Land use and agricultural practices drive C-mineralization activities through bacterial biomass and key fungal families in Madagascar Highlands.

Kanto Razanamalala, Tantely Razafimbelo, Pierre-Alain Maron, Lionel Ranjard, Nicolas Chemidlin, Samuel Dequiedt, Sylvain Deffontaines, Claire Marsden, Thierry Becquer, Jean Trap, Eric Blanchart & Laetitia Bernard

Organisation de l'étude

Dans cette étude, nous avons échantillonné le sol d'environ 50 parcelles paysannes appartenant aux agriculteurs du programme de développement d'Agrisud international en Itasy (Mahavotra). Ces parcelles ont été choisies au hasard et regroupaient des sols de parcelles agroforestières, forestières ou dédiées aux seules cultures vivrières. Nous avons également échantillonné 4 savanes herbeuses (Bozaka) de la même zone. Parmis les cultures vivrières, on a pu enregistrer 2 types de fertilisations organiques (fumier et compost). En règle générale, toutes les parcelles cultivées étaient labourées, mais certaines étaient laissées en jachère, donc sans labour ni culture. La majorité des cultures étaient des tubercules (manioc, patate douce, taro), en association ou en rotation avec des céréales (riz pluvial et maïs) des légumineuses (haricots verts, petits pois, arachides, pois de terre).

 

Campagne d'échantillonnage - Avril 2015

Analyses

Sur les sols prélevés nous avons mesuré la densité apparente, l'humidité, le pH, la texture, le contenu en C, N et P, les nutriments disponibles (NH4 et NO3 et PO4). Nous avons prédit la minéralogie (kaolinite, Gibbsite, Al_cbd...) par NIRS. Nous avons également quantifié le C, N et P microbien et la quantité d'ADN extrait par g de sol (biomasse moléculaire), ainsi que le nombre de gènes codant pour les ARN 16S et 18S. Sur les ADN extrait, la composition des communautés bactériennes et fongiques a été décrite par pyroséquençage. 

Les sols ont ensuite été mis en incubation avec ou sans un apport de paille de blé enrichi à 7% en 13C, sous forme de poudre. Le CO2 et le 13CO2, ont été mesurés à 7 jours. A ce temps d'incubation, ont pu être calculés la respiration basale (BR), la minéralisation de la paille (SM) et le Priming Effect (PE).

Résultats

Composition des guildes fonctionnelles

Pearson correlation coefficients between microbial families and C-mineralizations    

 

BR

SM

PE

Functional guild

Bacterial families

 

 

 

 

Mycobacteriaceae

0.30

-0.39

-0.01

SOM-decomposers

Bdellovibrionaceae

0.35

-0.37

0.00

SOM-decomposers

Methylobacteriaceae

-0.08

0.34

0.07

Opportunist*

Legionellaceae

0.30

-0.01

0.02

Opportunist*

Actinospicaceae

0.28

-0.22

0.07

SOM-decomposers

Fungal Families

 

 

 

 

Unclas_F_fam

-0.32

0.33

-0.20

FOM-decomposers

Tremellaceae

0.31

0.03

0.19

SOM-decomposers

Nectriaceae

-0.18

0.27

-0.14

FOM-decomposers

Tricholomataceae

0.25

-0.43

0.33

SOM-decomposers

Chaetomiaceae

-0.27

0.52

0.00

FOM-decomposers

Coniochaetaceae

0.13

0.34

0.01

FOM-decomposers

Tubeufiaceae

0.39

-0.29

0.31

SOM-decomposers

Davidiellaceae

0.35

-0.12

-0.01

SOM-decomposers

Myxotrichaceae

0.34

-0.36

0.30

SOM-decomposers

Tapinellaceae

0.26

-0.15

0.43

SOM-decomposers

Kickxellaceae

0.10

-0.18

0.37

SOM-decomposers

Pleosporaceae

-0.11

0.41

0.12

FOM-decomposers

Pezizaceae

0.31

-0.18

-0.16

Opportunist*

Harpochytriaceae

-0.38

0.32

-0.18

FOM-decomposers

Montagnulaceae

0.15

0.38

0.15

FOM-decomposers

Microascaceae

0.04

0.36

0.09

Opportunist*

Corticiaceae

0.17

0.29

0.14

FOM-decomposers

Helotiaceae

-0.00

0.38

0.21

FOM-decomposers

Trechisporaceae

0.27

0.29

0.07

Opportunist*

Gomphaceae

0.27

0.07

0.02

SOM-decomposers

Shiraiaceae

0.11

0.28

0.15

FOM-decomposers

Amphisphaeriaceae

0.03

0.37

0.16

FOM-decomposers

Leptosphaeriaceae

0.07

0.29

-0.06

FOM-decomposers

Pleurotaceae

0.14

0.24

0.37

SOM-decomposers

Bold correlation coefficients represent P-values < 0.01,="" underlined="" correlation="" coefficients="" represent="" p-values="">< 0.05,="" italic="" correlation="" coefficients="" represent=""><0.1. *the="" opportunist="" guild="" has="" been="" composed="" the="" basis="" of="" the="" litterature="">.

Effet de l'usage des terres sur les activités de minéralisation

Histogram plot of mean Basal Respiration (BR), Straw Mineralization (SM) and Priming Effect (PE) calculated per land use (Forestry, Bozaka, Subsistence cultures and Agroforestry). For variable, significant differences are indicated by letters (Tukey's post-hoc test, p.values<0.05).

Correlations entre variable biotiques et abiotiques

Biplot representation of the principal component analysis (PCA) calculated on soil biotic and abiotic variables (Plain triangles). Agricultural practices were inserted in the analysis as quantitative supplementary variables (empty triangles). Samples are represented with plain grey circles. C-Mineralization activities (BR: basal respiration, SM: straw mineralization, PE: priming effect) were represented by plain black triangles).

Influence des pratiques agricoles sur les processus microbiens

Conceptual diagram relating the correlations network between agricultural practices, soil abiotic and biotic parameters, microbial functional groups and C-mineralizations. Arrows indicate a significant correlation between variables with direction based on scientific knowledge. Bold, underlined and italic characters indicate the level of significance of the correlation, respectively under a threshold of 1%, 5% and 10%. Grey dotted and black plain arrows indicate negative and positive correlations respectively. Value written next to an arrow indicates the Pearson coefficient calculated between both variables. Abbreviations: POM: Particulate Organic matter; Hum: soil humidity at sampling; C:N: Carbon-to-Nitrogen ratio; MBN: microbial biomass nitrogen; Ctot: total carbon; -F: fungal; OS-: off season; BR: Basal respiration; SM: Straw mineralization; PE: Priming Effect

Ces résultats sont issus de la thèse de Kanto Razanamalala et sont en cours de publication...