Structure des communautés bactériennes et compositions taxonomiques

une séparation entre la structure des communautés bactériennes des différents traitements avec et sans compost. Ceci est expliqué par l’axe PC1 avec une variation de 14%. Les communautés bactériennes se sont aussi distinguées, entre les jours 44 et 338 de l’incubation, mais avec une plus faible variation, soit de 8%. L’ajout de biochar a eu un

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moins grand impact sur les communautés bactériennes. Toutefois, une variation de 3% (axe PC3 de la figure 5.4b) explique la différence entre les communautés bactériennes des différents traitements.

Fig. 5.4 Vue d’ensemble sur trois axes (PC1, PC2, PC3) de la structure des communautés bactériennes dans les traitements de sol avec ou sans compost aux jours 44 et 338 de l’incubation.

L’analyse principale de coordination (PCoA) basée sur le unweighted UniFrac distance metric a été utilisée. Témoin sans biochar; 5% (m/m) de M400, M550 et M700, biochar d’érable pyrolysé à 400˚C, 550˚C et 700˚C respectivement; et 5% (m/m) de P700, biochar de pin pyrolysé à 700˚C. Dose de compost = 3,8% (m/m). Selon le test statistique ADONIS, tous les traitements biochars sans compost ont été différents (p < 0,05) du témoin, au jour 338 de l’incubation (Tableau 5.3). Les communautés bactériennes des traitements d’érable (M400, M550 et M700) n’ont pas été différentes entre elles (p > 0,05), mais elles ont été toutes différentes du traitement P700 (p < 0,05).

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Tableau 5.3 Analyse statistique nonparamétrique ADONIS basée sur la matrice de comparaison des distances unweighted Unifrac dans les différents traitements sans compost au jour 338 de l’incubation.

Comparaison par paire F Model R2 _{Pr (>F)}

Témoin vs M400 1,88 0,24 0,04 Témoin vs M550 1,60 0,21 0,03 Témoin vs M700 1,79 0,23 0,03 Témoin vs P700 1,18 0,16 0,04 M400 vs P700 1,79 0,23 0,04 M550 vs P700 1,69 0,22 0,02 M700 vs P700 1,77 0,23 0,03 M400 vs M550 1,00 0,14 0,50 M400 vs M700 0,95 0,14 0,79 M550 vs M700 0,98 0,14 0,62

F-Tests p < 0,05 indique une différence significative entre la comparaison par paire. La variation des effets des traitements sur la composition des communautés bactériennes a été estimée avec 999 permutations.

Le diagramme de Venn présenté à la figure 5.5 indique que le traitement P700 partage un plus grand nombre d’OTUs (266 OTUs) avec le témoin que le traitement M700 (203 OTUs) au jour 338 de l’incubation. De plus, le traitement P700 possède un nombre d’OTUs plus élevé (433 OTUs) que le traitement M700 (354 OTUs), et légèrement plus élevé que le témoin (408 OTUs).

Fig. 5.5 Diagramme de Venn, où chaque rond présente le nombre et la proportion d’unités taxonomiques opérationnelles (OTUs) détectés au jour 338 dans les traitements sans compost.

Témoin sans biochar; 5% (m/m) de M700, biochar d’érable pyrolysé à 700˚C et 5% (m/m) de P700, biochar de pin pyrolysé à 700˚C.

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Au niveau de l’abondance relative des OTUs bactériennes, les classes Actinobacteria,

Chloroflexi, Bacilli, Gemmatimonadetes, Alphaproteobacteria, Pedosphaerae et Spartobacteria ont été présentes dans tous les traitements avec et sans compost au jour

338 de l’incubation (Tableau 5.4). L’abondance relative de ces classes bactériennes a été similaire (p > 0,05) entre les traitements biochars et le témoin (Tableau 5.4). L’ajout de biochars d’érable M400, M550 et M700 dans le sol sans compost a favorisé significativement les espèces de la classe Deltaproteobacteria et Gammaproteobacteria (Tableau 5.4). Les espèces de la classe Betaproteobacteria ont aussi été plus abondantes (p < 0,05) dans les traitements biochars que le témoin sans compost, mais seulement dans le M400 et M700 (Tableau 5.4). De plus, l’ajout de biochar M700 dans le sol sans compost a également eu un effet bénéfique sur l’abondance des espèces de la classe

Cytophagia. Les classes bactériennes Acidobacteria-6 et Nitrospira ont été uniquement

plus abondantes dans le sol amendé de P700 que dans le témoin et les autres traitements biochars (Tableau 5.4). L’ajout de compost a favorisé significativement le développement des classes bactériennes Cytophagia et des Rhodothermi, et surtout les Anaerolineae dans tous les traitements (Tableau 5.4).

Plus spécifiquement, les espèces du genre Pedomicrobium et celles du genre Haliangium ont été plus nombreuses (p < 0,05) dans les traitements d’érable M400, M550 et M700 que dans le témoin et dans le P700 sans compost au jour 338 de l’incubation (Tableau 5.5). Le genre Hyphomicrobium a été plus élevé dans le traitement M700 et M400 que dans le témoin. Les espèces du genre Nitrospira ont été plus abondantes (p < 0,05) dans le traitement M550 que le dans le témoin et les autres traitements biochar (Tableau 5.5). En général, les pourcentages d’espèces retrouvées dans le traitement P700 ont été équivalents (p > 0,05) à ceux dans le témoin sans biochar (Tableau 5.5).

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Tableau 5.4 Pourcentage d’abondance relative des OTUs bactériennes au niveau de la classe dans les traitements de sol avec ou sans compost au jour 338 de l’incubation.

Sans compost

Phylum Classe Témoin M400 M550 M700 P700

Acidobacteria Acidobacteria-6 4,0 b 4,2 ab 3,6 b 3,8 b 4,9 a Actinobacteria Actinobacteria 10,4 a 9,6 a 10,7 a 9,9 a 9,8 a Actinobacteria Thermoleophilia 13,9 a 10,2 a 12,6 a 10,4 a 12,1 a Bacteroidetes Cytophagia 0,4 b 0,9 ab 0,7 ab 1,0 a 0,3 b Bacteroidetes Rhodothermi 0,0 a 0,0 a 0,0 a 0,0 a 0,0 a Chloroflexi Anaerolineae 2,9 a 3,3 a 3,1 a 3,5 a 3,0 a

Chloroflexi Chloroflexi 3,1a 1,7 a 1,9 a 1,7 a 2,9 a

Firmicutes Bacilli 4,4 a 5,1 a 4,8 a 4,6 a 2,4 a Gemmatimonadetes Gemmatimonadetes 11,3 a 11,7 a 11,1 a 11,1 a 12,0 a Nitrospirae Nitrospira 1,0 b 1,0 b 1,2 b 1,1 b 2,4 a Proteobacteria Alphaproteobacteria 8,6 a 9,1 a 8,4 a 9,2 a 8,4 a Proteobacteria Betaproteobacteria 7,7 c 11,1 a 8,6 bc 9,7 ab 7,9 bc Proteobacteria Deltaproteobacteria 3,5 d 5,2 ab 4,4 bc 5,4 a 3,8 cd Proteobacteria Gammaproteobacteria 1,1 c 2,7 ab 2,6 ab 3,2 a 1,7 bc

Verrucomicrobia Opitutae 0,4 abc 0,6 a 0,3 bc 0,6 ab 0,2 c

Verrucomicrobia Pedosphaerae 0,9 a 1,2 a 1,0 a 1,2 a 1,4 a

Verrucomicrobia Spartobacteria 1,6 a 0,7 a 0,9 a 0,9 a 1,8 a

Autres bactéries 24,9 21,9 23,9 22,7 24,9

Avec compost

Phylum Classe Témoin M400 M550 M700 P700

Acidobacteria Acidobacteria-6 2,8 b 2,8 b 2,8 b 2,5 b 3,9 a Actinobacteria Actinobacteria 7,0 a 6,2 a 7,5 a 7,1 a 7,7 a Actinobacteria Thermoleophilia 7,9 a 5,8 a 8,1 a 6,2 a 8,6 a Bacteroidetes Cytophagia 2,3 b 5,7 a 5,0 a 4,7 a 1,3 b Bacteroidetes Rhodothermi 2,9 b 5,4 a 3,4 b 4,2 ab 2,8 b Chloroflexi Anaerolineae 24,3 a 23,4 a 19,6 a 25,1 a 17,6 a Chloroflexi Chloroflexi 2,0 a 1,0 a 1,3 a 1,0 a 2,1 a Firmicutes Bacilli 3,9 a 3,2 a 3,4 a 4,3 a 3,2 a Gemmatimonadetes Gemmatimonadetes 7,0 ab 5,2 b 6,2 b 5,3 b 8,9 a Nitrospirae Nitrospira 0,6 c 0,9 bc 1,1 b 0,8 bc 2,1 a Proteobacteria Alphaproteobacteria 8,3 ab 9,4 a 7,8 b 8,1 ab 7,4 b Proteobacteria Betaproteobacteria 5,7 a 6,6 a 6,2 a 6,3 a 7,3 a Proteobacteria Deltaproteobacteria 3,0 b 4,2 a 3,8 ab 4,4 a 3,8 ab Proteobacteria Gammaproteobacteria 1,4 b 2,2 ab 2,6 a 2,6 a 1,9 ab Verrucomicrobia Opitutae 0,5 bc 0,6 b 0,9 a 0,8 ab 0,2 c Verrucomicrobia Pedosphaerae 0,5 a 0,6 a 0,7 a 0,6 a 0,8 a Verrucomicrobia Spartobacteria 1,2 a 0,5 a 0,6 a 0,5 a 1,3 a Autres bactéries 18,7 16,2 19,2 15,6 19,2 Les moyennes (n = 4) dans chaque ligne suivies par une lettre distincte diffèrent significativement selon le test Tukey (p < 0,05). Témoin sans biochar; 5% (m/m) de M400, M550 et M700, biochar d’érable pyrolysé à 400˚C, 550˚C et 700˚C respectivement; et 5% (m/m) P700, biochar de pin pyrolysé à 700˚C. OTUs, unités taxonomiques opérationnelles. Dose de compost = 3,8 %(m/m).

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Tableau 5.5 Pourcentage d’abondance relative des OTUs bactériennes au niveau de la famille et du genre dans les traitements de sol sans compost au jour 338 de l’incubation.

Classe Famille Genre Témoin M400 M550 M700 P700 Pr >F Actinobacteria Mycobacteriaceae Mycobacterium 1,18 ab 0,94 b 1,24 a 1,06 ab 1,06 ab * Actinobacteria Streptomycetaceae Streptomyces 0,13 a 0,04 b 0,06 ab 0,04 b 0,10 ab * Thermoleophilia Gaiellaceae 8,06 a 5,72 b 6,81 ab 5,77 b 7,13 ab **

Saprospirae Chitinophagaceae Flavisolibacter 0,41 a 0,22 ab 0,16 b 0,18 b 0,34 ab ** Bacilli Bacillaceae Bacillus 0,73 a 1,18 a 0,89 a 1,11 a 0,58 a 0,06 Clostridia Clostridiaceae Clostridium 0,76 a 0,54 a 0,79 a 0,84 a 0,63 a 0,43 Nitrospira Nitrospiraceae Nitrospira 0,58 b 0,55 b 0,86 a 0,63 b 0,57 b ** Alphaproteobacteria Bradyrhizobiaceae Bradyrhizobium 0,31 a 0,25 a 0,22 a 0,31 a 0,26 a 0,63 Alphaproteobacteria Hyphomicrobiaceae Devosia 0,04 b 0,13 ab 0,11 ab 0,19 a 0,04 b * Alphaproteobacteria Hyphomicrobiaceae Hyphomicrobium 0,08 c 0,23 ab 0,13 bc 0,28 a 0,09 c *** Alphaproteobacteria Hyphomicrobiaceae Pedomicrobium 0,33 b 1,06 a 0,78 a 1,01 a 0,38 b *** Alphaproteobacteria Hyphomicrobiaceae Rhodoplanes 1,83 ab 1,56 b 1,53 b 1,77 ab 1,96 a * Alphaproteobacteria Hyphomonadaceae 0,51 a 0,09 bc 0,01 c 0,15 bc 0,29 ab *** Alphaproteobacteria Rhodospirillaceae 1,23 a 1,49 a 1,36 a 1,47 a 1,21 a 0,14 Alphaproteobacteria Sphingomonadaceae Kaistobacter 2,28 a 1,53 a 1,73 a 2,18 a 1,22 a 0,19 Betaproteobacteria Comamonadaceae Limnohabitans 0,08 a 0,06 a 0,06 a 0,05 a 0,06 a 0,96 Betaproteobacteria Oxalobacteraceae 0,31 a 0,23 a 0,28 a 0,26 a 0,33 a 0,80 Deltaproteobacteria Haliangiaceae Haliangium 0,01 b 0,99 a 0,74 a 0,81 a 0,01 b *** Gammaproteobacteria Pseudomonadaceae Pseudomonas 0,00 0,05 0,01 0,01 0,00 ND Gammaproteobacteria Xanthomonadaceae 0,39 a 0,18 c 0,21 bc 0,13 c 0,36 ab *** Opitutae Opitutaceae Opitutus 0,36 abc 0,63 a 0,34 bc 0,57 ab 0,24 c ** Les moyennes (n = 4) dans chaque ligne suivies par une lettre distincte diffèrent significativement selon le test

Tukey (p < 0,05). Témoin sans biochar; 5% (m/m) de M400, M550 et M700, biochar d’érable pyrolysé à 400˚C, 550˚C et 700˚C respectivement; et 5% (m/m) P700, biochar de pin pyrolysé à 700˚C. OTUs, unités taxonomiques opérationnelles. p : * = ≤ 0,05, ** = ≤ 0,01, *** = ≤ 0,001. Les chiffres indiquent une valeur de p non significative (p > 0,05). ND, non déterminé

5.3.7 Relation entre les communautés bactériennes et les variables environnementales mesurées

L’analyse ANOVA du tableau 5.6 permet de distinguer les espèces bactériennes les plus abondantes (p < 0,01) en présence de biochars que dans le témoin non amendé au jour 338. Le traitement M550 a obtenu un nombre d’OTUs bactérien significativement plus élevé que le témoin. Selon l’analyse SPEARMAN (Tableau 5.6), certaines espèces de la classe Anaerolineae, Chloroflexi, Bacilli, Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria et

Deltaproteobacteria ont été positivement corrélées (p < 0,05) avec le contenu du sol en

DOC dans les traitements sans compost au jour 338. Aucune corrélation n’a été observée entre les espèces et les émissions en CH4 et N2O.

Au niveau de la famille, plusieurs espèces ont également été corrélées avec les variables environnementales mesurées lors de l’étude d’incubation (Tableau 5.6). Par exemple, une espèce de la famille Gaiellaceae a été positivement corrélée avec le ratio C:N (r = 0,73) et

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celle de la famille Chitinophagaceae a été négativement corrélée avec la concentration DIC (r = −0,67) selon l’analyse SPEARMAN (Tableau 5.6). Ces deux espèces ont été significativement plus abondantes dans le P700 que dans le témoin selon l’analyse ANOVA (Tableau 5.6). Une espèce de la famille Bacillaceae a été positivement corrélée avec le DOC, le pH et la DIC et fortement présente dans le traitement M400. Huit espèces de la famille Hyphomicrobiaceae, sept de la famille Haliangiaceae et trois de la famille OM27 ont été positivement corrélées avec le DOC, et elles ont été fortement présentes dans les traitements d’érable (M400, M550 et M700). De plus, les Haliangiaceae et celles de OM27 ont été significativement corrélées avec le pH et négativement avec les émissions en CO2 et le taux d’hydrolyse de la FDA. Deux espèces de la famille

Rhodospirillaceae ont été positivement corrélées avec la DIC (r = 0,68). Trois espèces de

l’ordre Nitrospirales ont été négativement corrélées avec la concentration en DN (r = −0,67) et positivement corrélées avec le ratio C:N (r = 0,76), dont deux retrouvées dans le traitement P700. Une espèce de la famille Nitrospiraceae a été significativement plus présente dans le traitement P700 que dans le témoin, et celle-ci a été positivement corrélée (p < 0,05) avec le CO2 (r = 0,76) et la FDA (r = 0,70), mais négativement avec le pH (r = −0,75) et la DOC (r = −0,79) (Tableau 5.6).

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Tableau 5.6 Nombre d’OTUs observé dans chaque traitement biochar sans compost significativement différent du témoin et coefficient de

corrélation entre l’abondance relative des séquences des groupes bactériens et les variables environnementales mesurées au jour 338 de l’incubation.

1 _{Comparaison des espèces de la table d’OTUs entre le témoin (0% de biochar) et chacun des traitements biochars. Lorsque le nombre d’OTUs observé du traitement}

biochar était significativement plus grand (p < 0,01) que le témoin, le nom de la famille et/ou de la classe a été rapporté dans le tableau 5.6 avec le nombre d’OTUs dominant pour chacun des traitements. 2 _{Corrélation des variables environnementales mesurées au jour 338 de l’incubation avec les espèces significativement plus}

abondantes dans les traitements biochars avec un niveau de signification corrigé avec Bonferoni à p < 0,05. Les espèces qui n’ont pas été corrélées à l’une des variables mesurées ne sont pas présentées dans ce tableau. Émissions en CO2 (mg C kg sol sec-1 j-1), CH4 (μg C kg sol sec-1 j-1) et N2O (μg N kg sol sec-1 j-1); FDA, fluorescéine

diacétate (μg fluorescéine g sol sec-1 _h-1_{) ; DOC, carbone organique dissous (mg C kg sol sec}-1_{) ; DIC, carbone inorganique dissous (mg C kg sol sec}-1_{) ; DN, azote total}

dissous (mg N kg sol sec-1_{) ; C : N, carbone / azote (ratio) ; OTU, unité taxonomique opérationnelle. Cinq % (m/m) de M400, M550 et M700, biochar d’érable pyrolysé à}

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5.4 Discussion