Effets des vers de terre sur la croissance des plantes S. Barot IRD-UMR 137

1. Effets des vers de terre sur la croissance des plantes S. Barot IRD-UMR 137 Laboratoire d'Ecologie des Sols Tropicaux http://millsonia.free.fr/

2. Plan du cours 1 Importance des vers de terre 2 Méthodes d'étude 3 Synthèses des résultats sur la croissance 4Les mécanismes 5Les causes proximales / ultimes 6Progresser par la modélisation 7Progresser avec des expériences 8Bibliographie

3. 1 Importance des vers de terre

4. Répartition Présent dans tous les écosystèmes non désertiques  Plus de 2200 espèces sous tous les climats (probablement 6000 espèces dont la plupart n’a pas été décrite)

5. Biomasse Biomasse de vache > Biomasse de vers

6. Activités d'ingénieurs Notion d'ingénieurs des écosystèmes  Consomme tout le sol en quelques années Modifie la structure du sol (taille et stabilité des agrégats) Participe à la décomposition de la matière organique

7. Classification écologique  Anéciques  Épigés  Endogés Effet différent sur les plantes?

8. 2 Méthodes d'étude

9. Microcosmes

10. Microcosmes Importance des répétitions!!!

11. Autres méthodes?  Expériences in situ Invasion par de nouvelles espèces de vers de terre en Amérique du Nord

12. Effet des glaciations

13. 3 Synthèses des résultats sur la croissance Brown, G. G., B. Pashanasi, C. Villenave, J. C. Patrón, B. K. Senapati, S. Giri, I. Barois, P. Lavelle, E. Blanchart, R. J. Blakemore, A. V. Spain, and J. Boyer. 1999. Effects of earthworms on plant production in the tropics. Pages 87-137 in P. Lavelle, L. Brussaard, and P. Hendrix, editors. Earthworm management in tropical agroecosytems. CABI Publishing, New York. Scheu, S. 2003. Effects of earthworms on plant growth: patterns and perspectives. Pedobiologia 47:846-856.

14. Effet net des vers En milieu tropical : 75 % des expériences conduisent à un gain de biomasse

15. Effet net des vers En milieu tempéré : 79 % des expériences conduisent à un gain de biomasse Ces résultats peuvent-ils être biaisés?

16. Effet net des vers En milieu tropical

17. Nombre de plantes par étude En milieu tempéré

18. Plantes étudiées et contexte En milieu tempéré

19. Disciplines étudiant les relations vers/plantes En milieu tempéré

20. 4 Les mécanismes

21. Effet des Vers de Terre sur le Sol et lesPlantes  Ingestion de sol et rejet de turricules: Modification de la structure du sol, aération, infiltration de l’eau  Modification de la communauté du sol:Contrôle des parasites, stimulation d'organismes bénéfiques Minéralisation de la matière organique:MO assimilée, fragmentation de la MO rejetée, incorporation de la MO au sol, stimulation de la microflore Production de phytohormones

22.  Ingestion de sol et rejet de turricules Création de structures durables Création de galeries Turricules de surface mais 95% sont dans le sol  Modification de la structure du sol Aération du sol, stabilisation de la MO, circulation de l'eau, capacité de rétention de l'eau

23.  Modification de la communauté du sol:Contrôle des parasites M. Blouin Ecological Letters

24.  Mécanismes?

25. Minéralisation de la matière organique

26. Effets de l'incorporation au sol

27. Effet à long terme des vers sur le stock de MO? ●Multiplicité des mécanismes Trophique/non trophique Difficile de déterminer tous les effets de la bioturbation  Difficile de prédire les effets de la modification des communautés microbiennes ● Multiplicité des échelles spatiales Turricules  Parcelles ● Multiplicité des échelles temporelles

28. Production de phytohormones Pasqualeto Canellas 2002 Plant Physiology  Mécanismes?

29. 5 Les causes proximales / ultimes Qu'appelle-t-on causes "ultimes"?

30. Evolution du système ver-plante ● De nombreuses études sur l'évolution du système herbivore-plante Les herbivores peuvent augmenter la production végétale Evolution d'un faible niveau de défense contre les herbivores ● Rien sur l'évolution du système ver plante

31. Evolution du système ver-plante ● Pourquoi une approche "évolutionniste"? Aspects théoriques intéressants en eux-mêmes Interpréter les patterns/mécanismes observés Prédire des mécanismes ● Une alternative Les vers augmentent la croissance des plantes fortuitement comme résultat d'adaptation à la vie dans les sols et à la consommation de MO Les mécanismes augmentant la croissance des plantes résultent de pression de sélection spécifique

32. Liens belowground / aboveground ●Liens trophiques ●Habitats / activités d'ingénieurs des écosystèmes? ●Molécules signales?

33. Possibilité de coévolution? Quel type d'interaction plante / ver de terre? Évolution d'un mutualisme?

34. 6 Progresser par la modélisation Barot, S., A. Ugolini, and F. Bekal Brikci. 2007. When do soil decomposers and ecosystem engineers enhance plant production? Func. Ecol. 21:1-10.

35. Démonstration de l’effet de l’accélération de la minéralisation  Expérience à court terme en microcosmes  Accroissement à court terme de la production végétale. Peut seulement être dû à un pic de minéralisation Quel est l’effet à long terme? Minéralisation Production Dans quelles conditions l'effet à long terme positif se produit-il?

36. Comment répondre à cette question? Faire des expériences à long terme Problèmes techniques Nécessité de refaire les expériences dans beaucoup de systèmes différents (espèce de vers, de plante, type de sol)  Inclusion dans un modèle théoriquePermet de trouver des conditions générales sous lesquelles les vers augmentent la production végétale Suggère de nouvelles expériences / paramètres à mesurer Système d'équations différentielles

37. Hypothèses Rapidité du recyclage du nutriment limitant  Effet à court terme<=>dynamique transitoire Efficacité du recyclage limitation des pertes pour l'écosystème  Effet à long terme<=>modèle à l’équilibre Cela a été démontré pour l’effet des herbivores sur la production primaire (Mazancourt et Loreau 1998) La production primaire serait augmentée par les vers si ils augmentent la conservation des nutriments dans l'écosystème

38. Efficacité versus Rapidité p D r D Les systèmes écologiques sont des systèmes ouverts!

39. Modèle Recyclage de l'azote ou de tout autre nutriment limitant

40. Flux

41. Équations différentielles Equilibre Dynamique transitoire

42. Systèmes étudiés Système avec vers Système sans vers Vers sans effets indirects On compare la production primaire et la biomasse de vers de terre dans ces différents cas pour déduire l’effet des différentes boucles de recyclage

43. Effet de la présence de vers Efficacité du recyclage par les boucles avec vers Efficacité du recyclage par la boucle sans vers

44. Interprétation

45. Effet des activités d’ingénieur des vers sur les plantes Efficacité du recyclage par les vers Efficacité du recyclage par les effets indirects des vers

46. Interprétation

47. Rétroaction des activités d’ingénieur des vers sur les vers

48. Rétroaction des activités d’ingénieur des vers sur les vers Différence entre les compartiments vers et plantes: tous les nutriments passent par le compartiment plante au cours de leur recyclage

49. Résumé Effet positif des vers sur les plantes le recyclage par les vers de terre augmente la conservation des nutriments dans l’écosystème Effet positif des activités d’ingénieur sur les plantes la boucle de recyclage indirecte augmente la conservation des nutriment dans l’écosystème Effet positif des activités d'ingénieur des vers sur leur biomasse la boucle de recyclage indirecte augmente la conservation des nutriment dans l’écosystème Les activités d'ingénieurs augmentent le biomasse de vers Þces activités augmentent la production végétale

50. Prédictions générales 1) A l'équilibre l'effet d'un acteur de l'écosystème sur la production primaire dépend de l'efficacité de la boucle de recyclage qu'il contrôle 2) Cela détermine aussi l'effet de cet acteur sur tous les autres compartiments de l'écosystème 3) Vrai pour une relation trophique ou une relation non trophique de type "ingénieur de l'écosystème"