Diversité microbienne du sol, stabilité et cycle du carbone
Ma recherche doctorale a débuté en 2010 au sein de l'UMR Agroécologie (INRA, Dijon). Les travaux réalisés au cours de ma thèse avaient pour objectif de progresser dans la compréhension du lien entre la diversité microbienne (bactéries et champignons) et (i) la stabilité de la structure et du fonctionnement des communautés, et (ii) l'intensité des transformations de la matière organique dans le sol, une fonction déterminante pour la fertilité des sols, la qualité de l'environnement et les changements climatiques. Pour répondre à cet objectif, mon travail de recherche s'est articulé autour de trois volets expérimentaux :
Volet 1: Relation diversité microbienne - stabilité structurale et fonctionnelle des communautés
Mon premier travail de thèse a été de tester en conditions contrôlées l'influence de la diversité microbienne du sol sur la stabilité (résistance et résilience) des communautés en réponse à deux types de perturbation : pollution au mercure (i.e. perturbation rémanente) vs stress thermique (i.e. perturbation non rémanente). En d'autres termes, il s'agissait d'évaluer si le concept d'assurance écologique peut s'appliquer aux communautés microbiennes du sol.
Pour cela, une manipulation de la diversité microbienne a été réalisée par inoculation de microcosmes de sol stérile avec différentes dilutions d'une suspension de sol de prairie. Avec cette approche, trois niveaux de diversité ont été crées, chacun caractérisé par une structure, une composition et un niveau de diversité (richesse, équitabilité) différents. Après l'application des perturbations, nos résultats ont montré :
- que la stabilité fonctionnelle (respiration du sol) et structurale (structure génétique des communautés) était liée positivement à la diversité des communautés microbiennes,
- l'existence de "seuils" correspondant à des niveaux minimum de diversité microbienne nécessaires au maintien du fonctionnement biologique en réponse à des perturbations de l'environnement.
En conclusion, ces travaux montrent que la diversité microbienne est un paramètre important pour assurer le maintien des fonctions écosystémiques réalisées par les communautés microbiennes en réponses à des perturbations de l'environnement. Cette étude valide le concept d'"assurance écologique" pour les communautés microbiennes du sol.
Volet 2: Relation diversité microbienne - cycle du carbone
Mon premier travail de thèse représente une preuve de concept sur l'importance de la diversité des microbienne pour le fonctionnement biologique du sol. La deuxième partie des mes travaux de thèse a consisté à valider ce lien dans des conditions plus "réalistes" afin d'évaluer sa généricité. Plus précisément, le second travail s'est focalisé sur la démonstration du lien entre la diversité microbienne et le turnover de la matière organique du sol. Pour cela, j'ai travaillé dans le cadre du projet Ecofinders sur des sols provenant de trois site expérimentaux aux pédoclimats contrastés (Veluwe, Pays Bas ; Berchida, Italie ; Lancaster, Angleterre), chacun caractérisé par un gradient de trois niveaux d'intensité d'usage du sol ; fort > intermédiaire >faible.
Après un échantillonnage au terrain, les sols ont été incubés en microcosmes et, pour chacun, une caractérisation fine de la diversité microbienne (bactéries et champignons) par séquençage haut débit a été combinée avec une évaluation du potentiel fonctionnel en termes de minéralisation du carbone organique (incubation après apport ou non de résidus de blé marqués au 13C et suivi de la minéralisation). Les résultats ont montré que pour les trois sites européens, l'intensité d'usage du sol impacte significativement les activités de minéralisation, la diversité et la composition des communautés microbiennes. Pour expliquer les différences d'activités de minéralisation, une analyse en partition de variance a été développée pour confronter les données microbiologiques et physicochimiques avec les données d'émission de CO2. Cette approche statistique a permis de hiérarchiser les différents paramètres biotiques et abiotiques explicatifs des flux et de démontrer notamment que les paramètres de diversité microbienne (e.g. richesse) pouvaient expliquer jusqu'à 80% des variations des activités de minéralisation mesurées.
