance(nématodes(libres(Diversité(nématodes( Indice(structure(nématodes( Diversité(lombrics( Un*mauvais*indicateur*de*Patrimoine/Assurance*écologique*peut*être*du*:* 6 mauvais*état*structural*du*sol*et/ou* 6 faibles*ressources*nutri?ves*(quan?té*et*qualité*de*ma?ère*organique)* et/ou* 6 pollu?on*significa?ve*du*sol*(organique*ou*métallique)* Une*mauvaise*assurance*écologique*peut*entraîner*une*mauvaise*résistance* et*capacité*de*réhabilita?on*du*fonc?onnement*biologique*du*sol*et*donc* une*faible*durabilité*des*pra?ques* Patrimoine*/ Assurance* cri0que** à*améliorer* Patrimoine*/ Assurance* non*cri0que** à*surveiller* Bon*état*du* Patrimoine*/* Assurance* Fer$lité)biologique)du)sol) Indicateurs)agronomiques)et)biologiques)) Seuil&d’alerte& Op.mum& Parcelle&analysée& 0" 2" 4" 6" 8" 10" Diversité)bactérienne) Test)bèche) Li2er)bag) Diversité)champignons) Ra8o)champignons)/)bactéries)Abondance)nématodes)libres) Indice)d’enrichissement)) nématodes) Abondance)lombric) Anécique) Abondance)lombric) Endogée) Fer$lité) biologique) faible) Fer$lité)biologique) moyenne) Bonne)fer$lité) biologique) Une)fer$lité)biologique)faible)peut)entraîner)une)mauvaise) dégrada$on)de)la)ma$ère)organique)du)sol)ou)de)celle) apportée)sous)forme)de)résidus)ou)d’amendements) 8%! 58%! 34%! 10%! 58%! 32%! Les sols agricoles ne sont pas morts ! Toutefois ils sont à surveiller !
- 49. 97% ! Résultats marquants AgrInnov Un*mauvais*indicateur*de*Patrimoine/Assurance*écologique*peut*être*du*:* 6 mauvais*état*structural*du*sol*et/ou* 6 faibles*ressources*nutri?ves*(quan?té*et*qualité*de*ma?ère*organique)* et/ou* 6 pollu?on*significa?ve*du*sol*(organique*ou*métallique)* Une*mauvaise*assurance*écologique*peut*entraîner*une*mauvaise*résistance* et*capacité*de*réhabilita?on*du*fonc?onnement*biologique*du*sol*et*donc* une*faible*durabilité*des*pra?ques* Patrimoine*/ Assurance* cri0que** à*améliorer* Patrimoine*/ Assurance* non*cri0que** à*surveiller* Bon*état*du* Patrimoine*/* Assurance* U 10%! 58%! 32%! Les sols agricoles ne son Toutefois ils sont à sur Les sols agricoles ne sont pas morts !!! (28$%)$ (13$%)$ (56$%)$ (23$%)$ Les$techniques$de$ travail$du$sol$ La$rota;on$des$cultures$La$ges;on$des$couverts$$ végétaux$ La$réduc;on$d’intrants$ Qu’avezBvous$modifié$dans$vos$pra;ques$?$ Changement)de)regard)sur)la)biologie) des)sols) 97)%) Intégra'on de la biologie du sol dans leur ques'onnement Changement dans les pra'ques Changement)dans) les)pra/ques) 59%
- 50. Au delà d’AgrInnov – le “REVA” (Réseau d’ExpérimentaIon et de Veille à l’innovaIon Agricole) Chef de file: CA Champagne-Ardenne Coordination Scientifique: AgroSup Dijon Chef de file: CA Côte d’Or Coordination Scientifique: AgroSup Dijon Chef de file: PNR du Verdon Coordination Scientifique: ISARA Chef de file: IFV Coordination Scientifique: IFV Chef de file: CA Maine et Loire Coordination Scientifique: ESA Chef de file: CA Poitou Charentes Coordination Scientifique: Université de Rennes 60 150 30 30 20 - 40 Projets déposés Dossiers en cours de constitution Demandes de formation 60 15 30 60 Chef de file: CA Poitou Charentes Coordination Scientifique: Université de Rennes
- 51. AcIons du REVA
- 55. Bios'mulants : mythe ou réalité ? Avant d’en rajouter, vérifier que vous en avez ! Si y’ en a pas beaucoup sImuler ! Comparez et testez leur efficacit 3 règles de base : Manque de connaissances majeur : - Processus biologiques impliqués dans leur efficacité - Impact écologique de leur ajout massif dans les sols et l’environnement - Rémanence dans le sol et l’environnement