Caractérisation du sol rhizosphérique

Des prélèvements ont été menés dans le but de caractériser les racines et le sol rhizosphérique, sol sous

influence des racines, en comparaison au sol distant des racines.

classe 0 : absence d’impact de racines

classe 1 : présence d’impacts de racines de diamètre inférieur à 1 mm

(au moins une racine)

classe 2 : présence d’impact d’au moins une racine de diamètre supérieur à 1 mm

(présence de racines pouvant atteindre 2 cm de diamètre)

classe 3 : présence d’impacts de plusieurs racines de diamètre supérieure à 1 mm

(au moins deux racines)

67

IV.2.1.Prélèvements

Les prélèvements ont été réalisés le 03.11.11 dans la fosse B préalablement rafraîchie à trois niveaux

distincts choisis pour leurs compositions respectives :

- horizon 1 (0-18 cm) : horizon de surface caractérisé par une composition riche en fer et comptant

de nombreuses racines ;

- couche 12 (68-82 cm) : couche de couleur noire à ocre riche en Mn ;

- couches 16 (93-100 cm) et 16’ (partie supérieure 100-105 cm) : couches caractérisées par une

alternance de couches noires et ocres riche en Pb, Sn et Cu ainsi qu’en Mn.

Pour chaque couche, des échantillons ont été prélevés dans quatre zones de la fosse afin de constituer

quatre échantillons indépendants (P1, P2, P3 et P4) (Figure 19) :

- prélèvement 1 (P1) : prélèvement de trois blocs de 25x10 cm de surface et de l’épaisseur de la

couche dans l’encoche Nord, qui ont été mélangés pour former un échantillon ;

- prélèvements 2 et 3 (P2 et P3) : prélèvement d’un bloc de 30x15 cm de surface et de l’épaisseur de

la couche ;

- prélèvement 4 (P4) : agrandissement de l’encoche Sud, créée lors des prélèvements de mai 2010,

sur 20x30 cm de surface et creusement en enlevant couche par couche et en prélevant au fur et à

mesure les trois couches d’intérêt.

Figure 19 : Localisation des prélèvements de sols rhizosphériques et non rhizosphériques dans quatre zone

de la fosse B (P1, P2, P3 et P4) et sur trois couches : horizon 1 (0-18 cm), couche 12 (68-82 cm) et couches

16-16’ (93-105 cm) (a) et photographie des prélèvements P2 et P3 (b)

Chaque échantillon représente 3 à 10 kg de matériau friable. L’extrémité de certaines racines a été

coupée afin de ne pas prendre les parties exposées à l’air. Les prélèvements ont été stockés à +8°C.

IV.2.2.Préparation des échantillons

Les échantillons ont été traités de manière à séparer les racines et le sol rhizosphérique du sol non

rhizosphérique en vue d’analyser ces trois compartiments (Figure 20).

Séparation des racines et du sol rhizosphérique associé du sol non rhizosphérique

La séparation du sol rhizosphérique du sol non rhizosphérique a été opérée selon la méthode décrite

par Courchesne et Gobran (1997) pour les 12 échantillons. Les racines sont séparées à la main et

secouées légèrement afin de ne garder que le sol adhérant aux racines (sol adhérant). Le sol tombé

ainsi que le reste du prélèvement constituent le sol non rhizosphérique (sol distant). La séparation a été

opérée sur le terrain pour les racines les plus grossières puis finie au laboratoire. La récupération du

sol adhérant a été réalisée par brossages successifs des racines à l’aide d’un pinceau. Les différents

échantillons ont été stockés à +4°C.

68

Figure 20 : Schéma global de la préparation des échantillons et des analyses en vue de la caractérisation

du sol rhizosphérique (sol adhérant) en comparaison au sol non rhizosphérique (sol distant) et des racines

pour les couches 1, 12 et 16

Les racines passent parfois à l’intérieur d’agrégats, qui subsistent même après avoir secoué les racines.

Les agrégats de taille centimétrique à décimétrique ont été effrités pour ne garder que la partie la plus

proche des racines. Les petits agrégats ont le plus souvent été enlevés du sol rhizosphérique récupéré.

Pour l’horizon de surface, les quantités de sol rhizosphérique récupérées varient entre 10 et 15 g de sol

humide. Les racines y sont relativement nombreuses et la quantité de sol adhérant peut être

conséquente, notamment pour les racines fines et densément ramifiées. En revanche, pour les couches

12 et 16, les quantités de sol rhizosphérique récupérées sont faibles (200 à 700 mg de sol humide) en

raison du faible nombre de racines récoltées dans ces couches et de la faible quantité de sol adhérant à

ces racines. En effet, seule une fine couche de sol adhère aux racines et elle s’avère difficile à

récupérer à l’état humide.

Préparation des échantillons de sols non rhizosphériques (sol distant)

Les échantillons de sol non rhizosphérique ont été homogénéisés par effritement des agrégats et

mélange à la main. La teneur en eau massique à 105°C a été déterminée sur trois aliquotes de 10 à 15 g

de sol à humidité du terrain. Elle vaut respectivement 48 ± 9 % pour l’horizon de surface, 198 ± 3 %

pour la couche 12 et 208 ± 13 % pour la couche 16.

Des sous-échantillons de 800 à 1 kg de sol ont été séparés par quartage manuel afin d’être lyophilisé.

Les échantillons de 200 à 400 g récupérés après lyophilisation ont été homogénéisés (réduction des

agrégats les plus gros). Quelques grammes de sol ont été broyés avec un mortier et un pilon en agate

pour les analyses minéralogiques.

Préparation des échantillons de sols rhizosphériques (sol adhérant)

Les échantillons de sols rhizosphériques ont été lyophilisés pendant 68 h. En vue des analyses

minéralogiques, la totalité des échantillons de sols rhizosphériques lyophilisés des couches 12 et 16 a

été broyée à l’aide d’un mortier et d’un pilon en agate, après avoir enlevé la majeure partie des débris

végétaux. Pour l’horizon de surface, une aliquote de 1 à 2 g a été broyée.

69

Préparation des racines

Suite à la récupération du sol adhérant aux racines par brossage, les racines ont été lavées en vue d’y

analyser la composition élémentaire. Le lavage des racines s’est déroulé en plusieurs étapes :

décollement du sol avec un jet de pissette d’eau déminéralisée, deux trempages successifs des racines

dans l’eau déminéralisée puis passage aux ultrasons pendant 10 minutes. Cependant, suite à ce lavage,

il reste encore une couche de sol adhérant aux racines, notamment pour les couches 12 et 16. Les

racines ont ensuite été séchées pendant 49h à 70°C.

IV.2.3.Analyses

Afin d’étudier l’influence éventuelle des racines sur la nature du sol, différentes analyses ont été

réalisées sur le sol rhizosphérique selon la quantité d’échantillons récupérée ainsi que sur le sol non

rhizosphérique à titre comparatif (Tableau 10).

Tableau 10 : Tableau récapitulatif des analyses réalisées sur les différents échantillons de sols

rhizosphériques et non rhizosphériques

Les analyses réalisées dans le sol sont la composition élémentaire, les extractions selon les méthodes de Tamm

(oxalate) et de Mehra-Jackson (CBD) et au CaCl

2

(0,01 M), la minéralogie par DRX et spectroscopie IR et le

dosage des métaux dans les racines.

Composition élémentaire

La composition élémentaire des échantillons de sols rhizosphériques et non rhizosphériques de

l’horizon de surface a été déterminée Service d’Analyse des Roches et des Minéraux selon le protocole

décrit en II.2.1. Les teneurs sont exprimées par rapport au sol séché à 105°C.

échantillon

analyses

compo.

élém.

extractions DRX

IR

oxalate CBD CaCl

2

horizon 1

(0-18 cm)

Sol

rhizosphérique

(4 échantillons)

Hz1 P1 rhizo

Hz1 P2 rhizo

Hz1 P3 rhizo

Hz1 P4 rhizo

X X X X X

Sol non

rhizosphérique

(4 échantillons)

Hz1 P1 bulk

Hz1 P2 bulk

Hz1 P3 bulk

Hz1 P4 bulk

X X X X X

couche 12

(68-82 cm)

Sol

rhizosphérique

(4 échantillons)

Hz12 P1 rhizo

Hz12 P2 rhizo

Hz12 P3 rhizo

Hz12 P4 rhizo

X

Sol non

rhizosphérique

(4 échantillons)

Hz12 P1 bulk

Hz12 P2 bulk

Hz12 P3 bulk

Hz12 P4 bulk

X

couche 16

(93-105

cm)

Sol

rhizosphérique

(4 échantillons)

Hz16 P1 rhizo

Hz16 P2 rhizo

Hz16 P3 rhizo

Hz16 P4 rhizo

X

Sol non

rhizosphérique

(4 échantillons)

Hz16 P1 bulk

Hz16 P2 bulk

Hz16 P3 bulk

Hz16 P4 bulk

X

70

Détermination des teneurs en C, N, S et C

org

Les teneurs totales en C, N et S des échantillons de sols rhizosphériques et non rhizosphériques de

l’horizon de surface ont été déterminées par combustion sèche à l’aide d’un analyseur élémentaire

CNS (Vario MICRO Cube, Elementar). Pour chaque échantillon, trois aliquotes de 30 mg de sol

finement broyé ont été pesées et introduites dans des capsules en étain. Plusieurs échantillons de

sulfanilamide et de sol de référence ont été passés au cours de l’analyse.

Les teneurs en C

org

ont été mesurées à partir des teneurs totales en C par combustion sèche, dans les

mêmes conditions d’analyse, sur des échantillons de sol préalablement décarbonatés. Pour chaque

échantillon, trois aliquotes de 20 mg de sol finement broyé ont été pesées et introduites dans des

capsules en argent placées dans une microplaque (90 puits). Au vu des teneurs en carbonates des

matériaux analysés, 25 à 70 µL d’HCl à 1M sont nécessaires pour éliminer les carbonates. La

décarbonatation a été opérée dans les capsules par quatre ajouts successifs de 50 µL de HCl à 1M.

L’acide a été ajouté doucement pour éviter les débordements en cas de forte effervescence et pour bien

mouiller l’ensemble de l’échantillon. Entre chaque ajout, les échantillons sont laissés à agir à froid

pendant au moins 1 h. L’atteinte d’un niveau d’acide suffisamment bas avant le rajout suivant a été

obtenue par évaporation sous une sorbonne pendant plusieurs heures ou par séchage à l’étuve à 60°C

pendant 1h puis refroidissement à température ambiante. A la fin de la décarbonatation, les

échantillons ont été séchés à l’étuve à 60°C pendant 44 h puis les capsules ont été refermées pour

l’analyse. Les teneurs sont exprimées en fonction du sol lyophilisé.

Extractions

Plusieurs extractions sélectives, extractions selon les méthodes de Tamm et de Mehra-Jackson et

extraction des métaux au CaCl

2

(0,01 M), ont été effectuées sur les échantillons de sols

rhizosphériques et non rhizosphériques de l’horizon de surface au Laboratoire d’Analyse des Sols

selon les protocoles exposés II.4. Les teneurs sont exprimées par rapport au sol séché à 105°C.

Analyses minéralogiques

Les échantillons de sols rhizosphériques et non rhizosphériques des trois couches ont été analysés par

DRX et spectroscopie IR au Laboratoire Environnement et Métallurgie selon les protocoles décrits en

II.2.2. Un porte-échantillon adapté pour les petites quantités a été utilisé pour passer les échantillons

de sol rhizosphériques en DRX. Afin de comparer la minéralogie des échantillons de sols

rhizosphériques et non rhizosphériques, l’aire de certains pics bien définis a été intégrée entre deux

bornes fixées pour l’ensemble des échantillons (Tableau 11).

Tableau 11 : Paramètres d’intégration des diffractogrammes pour comparer les aires des pics de certaines

phases minérales entre les échantillons de sols rhizosphériques et non rhizosphériques

échantillon

pic

phase

minérale

borne inférieure

d’intégration

borne supérieure

d’intégration

d en Å 2θ en °

couche 1

3,03 calcite 33,9 - 34,1 34,7 - 34,8

3,34 quartz 30,6 - 30,9 31,2 - 31,4

4,17 goethite 24,3 - 24,5 25,1

7,15 kaolinite 13,6 - 13,9 14,9 - 15

couche 12 ^{3,03 calcite 34,18 34,5 - 34,6}

4,67 oxyde de Mn 21,9 22,2 - 22,3

couche 16 3,03 calcite 33,9 - 34,1 34,5 - 34,7

IV.2.4.Traitement des données

Pour chaque paramètre mesuré, les données mesurées dans les échantillons de sols rhizosphériques

(n=4) et non rhizosphériques (n=4) ont été comparées.

La normalité et l’homoscédasticité des données ont été préalablement vérifiées grâce au test de

normalité de Shapiro-Wilk et au test de Bartlett, en considérant un seuil de signification de 5%.

Lorsque ces deux critères sont remplis, une ANOVA à un facteur a été utilisée pour analyser les

71

différences entre les deux modalités (sol rhizosphérique et sol non rhizosphérique) avec un Tukey

(HSD) avec un intervalle de confiance de 95%. La normalité des résidus standardisés de l’ANOVA a

été vérifiée par un test de Shapiro-Wilk.

Un test non paramétrique de Mann-Whitney avec un seuil de signification de 5% a été utilisé pour les

paramètres ne remplissant pas les critères de normalité et/ou d’homoscédasticité. Ces tests ont été

réalisés sous XLSTAT 2010.

Une ANOVA à 2 facteurs (sol et éléments) a été réalisée sur certains paramètres (factorial ANOVA

sous R) avec un seuil de significativité de 5%.

IV.3. Simulation de l’exsudation racinaire d’acides organiques (expériences en batch et en

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