Proposition de stage de M2
Impact des régimes de feu en savanes tropicales sur les communautés microbiennes telluriques en fonction du couvert végétal
Encadrant.e.s :
Jean-Christophe Lata, iEES Paris (jean-christophe.lata@sorbonne-universite.fr), Equipe EMS, DCFE, Tél : 01 44 27 47 42 ; 06 73 41 55 30
Tharaniya Srikanthasamy, LEESU (tharaniya.srikanthasamy@iutsf.org), Univ Paris Est Créteil (UPEC), Ecole des Ponts
Yoan Marcangeli, iEES Paris (yoan.marcangeli@sorbonne-universite.fr), Equipe EMS, DCFE
Laboratoire ou structure d’accueil : UMR7618 Institut d’Ecologie et des Sciences de l’Environnement de Paris (iEESParis), Département DCFE (Diversité des Communautés et Fonctionnement des Ecosystèmes), Sorbonne Université, Tours 44-45, Deuxième étage, Case courrier 237, 75005 Paris
Laboratoires collaborant au projet :
– LEESU (Laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains) UMR-MA 102, Créteil
– LEM (Laboratoire d’Écologie Microbienne) UMR 5557, Lyon 1 (Xavier Le Roux, DR INRAE)
Références dans le domaine :
N’Dri A.B., J. Gignoux, A. Dembélé, S. Konaté. 2012. Short term effects of fire intensity and fire regime on vegetation dynamic in a tropical humid savanna (Lamto, central Côte d’Ivoire). Natural Science 4, 1056-1064
Parr, C.L., Lehmann, C.E.R., Bond, W.J., Hoffmann, W.A. & Andersen, A.N. 2014. Tropical grassy biomes: misunderstood, neglected, and under threat. Trends in ecology & evolution 29, 205–213
Sankaran, Mahesh, Ratnam, J., & Hanan, N. 2008. Woody cover in African savannas: the role of resources, fire and herbivory. Global Ecology and Biogeography, 17, 236–245
Subbarao G.V., Yoshihashi A.T., Worthington M., Nakahara K., Sahrawat K.L., I.M. Rao, Lata J.-C., Kishii M. & Braun H.J., 2015. Suppression of soil nitrification by plants. Plant Science 233, 155–164
Tharaniya Srikanthasamy, Julie Leloup, Aya Brigitte N’Dri, Sébastien Barot, Jonathan Gervaix, Armand W Koné, Kouamé Fulgence Koffi, Xavier Le Roux, Xavier Raynaud, Jean-Christophe Lata. 2018. Contrasting effects of grasses and trees on microbial N-cycling in an African humid savanna. Soil Biology Biochemistry 117, 153-163.
Tharaniya Srikanthasamy, Sébastien Barot, Fulgence K Koffi, Kevin Tambosco, Yoan Marcangeli, David Carmignac, Aya Brigitte N’Dri, Jonathan Gervaix, Xavier Le Roux, Jean‐Christophe Lata. 2021. Short-term impact of fire on the total soil microbial and nitrifier communities in a wet savanna. Ecology and evolution 11, 9958-9969.
Tharaniya Srikanthasamy, Sébastien Barot, Fulgence K Koffi, Kevin Tambosco, Yoan Marcangeli, David Carmignac, Aya Brigitte N’Dri, Jonathan Gervaix, Julie Leloup, Xavier Le Roux, Jean-Christophe Lata. 2022. Effects of vegetation cover and season on soil nitrifiers in an African savanna: Evidence of archaeal nitrifier inhibition by grasses. Geoderma 416, 115775
Description du stage
Objectifs généraux du projet :
Les savanes tropicales humides africaines ont depuis longtemps été identifiées comme étant des systèmes à très faible taux de nitrification et dénitrification. Il a été démontré par notre équipe dans la station de Lamto (Côte d’Ivoire) que les Poacées en savane sont capables d’inhiber la nitrification, un processus appelé Inhibition Biologique de la Nitrification (BNI). En limitant la production de nitrate, ces écosystèmes sont plus conservateurs pour l’azote (N), la forme ammonium étant moins sujette aux pertes par lixiviation/dénitrification que les nitrates. A l’inverse, les arbres favorisent des flux et stocks d’N plus importants, donnant une image d’une savane à 2 vitesses, où le cycle de l’N sous influence des Poacées est plus lent et plus fermé (pertes d’N réduites) que celui sous influence des arbres.
La coexistence herbes-arbres et le fonctionnement du cycle de l’N en savanes dépend également d’autres facteurs écologiques abiotiques et anthropiques. En particulier, le feu est indispensable au maintien des savanes. Même si certains feux ont une origine naturelle, ils sont généralement provoqués par l’homme, liés à une exploitation agricole et pastorale de la savane via l’agriculture sur brûlis pour défricher les plantations et les préparer à la culture. Trois régimes de feux sont généralement distingués : feux précoces (fin des pluies), feux de mi-saison (pleine saison sèche) et feux tardifs (début de la saison des pluies). Les conséquences du feu sur le cycle de l’N dans les savanes sont très mal connues. En particulier, les impacts à court (au passage du feu) et long terme (plusieurs saisons) des différents régimes de feu sur le cycle de l’N dans les sols n’ont simplement jamais été mesurés. Ils devraient pourtant être très importants dans un contexte où les régimes de feux sont amenés à changer du fait des changements climatique et de l’action humaine, et donc affecter l’utilisation locale du feu en termes de fertilité des sols.
Ce projet se focalise sur l’impact à long terme du feu sur le fonctionnement du cycle de l’N dans les sols de savane. Il s’appuie sur une expérience de la Jeune Equipe ivoirienne Associée à l’IRD « Gestion intégrée et durable des écosystèmes de savane » et dans le cadre du LIA associant INEE et Univ. Nangui Abrogoua « Cycle des nutriments en savanes tropicales : écologie et applications à la gestion raisonnée des agro-écosystèmes en Côte d’Ivoire ». La JEAI a permis depuis 2013 la mise en place et le suivi à Lamto de 16 parcelles expérimentales avec absence de feu, feu précoce, feu de mi-saison ou standard, et feu tardif.
In fine, nous répondrons aux questions suivantes en faisant les hypothèses suivantes :
Q1 : Le feu a-t-il un impact à long terme sur la biomasse moléculaire microbienne totale, et des microorganismes du cycle de l’N des sols ? Ce volet s’appuie sur des prélèvements de sols sous Poacées, et sous sol nu, à une date commune éloignée du passage du dernier feu sur des parcelles dont le feu est suivi depuis 4 ans (comprenant des parcelles dont le feu est exclu). H1.2 : le feu a un impact prononcé sur les communautés microbiennes et le fonctionnement du cycle de l’N dans le sol des Poacées ; H1.2 : l’absence de feu réduit la disponibilité en N pour les Poacées, et induit une structuration de la communauté totalement différent (e.g. ratio bactéries/champignons).
Q2 : Les différents régimes de feu modifient-ils les communautés microbiennes, le cycle de l’N des sols et in fine leur fertilité ? Ce volet s’appuie sur des prélèvements de sols sous Poacées, et sous sol nu à long terme (date commune éloignée du passage du dernier feu) sur des parcelles expérimentales subissant différents régimes de feu depuis 4 ans. H2.1 : les régimes modifiant chacun des paramètres intervenant en Q1, devraient modifier de façon importante sur le long terme l’impact du feu sur les communautés et le cycle de l’N ; H2.2 : il est attendu un impact croissant plus le feu survient tardivement (feu précoce < feu de mi-saison < feu tardif). En effet, plus le feu est tardif, plus il se situe en début de saison humide avec des conditions de fortes pluies, de forte dynamique des végétaux (pleine repousse des Poacées) et de forte intensité du feu. On peut donc s’attendre à ce que cela concoure à un cycle N plus ouvert (fortes pertes d’N) et des communautés microbiennes et des plantes plus impactées ; H2.3 : les différents régimes de feu ont un impact majeur sur la fertilité N des sols et donc sur l’usage potentiel qui en sont fait en agriculture sur brûlis.
Méthodologie employée :
• La stagiaire réalisera une étude bibliographique conséquente sur l’impact des régimes de feu sur les communautés microbiennes et le fonctionnement du sol et sa fertilité, et donc également l’impact en agriculture de subsistance/sur brulis. Cette recherche bibliographique servira de base à l’écriture d’article sur cette étude.
• Les sols sont déjà présents au laboratoire iEESParis. Sur ces échantillons, il a déjà été réalisé les analyses physicochimiques (pH, carbone et azote totaux, molécules d’N inorganiques, signatures isotopiques 15N, nitrification potentielle).
• Il s’agira pour la.le M2 de déterminer par des méthodes moléculaires : l’abondance totale des bactéries, champignons et archées présents dans ces sols en fonction des traitements (extraction et purification d’ADN, qPCR) ainsi que la présence de quelques groupes fonctionnels bactériens telles que les archées et bactéries nitrifiantes (abondance des gènes amoA-AOA et -AOB) et les bactéries dénitrifiantes (gènes nirK et nirS)
• Après analyse, la.le stagiaire les intégrera également avec les autres données issues de cette étude (voir plus haut + biomasses de Poacées) pour une analyse multivariée.
• Enfin, la.le stagiaire participera à la rédaction (post-stage) de l’article issu de ce projet.
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