Conclusion

Cette étude, effectuée sur les vasières intertidales des principaux estuaires de Guyane française, a permis, dans un premier temps, d’en caractériser les propriétés physico-chimiques, les teneurs en contaminants (HAP et ETM), la diversité des peuplements diatomiques et de déterminer les propriétés métaboliques de leurs communautés microbiennes sédimentaires.

Pour l’ensemble des variables descriptives étudiées, d’importantes variations spatio-temporelles ont été enregistrées liées aux caractéristiques hydro-sédimentaires particulières des estuaires de Guyane et à l’alternance des saisons hydro-climatiques. En particulier, les processus biogéochimiques au sein de ces vasières sont apparus fortement contrôlés par ces différents forçages environnementaux s’exprimant à l’échelle régionale et modulés à l’échelle locale (situationnelle, stationnelle).

En tenant compte de ces différentes contraintes spatio-temporelles, cette étude a visé, dans un second temps, à déterminer les principaux facteurs environnementaux structurant l’expression des fonctions microbiennes à la base des cycles biogéochimiques.

La richesse des sédiments en MO est apparue comme l’un des facteurs majeurs de contrôle de l’expression des enzymes microbiennes impliquées dans sa minéralisation et donc, plus globalement, dans les cycles biogéochimiques du CNPS. Néanmoins, d’autres paramètres tels que la salinité, le pH et les teneurs en NH4

+ , liés aux caractéristiques hydro-sédimentaires et hydrochimiques des différentes stations, ont pu être identifiés comme facteurs pouvant potentiellement intervenir dans la régulation de ces fonctions enzymatiques. Durant cette étude, l’activité respiratoire aérobie des sédiments a également été mesurée et a présenté des patrons d’expression totalement différents de ceux des enzymes. La richesse en colloïdes argilo-humiques constitue un environnement sédimentaire propice à l’adsorption des enzymes ; phénomène permettant l’enrichissement progressif des sédiments par des « pools » d’activités enzymatiques plus ou moins pérennes. Ceci pourrait expliquer l’absence de lien avec l’activité respiratoire qui elle varie à tout instant au gré de la disponibilité en substrats carbonés. En outre, il est également possible d’envisager certains biais dans la mesure de

Guyane française

respiration dus (i) à des consommations d’O2 impliquées dans des processus d’oxydation abiotique de certains éléments minéraux réduits (e.g. Fe et Mn), (ii) à des productions d’acides organiques volatils résultant de processus de minéralisation incomplète de MOS par voie fermentative et (iii) à des consommations d’O2 par respiration des communautés benthiques (phytobenthos et méiofaune). Un dernier paramètre microbien, la diversité métabolique potentielle d’utilisation de substrats carbonés par les communautés microbiennes aérobies, a été évalué par le système Biolog. Au même titre que les enzymes, cette diversité est apparue majoritairement structurée par la disponibilité en sources de C et de N dans les sédiments et leur hydrochimie (salinité et pH). En outre, durant cette étude, divers contaminants appartenant aux familles des ETM et des HAP anthropogéniques ont été dosés afin d’évaluer leur possible rôle dans la régulation des fonctions microbiennes. Dans le cas des HAP, aucun effet significatif n’a pu être mis en évidence. En revanche, certains ETM tels que le Cd ou le Pb sembleraient exercer un effet dépressif sur les uréases. Néanmoins, il est aussi possible que ces incidences ne résultent que d’effets confondants relatifs à d’autres facteurs tels que la quantité et la qualité de MOS et la variabilité des contextes hydro-climatiques. Enfin, les communautés phytobenthiques, via leur production d’EPS, et plus globalement le benthos (phytobenthos, méio- et macrofaune), via leur biomasse et leur activité de bioturbation, sont directement impliqués dans la dynamique de la MOS et donc dans le contrôle des activités microbiennes des sédiments de surface.

Dans le droit fil des résultats de cette étude, plusieurs pistes de recherches seraient intéressantes à développer. En effet, la stabilisation et la maturation de ces vasières colonisées par des biofilms micro- phytobenthiques vont permettre, dans leur partie supra-tidale, la colonisation progressive de la mangrove et son extension. Ainsi, il serait intéressant d’appréhender, d’une part, les modifications d’environnement sédimentaire engendrées par l’implantation (enracinement) des palétuviers puis par la dynamique successionnelle de cette phase pionnière arborée et, d’autre part, leurs conséquences sur les profils fonctionnels des communautés microbiennes des sédiments. En corollaire, les effets de ce changement de producteur primaire (algal vs arboré) sur l’expression des fonctions microbiennes pourraient être évalués au travers de l’étude de leurs évolutions en fonction de la disponibilité et de la qualité des différentes sources de MOS.

Functional patterns of microbial communities of

rhizospheric soils across the development stages of a

young mangrove in French Guiana

Mathieu Luglia1*, Stéven Criquet

1

Institut Méditerranéen de Biodiversité et d’ Université, CNRS, IRD

2

Laboratoire des Moyens Analytiques (LAMA, US IRD 191 IMAGO) Montabo BP 165, 97323

3

Spectropole, Fédération des Sciences Chimiques de Marseille (FR 1739 AMU Jérôme, 13397 Marseille Cedex 20, France

* E-mail : mathieu.luglia@imbe.fr

Microbial Ecology 67(2): 302

Functional patterns of microbial communities of

rhizospheric soils across the development stages of a

young mangrove in French Guiana

*, Stéven Criquet1, Max Sarrazin2, Fabio Ziarelli

terranéen de Biodiversité et d’Écologie marine et continentale (IMBE) IRD, Avignon Université – Faculté de St

Laboratoire des Moyens Analytiques (LAMA, US IRD 191 IMAGO) 97323 Cayenne Cedex, France

Spectropole, Fédération des Sciences Chimiques de Marseille (FR 1739 AMU 13397 Marseille Cedex 20, France

mathieu.luglia@imbe.fr, Tél. : 33491288530

67(2): 302-317 (2014), doi: 10.1007/s00248

Chapitre 4

Functional patterns of microbial communities of

rhizospheric soils across the development stages of a

young mangrove in French Guiana

, Fabio Ziarelli3, Daniel Guiral1

cologie marine et continentale (IMBE)

Faculté de St-Jérôme, 13397 Marseille Cedex 20, France Laboratoire des Moyens Analytiques (LAMA, US IRD 191 IMAGO) – Centre IRD Guy

Spectropole, Fédération des Sciences Chimiques de Marseille (FR 1739 AMU/CNRS)

33491288530, Fax : 33491288668

doi: 10.1007/s00248-013-0298-9

Chapitre 4

Functional patterns of microbial communities of

rhizospheric soils across the development stages of a

young mangrove in French Guiana

cologie marine et continentale (IMBE) – Aix-Marseille Jérôme, 13397 Marseille Cedex 20, France

IRD Guyane, Route de

young mangrove in French Guiana

4.1. Introduction

The Amazon River is responsible for a huge discharge of sediment into the Atlantic Ocean. A major portion of this suspended particulate matter is diverted and follows a north-western path under the influence of the North-Brazil current, wind regime, and tidal currents that result in the spectacular migration of 1 600 km of subtidal mud belt along the coastline of Guianas to the Orinoco Delta (Allison and Lee, 2004; Baltzer et al., 2004). In French Guiana, this extension continuously leads to the formation of series of mud banks of 10- 60 km in length, 20-30 km in width, and up to 5 m in thickness, which migrate at velocities ranging from 1 to more than 5 km.y-1 (Anthony et al., 2008) along the entire coastline. They are separated by interbank areas of 15-25 km in length exposed to intensive erosion by trade-wind wave forces, generating fluid mud suspensions and delivering sediment across the intertidal zone of mud banks (Allison and Lee, 2004). In contrast, in the intertidal zone, mud banks form extensive mudflats which protect the coastline from the attacks of swell and thus allow shoreline accretion. The periodic de-watering of these deposits, due to tide cycles and their colonization by diatom mats (Sylvestre et al., 2004), progressively generates a consolidation and stabilization of the upper intertidal part of the mudflats. The arrival of propagules imported from fringing mature mangroves promotes the extension of the mangrove ecosystem benefitting from the formation of mud cracks (Gardel et al., 2009) considered, in French Guiana, as responsible for 95 % of mangrove sprouting on the coastal fringe (Fiot and Gratiot, 2006). In this environment, highly constrained by rapid and intensive hydro-sedimentary dynamics, the successional dynamic of the mangrove ecosystem gradually leads (in 50 years) to the development of series of facies, from pioneer to mature and finally to senescent (Baltzer et al., 2004). With regard to the biogeographical history of mangrove extension in the world (Tomlinson, 1986), these development stages present a pauci-specific feature along the 350 km of coastline of French Guiana where occur Avicennia germinans (the dominant species of the mangroves of French Guiana),

Laguncularia racemosa (pioneer species), Rhizophora genus (R. mangle and R. racemosa species) (Fromard

et al., 1998) and very rarely Conocarpus erectus.

The interactions between sediment, soil organic matter (SOM) and meio- and macrofauna, responsible for changes in ground micro-topography, sediment properties, and ground water regime of these stages (Baltzer et al., 2004), are thought to be linked with microbial community functioning, which is a central component of biogeochemical processes and trophic dynamics that occur within the mangrove ecosystem (Alongi, 1988; Alongi et al., 1993; Dinesh et al., 1998; Holguin et al., 2001; Kathiresan and Bingham, 2001; Costa et al.,

young mangrove in French Guiana

2007). The main OM input available to the mangrove ecosystem food web comes both from the marine environment and from the decomposition processes of mangrove debris (e.g., leaves, dead wood and root exudates) mediated by microorganisms and carried out by their enzymes (Holguin et al., 2001; Caravaca et al., 2005; Costa et al., 2007). Thus, microbial functions and dynamics seem to make an essential contribution to the productivity of the mangrove ecosystem and are probably directly responsible for the well-being of mangroves (Alongi, 1996; Bashan et al., 2000; Holguin et al., 2001). Despite this fact, very few studies have examined the functional patterns of soil microbial communities associated with mangrove rhizosphere, especially with regard to the determinism of microbial functions involved in nutrient dynamics. The determination of enzyme activities involved in the main biogeochemical cycles (CNPS) would enable better knowledge of the role of microbial communities in mangrove ecosystems (Hyde and Lee, 1995; Dinesh et al., 1998; Sjöling et al., 2005; Liu et al., 2008).

The main goal of this study, carried out in 2010 during two hydroclimatic seasons, was thus to characterize the relationships between the development stages of mangrove, the physico-chemical characteristics of the soil, the quantity and quality of SOM, and the rhizospheric microbial functions. In addition, we have focused on soils from pioneer stages in order to describe the prospective shifts in microbial functional patterns (i) consecutive to root assimilation and excretion of mangroves (i.e., rhizospheric vs non-rhizospheric soils), and (ii) linked to species of mangroves (i.e., rhizospheric soils of L. racemosa vs A. germinans).

4.2. Materials and methods