Activités enzymatiques dans les sols. Intérêt des PROs

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Activités enzymatiques dans les sols

Intérêt des PROs

NATHALIE CHEVIRON ^23/11/2015

Nathalie Cheviron, Virginie Grondin et Christelle Marrauld

Journée technique PRO’spective

23 novembre 2015

(2)

INTRODUCTION

^(1/2)

NATHALIE CHEVIRON/ ACTIVITE FONCTIONELLE DES MICROORGANISMES ^23/11/2015

.02

Microorganismes et Faune

Principaux Responsables des Processus réalisés dans les sols

Enzymes du Sol

Médiateurs, catalyseurs de nombreuses fonctions du sol

Décomposition de la Matière organique apportée

Transformation Matière organique

native

Recyclage des nutriments

Fixation Azote,

Nitrification,

Dénitrification

(3)

INTRODUCTION ^(2/2)

23/11/2015

.03

Les besoins aujourd’hui d’outils de diagnostique pour:

Mesurer l'état biologique en lien avec les fonctions des sols Evaluer des Services écosystémiques des sols agricoles

« La santé d’un sol est sa capacité à assurer les fonctions pour lesquelles il est dédié, fonctions qui font intervenir la composante biologique de l’écosystème en tenant compte des conditions pédoclimatiques »

Dick ( Biological Indicators of Soil Health. 1997 )

Rôle central des enzymes dans l’environnement sol - Font partie de la composante biologique

- Soutien des réactions biochimiques

NATHALIE CHEVIRON/ ACTIVITE FONCTIONELLE DES MICROORGANISMES

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SOMMAIRE

23/11/2015

Les enzymes des sols et leurs propriétés Mesures des indicateurs enzymatiques Suivi des SOERE PROs

Suivi du site de Colmar Conclusions

.04

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Titre de la page

NOM DE L’AUTEUR / NOM DE LA PRESENTATION JOUR / MOIS / ANNEE

Sous-titre de la page (facultatif)

.05

23/11/2015

.05

Les enzymes du sol ^(1/3)

Que sont les enzymes des sols ?

Origine des Enzymes des sols

Microorganismes des sols- vivants et morts Racines des plantes et résidus de cultures Animaux des sols

Ce sont des protéines avec des propriétés catalytiques

spécifiques

Burns 1983

Wallenstein et al 2008

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NOM DE L’AUTEUR / NOM DE LA PRESENTATION JOUR / MOIS / ANNEE

6

.06

23/11/2015

.06

Les enzymes du sol ^(2/3)

Littérature très fournie depuis plus d’un siècle (~12000 articles)

Premiers résultats en 1899 (Woods)

1930-1950 les hydrolases (les plus développées)

Mesures des activités par colorimétrie (1930), fluorescence (1970) Mesures par fluorescence: Normalisation en 2008

Mesures par colorimétrie: normalisation en cours (Biochem-Env)

Grands développements en lien avec les cycles biogéochimiques CNPS

Limites

Difficulté de mettre en lien Activité et disponibilité des nutriments pour les plantes (mesure globale)

Nombreux facteurs confondants (climat, sol, pratiques…), non extractibles

Manque de référentiel et de méthodes généralisées, pas de Conservation des sols

Dick et Burns 2011 Wallenstein et al 2008

Décomposition de la matière organique Recyclage des nutriments

Indice de fertilité/qualité des sols

Indicateurs précoces de changement de fonctionnement des sols (pratiques agricoles)

(7)

7 7

Les enzymes du sol à Biochem-Env

MATIERES ORGANIQUES

POLYSACCHARIDES

Cellulose/amidon Hemicellulose LIGNINES-

+Chitines

COMPOSES METABOLIQUES

Phosphatases

(acide et alcaline)

Phophodiesterase

(2016)

Carbone

Azote

Soufre Phosphore

Arylsulfatase

Sulfates Phénol oxydase

Laccase Mn-peroxydase Lign Peroxydase

Pyranose 2-Oxydase (2016)

Arylamidase Uréase Aminopeptidase

Protéase (2016)

phosphates

Ammonium

n-ac-glucosaminidase Dépolymérisation

Wallenstein et Burs, 2011 Shi, 2011

Das and Varma, 2011 Deng and Popova, 2011

Glycosides simples Cellulase

(endo et exoglucanase) α-Amylase (2016)

β β β

β -Glucosidase α

α α

α -Glucosidase Oligosaccharides

Glucose Xylose

Galactose α α

α α -Galactosidase β β

β β -Galactosidase

α/β−Xylanase Xylosidase

(2016)

Nitrates Nitrification

(3 étapes)

N

₂

dénitrification

(4 étapes) Nitrate réductase (2016)

.07 Ester de phosphates Protéines Esters de sulfates

C

N

P RECYCLAGE DES NUTRIMENTS S

METABOLISME GENERAL Deshydrogénase

Hydrolyse FDA

_23/11/2015

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NOM DE L’AUTEUR / NOM DE LA PRESENTATION JOUR / MOIS / ANNEE8 8

.08

23/11/2015

8

.08

8

.08

• prélèvements à la tarière

• 5-10 points / parcelle

• h = 0-20 cm

Terrain

• Sol homogénéisé

• tamisé à 5 mm

• Mesures réalisées en triplicat sur 4 g de sol

• Résultats donnés en mU/g sol sec

Préparation des échantillons

tamisage Poids sec Pesées en triplicat

Mesure des indicateurs enzymatiques ^(1/3)

NATHALIE CHEVIRON/ ACTIVITE FONCTIONELLE DES MICROORGANISMES 23/11/2015

(9)

.09

23/11/2015

9

.09 .09

Lecture des plaques

Incubations avec un substrat

Arrêt de la réaction

Réalisation des gammes étalons Dépôt des sols

Calcul de l’activité mU/g sol sec

(nmole de produit formé par min/g sol sec)

Mesure des indicateurs enzymatiques ^(2/3)

(10)

.010

23/11/2015

10

.010

1010

.010

Mesures des indicateurs enzymatiques

Points clés de la plateforme Biochem-Env

Plateforme Robotisée d’analyse biochimique des sols (depuis 2014)

Laboratoire de Quarantaine et Agrément pour recevoir et manipuler des sols étrangers

En cours de labellisation ISO9001

http://www.biochemenv.fr/

Mesure des indicateurs enzymatiques ^(3/3)

(11)

.011

23/11/2015

11

.011

1111

21/05/ 2015

.011

Mesures des indicateurs enzymatiques

11 1111

.011

Suivi des SOERE PRO ^{(1/4 )}

EFELE 2012 ( Ma)

2013 ( Ma)

2014 ( Ma-Av-Mai-Jn-Sep)

2015 (Ma-Sept)

COLMAR 2012 ( Av ) 2013 ( Av)

2014 ( Av)

2015 (Av)

LA MARE 2013 ( Nov ) 2014 ( Nov)

QUALIAGRO 2009 (Av)

2011 (Oct)

2012 (Av)

2013 ( Av-Sept-Oct ) 2014 ( Av)

2015 (Av)

Suivi annuel

Suivi incorporation des PROs (Efele et Qualiagro)

(12)

JOUR / MOIS / ANNEE12 12

.012

23/11/2015

12

.012

1212

21/05/ 2015

.012

Mesures des indicateurs enzymatiques

12 1212

.012

SITE FERT TEM FUM DVB OMR BIO FUMc BOUE LP FV DIG.LP CP Azote

opt Azote

mini

COLMA R

Azote opt Azote

mini

EFELE

Azote opt Azote

mini

LA MARE

Azote opt Azote

mini

Suivi des SOERE PRO ^{(2/4 )}

(13)

.013

23/11/2015

13

.013

1313

.013

Mesures des indicateurs enzymatiques Suivi des SOERE PRO ^{(2/4 )}

C- Colmar E- Efele

Q - Qualiagro R – La Réunion Activité Enzymatique

Activités du site de COLMAR Les plus faibles

Le plus proche de Qualiagro

(14)

.014

23/11/2015

14

.014

1414

.014

Mesures des indicateurs enzymatiques Suivi des SOERE PRO ^{(4/4 )}

Cycle du Phosphore

Suivi de l’activité Phosphatase

P₂O₅=0,254

P

₂

O

₅

g/kg (données Arras)

P₂O₅=0,25 P₂O₅=0,19 P₂O₅=0,18 P₂O₅=0,054 P₂O₅=0,065

P₂O₅ 0,05-0,10

P

Activités très différentes selon les sites Pas d’impact de la Fertilisation

Activité plus faible sur le site de Colmar

(15)

.015

23/11/2015

15

.015

1515

.015

Mesures des indicateurs enzymatiques SITE de COLMAR ^{(1/5 )}

EFFET PROs Données 2015

Effet global de l’apport de PROs sur les parcelles sans fertilisation

Peu d’effet de l’apport de PROs sur les parcelles fertilisée

S

P

C

(16)

.016

23/11/2015

16

.016

1616

.016

Mesures des indicateurs enzymatiques SITE de COLMAR ^(2/5)

EFFET AMENDEMENTS Données 2015 FUM

identique

(17)

.017

23/11/2015

17

.017

1717

.017

Mesures des indicateurs enzymatiques SITE de COLMAR ^(3/5)

EFFET PROs Données 2015

Parcelles sans fertilisation

Parcelles avec fertilisation

Activité Enzymatique

Plus de différentiation des effets amendements sans fertilisation

(18)

.018

23/11/2015

18

.018

1818

.018

Mesures des indicateurs enzymatiques SITE de COLMAR ^(4/5)

EFFET PROs Données Temporelles

(19)

.019

23/11/2015

19

.019

1919

.019

Mesures des indicateurs enzymatiques

PARCELLES SANS FERTILISATION

PARCELLES AVEC FERTILISATION 2012

+ 15mois

Pas d’effet Pas d’effet

2013

+ 2 mois

effet cycles S et N (ts PROs)

effet cycles S et N

(Boue et Fum)

2014

+ 15mois

effet cycles S,N (ts PROs) et C (Boue)

effet cycle S

(~Fum)

2015

+ 2 mois

effet cycles S/N

( ts PROs ) et C ( ts sf Bio) Pas d’effet

SITE de COLMAR ^(5/5)

EFFET PROs Données Temporelles

Parcelles sans fertilisation: effets récurrents et de plus en plus marqués

Parcelles avec fertilisation: effet minimes apport de PROs, ↓PHOS

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.020

23/11/2015

20

.020

2020

.020

Mesures des indicateurs enzymatiques CONCLUSIONS

Effet Fertilisation

↑Activité ↓

Effet PROs

↑Activité > > RAS FUM>> Boue=DVB=FUMc > BIO

↓ Indice de perturbation du milieu

Stimulation des microorganismes par l’apport de PROs dans les parcelles sans fertilisation azotée

Effet qui augmente et plus soutenu dans le temps (parcelles non Fertilisées)

Effet globalement plus important du FUM sur la fonction de recyclage Service Production: Les PROs peuvent ils remplacer la fertilisation N?

Peux on relier Activité fonctionnelle et rendement de biomasse?

Rendement des grains? Qualité des grains?

S

P C

C P

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21 21

Activités enzymatiques dans les sols. Intérêt des PROs