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Terra Preta" Et Vers De Terre: Analyse De Leurs Effets Sur La Croissance Et La Physiologie Des Plantes

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Terra Preta THESE DE DOCTORAT DE L'UNIVERSITE PIERRE ET MARIE CURIE Spécialité ECOLOGIE Présentée par Diana NOGUERA Pourobtenirle gradede DOCTEUR DE L'UNIVERSITE PIERRE ET MARIE CURIE INTERACTIONS ENTRE "TERRA PRETA" ET VERS DE TERRE: ANALYSE DE LEURS EFFETS SUR LA CROISSANCE ET LA PHYSIOLOGIE DES PLANTES Soutenue le 28 septembre 2009 Devant le jury composé de: Pr Thibaud Decaëns Université de Rouen Rapporteur Dr Juan José Jiménez IPE-CSIC (Espagne) Rapporteur Pr Luc Abbadie UPMC Examinateur Dr Jean-François Ponge MNHN Examinateur Dr Jean-Christophe Lata UPMC Examinateur Dr Sébastien Barot HDR,IRD Directeur de Thèse Ce travail est dédie a ma famille. Remerciements Tout au long de mon travail, de nombreuses personnes m'ont fait confiance, soutenue, accueillie, conseillée.... de nombreuses personnes qui de prêt ou de loin m'ont aidé, je tiens à toutes les remercier. Je souhaite tout d'abord remercier vivement Sébastien Barot, mon directeur de thèse qui a bien voulu m'encadrer durant ce travail, m'a fait confiance, m'a permis de faire cette thèse. Merci pour tout le temps que tu m'as alloué, pour tes conseils si précieux, pour ton encouragement permanent et pour ton soutien. Ta présence et ta constante disponibilité m'ont été d'un grand apport tout le long de ce travail. Je te remercie également pour les remarques toujours justes qui m'ont permis de m'améliorer peu à peu. Au-delà de l'encadrement de la thèse, tu n'as pas cessé d'exprimé ton amitié à mon égard. GRACIAS paR TODa! Ma gratitude ensuite va à Patrick Lavelle pour m'avoir accueilli au centre IRD de Bondy pour la réalisation de ce travail, ainsi qu'a Elena Velasquez. Merci pour l'orientation inestimable, l'appui scientifique, le soutien moral, le partage de l'amitié et pour m'avoir aidé à me sentir en France comme chez moi. J'aimerai remercier aussi les membres de jury de cette thèse, je remercie: Juan Jose Jimenez et Thibaud Decaëns d'avoir accepté la tâche de rapporteur, Luc Abbadie, Jean­ François Ponge et Jean-Christophe Lata qui ont bien voulu participer au jury de thèse. Je remercie l'IRD et l'Université Paris 6 pour leur financement qui m'a permis d'aller jusqu'au bout de ma thèse. Merci en particulier à Mme Donatien de l'Ecole Doctorale Diversité du Vivant pour son intérêt envers mon travail et pour son aide dans toutes mes démarches administratives, en particulier celles qui m'ont permis d'obtenir le financement nécessaire pour achever ma thèse. Je remercie Maria Helena Cruz de Carvalho de l'Université de Paris 12 pour m'avoir encadré pour la partie biologie moléculaire de ma thèse. Je lui suis reconnaissante de sa patience pour transmettre les principes de la biologie moléculaire. L'intégration entre les aspects moléculaires et écologiques de ma thèse n'aurait pas été possibles sans son aide. Je voudrais remercier a l'IRD en général pour l'accueil qui a été fait et l'ensemble des unités et des personnes auxquelles j'ai souvent eu recours et qui ont été toujours disposées à m'aider. 3 J'exprime ma gratitude aux collègues, amis et membres de passage du laboratoire d'écologie des sols tropicaux de l'IRD pour leur soutien et leur aide: Corinne Rouland pour avoir bien voulu que je sois accueilli au LEST, Annabelle Mellot, Jérôme Mathieu, Florence Dubs, Anne Pando, Simon Boudsocq, Fatima Sellami et Ignace Kouassi Kouadio. Je remercie à Marco Rond6n et 1. Rao pour m'avoir donné l'occasion de conduire les expériences de ma thèse dans l'unité de sols du Centro Intemacional de Agricultura Tropical, Colombie. Je remercie toutes les personnes de la station expérimentale du Ciat à Matazul (Llanos orientales, Colombie), qui m'ont aidé à réaliser mon travail de terrain dans de bonnes conditions. Je suis vivement reconnaissante envers les chercheurs, collègues et amis du CIAT, pour leur gentillesse, leur soutien, leurs conseils, leur aide: Marc Chatel, Yolima Ospina, Neusa Asakawa, Julie Major, Carmen Tchira, Julia Gomez, Jaumer Ricaurte et Pilar Hurtado. Je remercie les personnes du Laboratoire "Sécheresse" du ClAT qui m'ont aidé dans la réalisation technique de mes expériences, pour leur soutien, leurs conseils, leur amitié et pour les bons moments passés au Ciat: Jose Polania, Valerio Hoyos, Cesar Botero, Joysse Rinc6n, Sergio Mejia et Juan Cardoso. Cette thèse aura aussi permis de créer des liens qui, je l'espère, seront maintenus avec chacun d'entre vous. Merci à tous les techniciens du Ciat qui m'ont énormément aidé pour la réalisation des expériences présentées dans ce document: 1. Melo, Hernàn Mina, Senelly Gomez, Edgar Cuaran et Ma Recio. J'adresse un remerciement très spécial à mon collègue doctorant et ami Kam- Rigne Laossi pour son amitié inconditionnelle, et pour son aide pendant tout ma thèse. Aussi à Nuria Ruiz, merci pour son amitié et son optimisme qui m'ont beaucoup aidé à surmonter les moments parfois difficiles. Merci à tous les amis qui m'ont soutenu et encouragé à aller de l'avant. Merci d'avoir été là, surtout lorsque c'était très dur: tous mes amis de différentes périodes au pavillon d'accueil de Bondy, mes amis de "connexion flamenco" en Espagne, mes amis de l'école et de l'université ... Merci a tous ceux que j'ai oublié (involontairement. ..) de citer Et pour finir, je souhaite remercier mes proches et ma famille qui sans contribuer directement à l'élaboration de ce travail, m'ont permis par leur soutien moral et pour leur tendresse pour moi, d'aller jusqu'au bout de cette long entreprise. Et finalement merci à " el pequeüo" qui jour après jour m'a aimé, soutenu et supporté. 4 Résumé La fertilité des sols tropicaux est souvent peu durable dans les systèmes de cultures et les pâturages. Ce problème de fertilité est en grande partie du à la très rapide décomposition de la matière organique dans ces sols et à leur faible capacité à retenir les nutriments minéraux. De plus, dans un contexte où une grande partie des agriculteurs ont peu accès aux intrants (engrais minéraux) il est important de trouver des méthodes de gestion durable et nécessitant peu d'intrants. Une solution pourrait être d'enrichir le sol en charbon de bois fragmenté pour créer des "terres noires" comme celles découvertes récemment en Amazonie et qui auraient été implantées il y a des siècles par des groupes amérindiens aujourd'hui disparus. Une autre solution pourrait être de promouvoir des systèmes agricoles favorables aux vers de terre dont les activités augmentent généralement la croissance des plantes. Les mécanismes impliqués commencent à être connus tant pour les vers que pour les terres noires mais les interactions entre vers et terres noires n'ontjamais été abordées. J'ai étudié dans une série d'expériences l'effet de vers de terre (P. corethrurus), du charbon bois et de leur interaction sur le croissance du riz: 1) réponse du riz dans différents types du sol (expérience en microcosmes), 2) réponse des 5 variétés du riz dans un type sol et dans deux niveaux de fertilisation minérale (expérience en microcosmes), 3) réponse physiologique et cellulaire du riz à la présence de vers de terre et de charbon bois et 4) effet des vers de terre sur la formation de "terres noires" et leur fertilité (expérience en mésocosmes). Nous avons ainsi montré que les vers de terre et le charbon bois affectent la croissance des plantes et que les effets vers de terre et charbon bois varient en fonction du type de sol utilisé et diminuent avec la fertilisation minérale. Les résultats de la deuxième expérience montrent que les différentes variétés de riz répondent différemment à la présence de charbon bois et de vers. Enfin, il y a peu d'interactions significatives à court terme (3 mois) entre l'effet des vers et celui du charbon de bois. L'expérience en mésocosmes a de même montré que les vers de terre ont un effet limité sur la formation des terres noires et interagissent peu avec le charbon de bois, sur le moyen terme (2 ans). Au niveau physiologique, dans le sol où les vers et le charbon de bois ont un effet positif sur la croissance du riz, le charbon de bois accélère à la fois le catabolisme (protéase) et l'anabolisme (synthèse de la rubisco) de l'azote. Les vers de terre ont un effet plus modéré, avec une légère tendance à une diminution du catabolisme de l'azote. 5 En définitive, ma thèse fournit de nombreux éléments permettant de mieux comprendre les mécanismes d'action des vers et du charbon de bois, mais beaucoup reste à faire sur cette question. Sur le plan des applications, mes résultats montrent globalement que le charbon de bois et les vers peuvent être utilisés pour augmenter la production de riz, mais qu'il ne faut pas s'attendre à une forte synergie entre vers et charbon de bois. De plus, ils n'auront un effet positifque dans certains sols et sur certaines variétés de riz. Mots-clés: Charbon bois, vers de terre, Pontoscolex corethrurus, allocation des ressources, fertilité des sols, interaction plante-sol, terra preta nova, métabolisme de l'azote 6 Abstract The fertility of tropical soils is often poor and crop and pasture systems tend to be barely sustainable. This problem of fertility is largely due to the rapid decomposition of organic matter and the low capacity oftropical soils to retain mineral nutrients. In addition, in a context where many farmers have a very low access to mineral fertilizers, it is important to fmd alternative agricultural practices that are more sustainable and require less input.
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