Soil functionning and quality submitted to physical and chemical disturbance: responses of the soil, vegetation, and microbial communities
Fonctionnement et qualité des sols soumis à des perturbations physiques et chimiques d'origines anthropiques: réponses du sol, de la flore et de la microflore bactérienne tellurique
Résumé
The effects of two hard and punctual anthropogenic disturbances (physical and chemical disturbance) were studied on physico-chemical and biological grassland soil properties. The first one occurred in European Alps with the development of ski run construction responsible for subalpine grassland ecosystem degradation. The increasing use of incineration wastes for civil works necessitates the definition of relevant indicators of environmental compatibility. Diffusion of sodium-contaminated leachates onto soils may cause soil structural changes, with consequences on soil biological quality. In this study, the effect of incineration waste leachates from municipal solid waste incineration ashes (bottom ash and solidified air pollution control residue), on grassland soil's physico-chemical and biological properties was investigated. This work identified the influence of ecosystem organisation on the bacterial activities and communities structure responses to the disturbances. Changes within genetic fingerprint (A-RISA and nifH restriction profiles) confirm a great implication of soil structure and roots colonisation, on ecological strategy of global eubacterial and N2-fixer communities. The environmental disorders induced by both disturbances have incited the growth of bacterial communities with similar adaptive strategy, but with different genetic fingerprint. Changes in microbial activities (respiration, N2 fixation, denitrification) evidenced disturbances of physiological functioning, enzymatic activities or functional microbial communities composition. Our works develop and suggest to use an integrative process with various observation scales and several indicators, to approach the soil quality and to assess his disturbance on terrestrial ecosystem functioning.
Les effets de deux types de perturbations anthropiques sévères et ponctuelles (une perturbation physique et une contamination chimique) ont été étudiés sur les propriétés physico-chimiques et biologiques de sols prairiaux. La perturbation physique est engendrée par des travaux de terrassement important pour la création des pistes de ski. L'intensité des travaux conduit à un bouleversement de l'écosystème : la végétation pérenne est arrachée et la nature du sol totalement modifiée. La dégradation chimique est occasionnée par l'épandage d'effluents issus de déchets d'incinération sur une prairie de déprise agricole. Les déchets étudiés sont les mâchefers d'incinération des ordures ménagères (MIOM) et les résidus d'épuration de fumées d'incinération des ordures ménagères (REFIOM). L'évaluation de leur écocompatibilité est basée sur une approche dite en scénarios, c'est à dire de mise en situation des déchets. Nos travaux ont permis de préciser l'influence de la structuration physique du milieu (hétérogénéité physico-chimique et structurale des sols, structure et dynamique de la végétation) sur la réponse des activités et des communautés bactériennes aux perturbations. Les modifications observées dans les profils A-RISA et les profils de restriction des pools de gènes nifH, confirment une implication importante de la structure des sols et de la colonisation des racines, dans l'adaptation et la stratégie démographique des communautés bactériennes globales et fixatrices d'azote. Les modifications environnementales induites par les deux perturbations incitent le développement de communautés bactériennes à stratégie adaptative identique, mais de structure et de composition différentes. Les modifications des activités microbiennes (respiration, fixation d'azote et dénitrification) dévoilent, selon la perturbation, un dysfonctionnement de l'état physiologique de la cellule, de l'expression de l'activité enzymatique ou un déséquilibre dans les populations fonctionnelles. Nos travaux développent et suggèrent l'utilisation d'une démarche intégrant plusieurs échelles d'observation et de multiples indicateurs, pour appréhender la qualité des sols et évaluer l'influence de sa détérioration sur le fonctionnement des écosystèmes terrestres.