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Modification des propriétés physico-chimiques du sol par les vers de terre endogés géophages: rôle des attributs fonctionnels

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par Yannick Diby Armel BAIDAI
Université Nangui Abrogoua - Master II - Biodiversité 2012
  

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UFR des Sciences de la Nature

Année académique : 2012 - 2013

Université Nangui Abrogoua

REPUBLIQUE DE COTE D'IVOIRE

Union - Discipline - Travail

Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Mémoire pour l'obtention du MASTER II de Biodiversité

Thème :

MODIFICATION DES PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DU SOL PAR LES VERS DE TERRE ENDOGES GEOPHAGES : RÔLE DES ATTRIBUTS FONCTIONNELS

Par :

BAIDAI Yannick Diby Armel

(Maître ès Sciences de la Nature)

Soutenu le 05 Juillet 2013 devant le jury composé de :

Président :

Pr. ZORO BI Irié A., Professeur Titulaire

Directeur scientifique :

Pr. TONDOH E. Jérôme, Maître de Conférences

Rapporteur :

Pr. ZIAO Nahossé, Maître de Conférences

Examinateur :

Dr. TIHO Seydou, Maître-Assistant

TABLE DES MATIERES

DEDICACE II

REMERCIEMENTS III

ABSTRACT IV

RESUME V

LISTES DES FIGURES VI

LISTE DES TABLEAUX VII

INTRODUCTION 1

I. REVUE DE LITTERATURE 4

1. Modification des propriétés physiques et de la morphologie du sol par les vers de terre géophages 4

1.1. Influence sur la porosité et le fonctionnement hydrodynamique du sol 4

1.2. Influence sur la stabilité structurale du sol 6

2. Influence des vers de terre géophages sur la séquestration de la matière organique du sol 8

II. MILIEU D'ETUDE 10

1. Localisation géographique du site d'étude 10

2. Climat 11

2.1. Précipitations 11

2.2. Températures 11

3. Caractéristiques environnementales 12

3.1. Végétation 12

3.2. Sols 12

3.3. Peuplements de vers de terre 12

III. APPROCHE METHODOLOGIQUE 13

1. Sélection et description du matériel biologique 13

1.1. Hyperiodrilus africanus (Eudrilidae) 13

1.2. Millsonia omodeoi (Acanthodrilidae) 13

1.3. Dichogaster terraenigrae (Acanthodrilidae) 14

1.4. Récolte des vers de terre 15

2. Dispositif expérimental 15

3. Inoculation des vers de terre 16

4. Collecte des données et mesures 20

4.1. Mesures des paramètres physiques du sol 20

4.1.1. Vitesse d'infiltration de l'eau 20

4.1.2. Densité apparente du sol 21

4.1.3. Résistance à la pénétration (pénétrométrie) 22

4.1.4. Distribution par classes de taille des agrégats (séparation granulométrique) et estimation du diamètre moyen pondéral (MWD) 22

4.2. Mesures des stocks de carbone et d'azote dans le sol 23

5. Analyses Statistiques 23

IV. RESULTATS ET DISCUSSION 24

1. Résultats 24

1.1. Survie et reproduction des populations de vers de terre 24

1.2. Paramètres physiques du sol 24

1.2.1. Vitesse d'infiltration 24

1.2.2. Densité apparente du sol 27

1.2.3. Résistance à la pénétration 27

1.2.4. Distribution du sol en classes d'agrégats et diamètres moyens pondéraux (MWD) 29

1.3. Impact des vers de terre sur le stockage du carbone organique et de l'azote total du sol 31

1.3.1. Impact des vers de terre sur les stocks de carbone du sol 31

1.3.2. Impact des vers de terre sur les stocks d'azote du sol 32

2. Discussion 33

2.1. Impact des vers de terre sur les propriétés physiques du sol 33

2.2. Effets de la richesse spécifique et des attributs fonctionnels des vers de terre sur le fonctionnement du sol 35

2.3. Influence des vers de terre sur les stocks en carbone et en azote du sol. 37

CONCLUSION 39

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 40

ANNEXES 54

DEDICACE

Loué soit le nom du Seigneur, Dieu tout-puissant qui a permis l'accomplissement de ces travaux.

Qu'à travers eux, ma famille soit honorée.

« Amat victoria curam »

REMERCIEMENTS

Ce présent travail a été réalisé dans le cadre du projet « CSM - BGBD » (Conservation and Sustainable Management of Below-Ground Biodiversity). Son aboutissement résulte du concours de nombreuses personnes qu'il m'est agréable de remercier.

Mes remerciements les plus sincères vont à l'endroit du Professeur Jérôme TONDOH E., Maître de Conférences à l'Université Nangui Abrogoua, pour avoir bien voulu m'encadrer et me transmettre le goût de la recherche, de la découverte, de la science et de la sagesse.

Je tiens à adresser mes remerciements au Dr Souleymane KONATE, Responsable du DEA de Gestion et Valorisation des Ressources Naturelles, pour avoir autorisé mon inscription.

Je remercie le Docteur Martine TAHOUX, Directrice du Centre de Recherche en Ecologie (CRE), pour m'avoir accueilli dans ce centre, m'offrant ainsi un cadre propice pour la réalisation de ces travaux.

Je tiens également à exprimer ma profonde reconnaissance aux honorables membres du jury de ce présent mémoire, notamment le Professeur ZORO BI Irié A., Professeur titulaire à l'université Nangui Abrougoua, le Professeur ZIAO Nahossé, Maître de Conférences à l'université Nangui Abrougoua, ainsi que le Docteur TIHO Seydou, Maître-Assistant à l'université Nangui Abrougoua ; pour leur disponibilité, leurs conseils avisés et leurs judicieuses remarques.

Je ne saurais taire le nom de tous ceux qui m'ont apportés leurs inestimables services pendant le déroulement de ce travail. Il s'agit entre autres, de Martinez GUEI, Siagbé GOLLI, Edgar GBAKPA, Serges KASSI, Aurore KABLAN et toute la communauté du village de GOULIKAO pour tous les conseils, l'hospitalité, la chaleur et l'ambiance qu'ils ont su apporter pendant toute la durée du stage qui a abouti à l'élaboration de ce document.

Je voudrais, exprimer particulièrement mon infinie gratitude à mes parents pour toute l'affection, l'assistance et le soutien dont je ne cesse de bénéficier. Que Dieu leur en soit généreux.

Enfin, qu'ils soient infiniment remerciés, tous ceux, Amis et Frères, qui de près ou de loin ont bien voulu contribuer de quelque manière que ce soit, à la réalisation et à la conception de ce mémoire.

ABSTRACT

A short-term field mesocosms experiment was performed in semi-deciduous forest areas of Ivory Coast to assess the impact of earthworm species with contrasting functional attributes, on soil properties. Three tropical earthworm species, namely Millsonia omodeoi, Dichogaster terraenigrae and Hyperiodrilus africanus, were inoculated in buckets filled with 9 kg of top soil (0-10 cm) from a 2 years old fallow, moistened and forced through a 2 mm sieve. The experimental design consisted in (i) treatments without earthworms, (ii) treatments with single species and (iii) treatments with mixed populations of 2 or 3 species. The results showed that indifferently of their species, earthworm's inoculation induced an increase from 22 to 77 %, of water infiltration rate in the soil. Moreover, they confirmed the implication of M. omodeoi and D. terraenigrae, in compaction processes of the soil, through the significant increase of penetration resistance in the layers 10-20 cm, induced by these two species (25, 43 and 64 % of increase compared to control, respectively for D. terraenigrae, M. omodeoi and their combination). This trend is opposed to the one which occurs in all treatments including H. africanus, where we could observed a notable decrease of this parameter (from 9 % for combination M. omodoei + H. africanus, to 47 % for H. africanus), underlining thus, the decompacting effect of this specie. In addition, this study highlighted the role of geophageous earthworms M. omodoei and D. terraenigrae in soil macroagregation processes, expressed through increases in 6 to 10 times the percentage of large aggregates, with a consequent augmentation of mean weight diameter values in all soils inoculated with these two species. The reduction of this parameter, recorded in treatments including simultaneously compacting species and H. africanus, indicates the importance of this specie in the disintegration phenomenon of soil. This study underlines the positive impacts of species richness and functional diversity in maintenance and regulation of soil functioning, supporting thus insurance hypothesis. Indeed, the conservation of species belonging to these two contrasting functional groups is essential for the maintenance of stable soil structure regulation in agro-tropical ecosystems.

Keywords: Earthworms; Physical properties; Compacting and decompacting species; Mesocosms.

RESUME

Une expérimentation en mésocosmes a été conduite afin d'évaluer les impacts à court terme, de 3 espèces de vers de terre caractérisées par des attributs fonctionnels contrastés, sur des propriétés spécifiques du sol. Les trois espèces sélectionnées (Millsonia omodeoi, Dichogaster terraenigrae et Hyperiodrilus africanus) ont été inoculées dans des seaux remplis de 9 kg de terre conditionnée, provenant de la couche supérieure (0-10 cm) d'une jachère de 2 ans. Le dispositif expérimental était constitué (i) de traitements sans ver de terre, (ii) de traitements avec une seule espèce et (iii) de traitements plurispécifiques consistant en combinaisons de 2 ou 3 espèces de vers. Les résultats ont révélé que l'inoculation de vers de terre induisait indifféremment de l'espèce, une stimulation de 22 à 77 %, de l'infiltration de l'eau dans le sol. Ils confirment en outre, l'implication de M. omodeoi et D. terraenigrae dans les phénomènes de compaction du sol, à travers les augmentations très significatives de la résistance à la pénétration dans les strates 10-20 cm, induites par ces deux espèces (25, 43 et 64 % d'augmentation par rapport au témoin, respectivement pour D. terraenigrae, M. omodeoi et leur association). Cette tendance s'oppose à celle enregistrée dans tous les traitements incluant l'espèce H. africanus, dans lesquels on a observé une réduction remarquable de ce paramètre (variant entre 9 % pour l'association M. omodoei + H. africanus, et 47 % pour H. africanus), et soulignant de fait le caractère décompactant de cette espèce. Par ailleurs, l'étude a mis en évidence le rôle prépondérant des géophages M. omodoei et D. terraenigrae dans les processus de macroagrégation du sol, s'exprimant à travers des accroissements de 6 à 10 fois le pourcentage d'agrégats de diamètre supérieurs à 2 mm, d'où une élévation subséquente des diamètres moyens pondéraux dans les sols inoculés avec ces deux espèces. La réduction de ce paramètre, enregistrée dans les traitements incluant simultanément les espèces à effet compactant et H. africanus, indique le rôle de cette espèce dans les phénomènes de désagrégation du sol. Cette étude souligne ainsi, les impacts positifs de la richesse spécifique et de la diversité fonctionnelle dans le maintien et la régulation du fonctionnement du sol, supportant en partie l'hypothèse d'assurance. En effet, la préservation d'espèces appartenant à ces groupes fonctionnels contrastés apparait essentielle pour le maintien et la régulation de la structure physique du sol dans les écosystèmes.

Mots clés : Vers de terre ; Structure physique du sol ; Espèces compactantes et décompactantes ; Mésocosmes.

LISTES DES FIGURES

Figure 1 : Carte de situation et de localisation du site d'étude 2

Figure 2 : Diagramme ombrothermique sur 20 ans (1987 - 2007) et au cours des années 2008 et 2009 11

Figure 3 : Hyperiodrilus africanus adulte 14

Figure 4 : Turricules de type décompactant 14

Figure 5 : Millsonia omodoei adulte 14

Figure 6 : Dichogaster terraenigrae adulte 14

Figure 7 : Turricules de type compactant 14

Figure 8 : Unité expérimentale 17

Figure 9 : Dispositif expérimental dans chaque jachère identifiée 17

Figure 10 : Dispositif de mesure de vitesse d'infiltration 21

Figure 11 : Influence de l'activité des vers de terre sur la dynamique de l'infiltration de l'eau dans le sol 26

Figure 12: Variation de la vitesse moyenne d'infiltration de l'eau dans le sol en fonction des traitements. 26

Figure 13 : Variation de la densité apparente des strates 0 - 10 cm et 10 - 20 cm en fonction des traitements. 28

Figure 14 : Variation de la résistance à la pénétration des strates 0 - 10 cm et 10 - 20 cm en fonction des traitements 28

Figure 15: Distribution des agrégats en fonction des traitements dans les strates 0 - 10 cm (a) et 10 - 20 cm (b). 30

Figure 16 : Variation du diamètre moyen pondéral des agrégats dans les strates 0 - 10 cm et 10 - 20 cm en fonction des traitements 31

Figure 17 : Effets de la présence de vers de terre sur les stocks en carbone organique (a) et en azote total (b) du sol. 32

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Caractéristiques chimiques du sol d'élevage 2

Tableau 2 : Nombres d'individus de vers de terre inoculés par traitements 18

Tableau 3 : Biomasses (g) des vers de terre inoculés par traitements ( 19

Tableau 4 : Abondance, biomasse et taux de survie des vers de terre à la fin de l'expérimentation par traitements.. 25

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