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:
.,
I
’
Cette 6tude a ét6 riYalis6e en 1970 sous la direction du Professeur
Y. DOMMERGUES dans le laboratoire de mfcrobiol,ogie du sol du Cens-
tre de Pêdolopie Biologique de Nancy : elle a fait l’objet d’un
mbmoire de Diplôme d’Etude Approfondie (D.E.A*), option Pêdologie.
En raison du regain d’intér%t pour les études de nutrition azot6e
d e s cêreales, suscite principalement par la recession des engrais
azoth, il nous a paru justifiê de diffuser les résultats de la
présente étude,
i
A V A N T - P R O P O S
C’est à partir d’une étude de la dynamique de l’azotle
in situ que fut émise l’hypothèse d’une nitrification rhizosphé-
riqueont la vérification a fait l’objet de notre travail.
Voici 9 extrait du rapport de la mission effectuée au
C.N.R.A. de Bambe:y par Monsieur Y. DOMMERGUEX en Septembre 1969,
les résultats, fondés à partir de l’expérimentation sur le ter-
rain, qui ont donné lieu à cette hypothèse.
a / - Variations saisonnières de la teneur du sol nu en azote
ammoniaca e t nitriaue
Des les premières pluies, la teneur du sol Dior en azote
minéral (ammoniacal et/ou nitrique) s’accroît brusquement ; mais
cet enrichissement n’est que provisoire puisqu’au bout de 20 à
25 jours environ, la teneur du sol retombe 2. son niveau initial,
qui est très bas. La saison de végétation ccmporte donc deux phases
(1) une première phase ou phase de minbralisation nette intense
qui dure environ 3 semaines9
(2) une deuxièm.e phase ou phase de
minéralisation nette négligeable qui s’étale sur tout le reste de
la saison des pluies. Il est probable qu’au cours de la première
phase, il y a minéralisation de tout le stock de matière organique
minéralisable du sol, la nitrification étant possible, malgré
l’acidité moyenne élevée (pH = 5,1), en raison de l’existence au
sein du sol de microhabitats présentant localement un pH supérieur
à 6,0.
.
b/’ - Variations saisonnières de la teneur du même sol Dior
ayant reçu un awort d’urée.
Lorsque l’urée est appliquee pendant la première phase,
elle est nitrifiée normalement, vraisemblablement au contact des
microhabitats à pH supérieur à 6,0. Mais lorsque l’urée est appli-
quée au cours de la deuxième phase, elle n’est pas nitrifiée, mais
seulement ammonifi.Ce, vraisemblablement par suite de la minérali-
sation de ces microhabitats qui aboutit à leur destruction. Toute-
fois, l’analyse des nitrates dans les plantes (notamment les raci-
nes ) se développant sur un sol de la deuxième phase, donc ne ni.-
trifiant pas, révéle une accumulation de nitrates dans ces plantes;
il est vraisemblable que le nitrate provient d’une nitrification
de l’azote ammoniacal le long des racines. On entrevoit dès mainte-
nant l’importance de cette nitrification rhizosphérique dans l’équi-
libre minéral azot.é.
-2-
‘INTRODUCTION
===========z
L’étude physiologique de l’absorption chez Pennisetum
typholdes a révéle le r8le capital de l’ion nitrique dans la nux
trition azotée, potassique et phosphatée de cette plante. En effet
l’absorpti- de+N03-coqditionne physiologiquement l’absorptio; de
NH&: PO H2 et K
; NH4 favorisant lui-meme l’absorption de N03. On
peut syiboliser ceci par :
NOj
PO4H5
1
f
) K+
d’après JACQUINOT (1968)
Dans des sols tres pauvres, voire dépourvus en nitrates 9
on entrevoit dès lors l’intérêt d’une recherche des modalites de
la nitrification rhizosphérique, problème qui jusqu’à present n’a
pas été étudié.
Dans ce processus microbiologique, sont impliqués les
3 facteurs fondamentaux de l’écosystème sol-plante, à savoir : le
sol, l e s n i t r i f i c a t e u r s e t l a p l a n t e .
Notre étude comporte trois volets principaux :
- L#es micro-organismes nitrificateurs
- L!es facteurs édaphiques
- L$e facteur plante.
-3-
Premiere
Partie.
ROLE SPECIFIQUE: DES MICRO-ORGANISMES NITRIFICATEURS
RHISZOSPHERIQUES DANS LA FOURNITURE DE L'AZOTE NITRIQUE A LA PLANTE
A.
Méthodes d'étude
B.
Justification de la d&marche analytique
adoptée
c.
Résultats obtenus.
A- METHODES D’ETUDE
Pour cette étude nous avons adopt& deux systèmes de cul-
ture en sol :
- :Le système fermé :
Le sol est contenu dans des colonnes transparentes en
chlorure de polyvinyle de 2OOa x 5 x 15 cm, fermées à la base et
s’ouvrant latéralement pour permettre d’accéder facilement aux
racines. Le sol est réparti à raison de 150 g par colonne.
- :Le système ouvert : @‘Méthode du flux xontinu”
Dans cette méthode, la solution nutritive ajoutée au sol
d e
façon continue est toujours neuve. Les dosages d’azote mi-
néral sont effectués quotidiennement ou biquotidiennement dans le
percolat .
B - JUSTIFICATION DE LA DEMARCHE ANALYTIQUE ADOPTEE
L’espace où l’activité des micro-organismes nitrificateurs
se manifeste ( en l’occurrence la rhizosphère 1 doit théoriquement
contenir plus de nitrates que l’espace environnant. Mais dans le
cas de la rhizosphere
cette quantité de nitrates est toujours in-
férieure à la quantitE qui résulte réellement de la nitrification
nette, en raison de l’absorption nitrique racinaire. Nos premières
expériences ont donc consisté à comparer les teneurs en N03-(et. NH;)
dans la rhizosphère et la non rhizosphère:
- en système fermé : dans le sol rhiaosphérique (1)
et non rhizosphérique
- en système ouvert : dans le percolat du sol rhi-
(2)
zosphérique
et non rhizosphérique.
Nos expériences ont, par la suite, porté sur la numera-
tion des germes nitrificateurs autotrophes afin de démontrer leur
rôle dans la présence de nitrate au sein de la rhizosphère :
- en système fermé : germes du sol rhizosphérique
et non rhizosphéri’que
- en système ouvert : germes du percolat du sol
rhisosphérique.et non rhizosphérique.
C- RESULTATS OBTENUS
1 - Système fermé
‘1 - Mise en évidence d’une accumulation de nitrates dans
mAosphère
a/ - Resultats Expérience 1 : à un seul traitement
(conditions normai’& de culture, azote apporté sous forme de sul-
fate d’ammonium).
(1) - Par la structure particulaire meuble de ces sols, le prélè-
vement de la racine est aise. Celle-ci est entourée par une
gaine de sol qui lui adhère et constitue ainsi le sol rhisos-
phérique. Le sol non rhizospherique est prélevé au moins ;i
un cm de la racine.
(2) - Les colonnes plantées renferment le sol rhizosphérique
et les non D].anj-&pq 10 cnl nnn mh; ----hA-=----
-5-
Tableau 1 : Teneurs en N-NO3 (ppm) dans le sol rhisosphérique f?t
non rhizosphérique (moyenne sur 19 échantillons 1.
I
I
Origine du sol
1 N-NO?
moyenne
I
I
ppds
-1
’ S o l r h i z o s p h é r i q u e 1
w
différence
I
-1
/
Sol non rhizosphérique
199
.I
s i g n i f i c a t i v e 1
à P 0.05
I
I
I
b/ -- Résultats expérience 2 : à deux traitements :sol
’ .
stérile et sol non stérile.
Tableau 2 : Teneu:rs en N-NOS
et N-NH4 (ppm) dans le sol rhizos-
phérique (R) et non rhizosphériqye (SI en conditions
s t é r i l e s et non stériles.
I
i
I
Traitement
II-1
Ion dosé
1 Origine /
I
I
1
I du sol I Sol
I stérile
I
O
I
2,1
0,005
I ’
I
3~ r1 y;;niiicati- ,
9
I
1
PO.05
*
I
326
I
298
f
I
-1
-6-
4 - Discussion
A première vue, ltaccumulation des sels dans la rhizos-
phère ne surprend pas, car par migration de la solution du sol de
la non rhizosphère vers les racines, ces sels-, sont transportes, et
s’ils sont transportés a une concentration superieure a la concen-
tration de la solution absorbée, ils s’accumulent.
Maïs :
- de tous les anions, NO3 est le plus facilement absorbé
(comme NH; pour les cations)
- dans le sol que nous étudions, NO3 est present en trés
faible quantit6.
Ces deux remarques nous font présumer que l’accumulation
de NO3 mise en évidence le long de la racine est d’origine micro-
biologique. L’absence de nitrate dans le sol rhizosphérique de
l’expérience en conditions stériles vient à l’appui de cette hypo-
thèse (tableau 2 >.
L’accumulation de NH: dans la rhizosphere peut s’expliquer:
par la physiologie de l’absorption racinaire du mil
(JACQUINOT 1968 >. En effet 9 dans un sol pauvre en nitrates, la di-
minution de l’absorption de NO3 n’est pas compensée par une absorp-
tion supplémentaire de NH$, ce qui induit une ammonisation de la
solution du sol au contact de la racine. Ceci est confirmé par les
résultats de l’experience No2 en sol stérile et non stérile (tab. 2).
- par l’intervention des micro-organismes minéralisateurs
par ammonification (BLONDEL, 1970), ce qu’atteste l’expérience no2
où les teneurs en NH& en sol stérile sont plus faibles qu’en sol
non stérile.
Cet enrichissement en NH: pourrait favoriser la nitrifi-
cation rhizosphérique par :
- augmentation du pH de la rhizos hère
- augmentation de la teneur en NH iii qui est le subs-
trat énergétique de Nitrosomona 3 (germes nitreux).
2 - Orhgine de cette accumulation
Nous avons calculé l’intensité de l’effet rhizosphérique
sur le groupe des nitrificateurs par évaluation du rapport R/S.
R : nombre de germes nitrificateurs dans la rhizosphère
s : nombre de germes nitrificateurs dans la non rhizosphère
Ces numérations nous permettent de calculer les densités
absolues de micro-organismes mais non leur densité active. La te-
neur en nitrates à un instant donné est fonction de cette densité
active (si l’on fait abstraction des autres causes capables de mo-
difier cette teneur). Il est pour cette raison, difficile d’établir
des corrélations entre nombre de germes et teneur en nitrates.
-7-
a/ - Résultats
-
-
Dans le tableau 3 sont consignes les résultats de llin-
terprétation statistique qui nous a permis de tester la divergence
(ou la convergence) de la distribution réelle R/S et théorique 1.
b/ - Discussion
En sol Dior, l’intensité de l’effet rhizosphèrique est
significativement superieure a 1.
En sol brun calcaire. les moyennes de germes nitrificateurs
sont les mêmes dans la rhizospl.ère et dans la non rhizosphère. Le
rapport R/S n’est pas significativement différent de 1 > car ce sol
présente toutes les caractéristiques physiques et biochimiques fa-
vorables à la nitrification (pF élevé, présence de carbonates,
forte activité microbienne globale >.
Ces caractéristiques sont exactement l’inverse en sol
Dior (pH bas, pauvreté en carbonates, faible activité microbienne).
Dans ce type de sol, la plante, en modifiant les conditions écolo-
giques dans la zone du sol influencée par ses racines, induit un
effet rhizosphérique favorable à la nitrification. Cet effet rhi-
zosphérique n’existe pas quand les conditions écologiques du sol
sont propices à la nitrification.
Tableau 3 : Test du X2 applique à deux distributions : 5 et 1
R : nombre de germes nitrificateurs dans laSrhizosphère
s : nombre de germes nitrificateurs dans la non rhizos-
phère.
T
21
Seuil du X ICommentaire
I
/théorique :/
1
i1
I
* nitrificateurs/g de terre sèche.
- 8 -
- I I - Système ouvert : colonnes de perfusion
Schématiquement, l’experience se résume ainsi :
( 2 0 0 p p m N-NH4+
( A colonne témoin
( + éléments minéraux (sans azote) ( Al colonne plantee
2 solutior$ : Expérience+A
( A2 colonne plantee
nutritivesl( 100 ppm N-NH4 mineraux
(
( B colonne témoin
( + éléments minéraux (sans azote) ( Bl colonne plantiie
: Expérience B
B2 colonne plantee
1 - Evolution de l’activite nitrifiante au cours de la
percolation
Dans le percolat des différentes colonnes, nous avons
calculé le rapport N03-/NH4+.
Ce rapport permet d’estimer l’acti-
vité nitrifiante du sol mais est toujours infkrieur en sol planté
eu égard 1’ absoption racinaire.
Résultats et discussion
Les resultats de l’expérience sont consignés dans le
tableau 4.
Les courbes de la figure 1 montrent cl’evolution comparee
du rapport N03-/NH4+ en colonnes plantées et en colonnes sans plan?,
tes.
Voici les deux principaux resultats de cette expérience :
a/ - Reprise de l’activité nitrifiante en colonnes plantées
Cette reprise de la nitrification & partir du 7Gme jour
est illustree par la courbe de la figure 1. Elle concerne trois
sur quatre des colonnes utilisées.
Dans la 4ème colonne A2, la remontée du rapport NO3-/NH4+
n’a pas été Observ&e. Les plantes de cette colonne devinrent
chlorotiques & partir du 8e jour d’âge des plantes, vraisemblable-
ment en raison dsune diminution de 1 @activité microbiologique
rhizosphérique globale à l’origine de iiabsence de nitrification.
b/ - Immobilisation et restitution d’azote au cours de
FZGpérience
Au sixième jour nous avons constaté une immobilisation
nette d’azote dans les colonnes témoins.
Percolat de A : (colonne témoin sans plante)
- devrait contenir : N-NOS-’ + I\\I-h’H4+ = 200 ppm
- contient
: N-N03- + N-NH4* =
26 ppm
Percolat B : (colonne témoin sans plantes )
- devrait contenir : N-N03- + N-NH4+ = 100 ppm
- contient
: N-N04- i- N-NH4+ = 13,5 p p m
Nous ne pouvons nous prononcer de même pour les colonnes
plantées + cette diminution du taux d’azote minéral étant justifiee
en partie par 1 1 absorption racinaire.
Au quatorzième jour d'exphrience, nous assistons à une
restitution (minéral.isation ) de 1’ azote immobilisé :
Tableau 4 : Evolution dans le temps du rapport NOT/NH4f évalué
dans le percolat de chaque colonne.
Cases marquées d’une croix : le percolat ne contient plus de
nitrates. Ce qui. signifie :
- dans les temoins : nitrification nette nulle
- dans les colonnes plantées : nitrification nette mas-
quée par absorption racinaire (extraction des nitrates
par les racines supérieures à l’extraction par le drai-
nage).
2 - Evolution du nombre de germes dans le percolat au cours de
la percolation
-
Des numérations de germes nitrificateurs ont été faites à
5, 9 et 11 jours d’âge des plantes dans le percolat du sol planté
(sol rhizosphérique) et du sol nu (sol non rhizosphérique 1.
a/ Résultats
- 10 -
Tableau 5 : Evolution comparée du nombre dk nitrificateurs dans
le percolat d’un sol nu et d’un sol planté.
I
-
1
I
Age des
plantest jours
Origine du sol
I PSombre de germes par
i
ml dè percolat
/
/
Sol nu
1 400
l
5
l
_-
-
I
1
Sol planté
1
28
1
-
I
/
Sol nu
1
4
I
9
-
l
Sol planté
I
0
l
-
Sol nu
1 11
I
I
0
-
I
I
Sol planté
I
I
0
-
b/ - Discussion
-
Ces résultats montrent que le percolat des colonnes
plantées s’appauvrit plus vite en nitrificateurs que le percolat
des témoins. L’hypothesc d’une adhésion de ceux-ci sur le système
racinaire est fort probable.
Bien que nous ayons dans cette cxperience un drainage
plus accentué qu’in situ lors des pluies ce qui provoque un
lessivage plus i6tenscs nitrificateuri, nous voyons l’impor-
tanw du systeme racinaire qui pourrait suppléer les argiles
dans 1 ’ adhésion des micro--organismes.
Deuxieme Partie
FACTEURS ECOLOGIQUES QUI INFLUENCENT
LA NITRIFICATION RHIZOSPHERIQUE
I-
Facteurs edaphiques
1 - Facteur pH
2 - Facteur eau
II -
Facteur plante.
NE.
Nous n'avons pas entrepris une étude exhaustive de tous ces
facteurs nombreux et complexes et notamment l'étude des in-
teractions entre nitrificatcurs et autres micro-organismes
telluriques.
1 - FACTEURS EDAPHIQUES
1 - Facteur pH
Dans un sol l'acidité est préjudiciable à la nitrification.
En effet, les nitrificateurs ne tolerent guere des pH inferieurs à
6. Une nitrification malgra tout est possible a acidite moyenne
c;levée (pH = 5) en présence de micro-habitats dans le sol presen-
tant localement un pH superieur a 6
( DOMME:RGUES, '1970).
Les pH enregistrés dans le sol Dior en deuxième phase de
minéralisation, varient entre 4,O et 5,7.
a/ - Résultats
NOUS avons mesuré lors d”une t;!xpérience en systême fermé
la dirference entrt3 le pH du sol rhizosphériyue R et le pH du ~01
non rhizospherique S ( = /~PH) de la ii@kie manière nous avons operé
pour NO; (=ANOi)., Les résultats sont consignés dans le tableau 6.
Tableau 6 :
Ual~urs comparees du pH et de la teneur en NO-5 dans
le sol rhizosphérique et non rhizosphérique.
l
1
I
l I-I
échantillon II
?H
/ /&? pH
j
1
:-
+I y
0,l
j-
0 9 86
I
+ 0988 -/,
i
i s
!
0
l
‘O;G6
G,ll
'
"-
I
5911
-- CI,64
5,75
I
I
I
5927
I
4
-l- 0909
5,113
I
6975
/
+ 0998
!
i
I
1
l
I
i
-1
R: rhizos,phérique
s : non rhlzosphérique
o$ pH : pI-I R - pH S
.h NO; : îJ03R - NO3 S
-13 -
b/ - Discussion
L’effet rhizohphérique “nitratetl est d’autant plus mar-
qué qu’il y a un effet rhizosphcrique pH. Nous basant sur un échan-
tillonnage faible, il importe de ne donner à nos chiffres qu’une
valeur relative.
Cette correlation ne surprend pas à premiere vue car an
sait que la nitrification est favorisée par l’augmentation du pH.
Mais on sait, d’autre part :
- que la nitrification entraine une acidification du sol
- que l’absorption de NO3 par la racine, compensée par l’exsorp-
tion d’un ion tialin, augmente le pH.
11 est dans ces conditions très difficile de préciser
l’origine de ia variation du pH dans la rhîzosphere.
2 - Facteur eau
a/ - Genéralités sur les ccnditions hydriques du sol Dior
L’énergie de rétention de l’eau par le sol est trds fai-
ble. Le pF de la capacité au champ, connaissant l’humidité à pF 3
du sol Dior, est de 1,8. Très rarement, le sol est à ce pF, mais
au-dessus. Sur 19 boTtes en CPV Plant&es, la moyenne des pF était
de 2,9, soit dans ce sol : 3,5 % d’humidité.
La t&s forte macro-porosit@ et la très faible réserve
en eau capillaire absorbable, les deux allant de pair
devraient
théoriquement doter ces sols d’une grands perméabiliti. Pourtant)
nous avons souvent observé, lors d’humectation par la surface, des
irrégularites d’infiltration dans les cinq premiers centimètres. En
colonnes de vegctation, ou l’apport hydrique n’est pas continu, les
alternances d’humectation et de secheresse qui sont inévitables,
accentuent le phénomene. En colonne de perfusion, grâce au régime
hydrique permanent, la perméabilite n’lt s’est jamais trouvée affec-
tée.
b/ - L’eaU : facteur écologique -’ Faibles et moyennes
humlartée
L’influence de l’humidito sur les micro-organismes nitri-
ficateurs dans le sol Dior a dkjà fait l’objet d’une importante
étude ( DOMMERGUES 9 1’962 1. Cet auteur a montré que les seuils de
nitrification du sulfate d’ammoniaque dans ce sol, sont compris
entre les pF 2,7 et :3,8.
Afin de chercher
l’influence de l’humidité du sol sur
la nitrification rhizosphkique et non rhizosphérique, deux ex-
périences ont été conduites en systkne fermé, à des degrés hygro-
métiques différents.
Leurs caractéristiques sont résumées dans le tableau 7 ::
Tableau 7 : Caracteristiques d u sol dans son iitat inïtial et de
1 ‘environnement micro.climatique.
I
Caractéristiques
I
i
Expérience 1
I
Expfrïence 2
I
I
NO3
I
1,5 Ppm
i
i
I
LT ppm
l
PH
5,O
591
1
I
1
l
I
f APport d @
azote Mi,:
1 5 ml d’uree 5
I
I
5 ml deurée a
/
/ dans 110 g de sol
/
492 g/l
/
492 g/l
/
1
Hygrométrie
1
20
y4
I
80 %
i
fi
1 Intensite lumineuse j
8 000
Lux
I
8 000 Lux
l
I
I
I
I
t
C/ - Discussion des résultats
Les résultats du tableau 8 indiquent que les variations
du pouvoïr nïtrifïant 9 tant dans la rhizosphère que da:ns la non
rhizosphère,
sont liés aux variations d’numidite du sol ( fig. 3) <.
L î intecpr&tatïon statistique donne une correlation Sï-
gnlficative aux humidité moyennes y entre X1 humidité volumlque i H %
X densite apparente 1) et la teneur en nitrate du sol d’une part,
~;.cc t te même humidité volumique et l’effet rnizosphérique & HO3
6(,&) NO; - NO3 (I?) - NO3 ( S )Ad 1 autre Part.
Tableau no8 : Expérience no1
Caractéristiques du sol rhizospherïque (2) et npn
rhizosphérique (S) au 202 <jour apres le démarrage de
1 ‘experience no1 .
Numéro d2 1’ échantillon
- -l 5 “_
NO3 (R)
teneur en ppm de N-N03-du sol rhizosphérique sec
NO3 (S)
teneur en ppm de N-N03-du sol*?hizosphérique sec
H%
humidité en pour cent du poids de sol sec
d
densité apparente = poids do l’unité de volume de sol
en place.
Hxd
humidité volumique ( humidité en pour cent du volurw
apparent du sol )
NO3
NO3 i IE) .- NO3 ( s )
NO3 (RI
.(S)
intensitb de ï’effot rhizosphérique.
Les deux courbes de la fig.2 présentent un minimum à
partir duquel toute diminution de pF provoque une augmentation
significative de la teneur cn azote nitrique du sol. Il s’agirait
là du seuil de nitrification, dont nous avons déja par16 au de-
but de ce paragraphe. C? seuil serait ici de pF 2,6.
Les résultats du tableau 9( expérience no2 )Présentent une
disparité beaucoup plus grande. Cependant, on remarque que les
valeurs du pF suparicurcs A 2,8,, donc a la moyenne des pF des dif-
férents êchantillons dans cette exp&ri?nce, correspondent sauf
deux exceptions, à dt-s valeurs du rapport NO3 ( R)/I103 f S ) supé-
rieurcs à 5. 11 est donc logique de pensw qu’aux pF superieurs à
2,s (le pF 2,8 est sLzp&ricur d’une unit& au p.F de ia capacité au
champ ) p la microflore nitrifiante est soumise 1~ long de la ra4
cine à un effet rhizosphérique positif p alors qu;3 dans le sol,
elle subit un effet: depressif, sans pour autant ~dispa.raitre (in-
tervention possible des groupements xérophiles ).
Tableau nOY : ExpGrience r,O2
Caracteristiques du sol rhizosph&riquc (Rf et non rhizospheriyuc (SI au 2Oe jour api+s
ïe démarrage de l'expérience n02.
Pour la signification des différentes caractéristiques, voir page I.&.
JI
NUMERO
BE L'ECHANTILLON
I
do--3 (SI
Jo;
103 (RI
IOj
(SI
I
:Xd
c
i
-- 17 -
II - FACTEUR PLANTE-
1 a.‘. Influcncè de la vigueur vegétative sur la teneur cn NOY1
dans la rhizosphère
a / -’ Résultats :
-
-
Fig. 3 (Expérience no2 relatée au
tableau 9)
b/ -- Discussion
Ces resultats illettent en evidence une corrélation entre
le poids des parties aériennes vt l’effet rhizosphérique NO3 me-
suré par la différence entre la teneur
en N’33 de la rhizoshpèrc
et celle de la non rhizosphère. Cette corrélation significative-
ment différente de zéro ne nous permet pas d’en deduire pour au-
tant une relation de cause à effet. Elle traduit scul6:mcnt 1 ‘exis-
tente d’une fonction decroissante NOS = f (poids de la plante).
L’explication la plus plausible est la suivante :
L ’ absorption racinaire 9 proportionnelle a la vigueur de
la plante abaisse la teneur en nitrate de la rhizosphérc d ‘autant
plus fortement que la plante est vigoureuse.
2 -.
Rôle des exsudats gazeux dans la nitrification rhizosphk-
rique
Deux justifications majeures de cette etudc :
-. la grands sensibilite d e s n i t r i f i c a t e u r s (Nitro-
somonas et Nitrobactar) au facteur aération ;
- pauvreté en carbonates du sol Dior qui peut dif-
ficilement assurer la nutrition carbonée des nitrificateurs qui
sont autotrophes. Un enrichissement de la rhizosphère en C02, ce
qui n’est pas incompatible avec une meilleure aération, leur per-
mettrait une meilleure nutrition carbonée.
Les expériences ont bté conduites sur solutions hydro-
paniques. Les dosages de pressions partielles de CO2 et di02 ont
été faites au Bloodmicro-systcm type B.M.S. 3b.
a/ - Variation dans le temps de la tension partielle
-gène et de gaz carbonique dans la solution
rh-izospérique
Résultats qualitatifs
Ces resultats mettent Gn evidence 1’ exsudation d ’ oxygene
par la racine. Des l’injection du Bleu de Métlnylène décoloré, les
racines âgées de ‘10 ,jours prennent une teinte bleu foncé. 24 heu-
res apres 9 la solution rhizospherique est int&gralnment colorée
en bleu. Comme aucun<: diffusion d I oxygène n’ a pu se faire de
l’air dans la solution (couche d’huile), il faut imputer cette
-If3 --
recoloration du bl;?u de méthylène a la diffusion d’oxygene par
les racines. Le bleu de méthylène se reoxyde pour des potentiels
supérieurs à + 0,O'll volts à pH 7. Notons que; plus le pH est
bas, plus ce potentiel est éleve.
MITSUI ( 1949) a employé le bleu d.e methylène pour montrer
l’augmentation du Eh le long de la racine de riz..
Nous avons remarqué également que 1~s racines vieilles
d’un mois étaient moins aptes à se recolorer que des racines de
quinze jours. BOULAINE (1957) admet que des dépôts de lignites et
de subérine dans l’écorce racinairu retardent la. diffusion
d’oxygène.
Résultats quantitatifs
Tableau 10 -
Chaque resultat est la moyenne dc deux êchantillons.
Discussion
-. Jusqu’au 8e jour, la ~02 baisse, puis croît dans lus tubes plan--
tas, alors que dans 1eS têmoins elle varie peu.
- La pCCQ croit a peu près régulierem~nt en m&w temps que l’âge
des plantes.
Explication du phénomene
- Pendant :Les 8 premiers jours environ; la racine, dans
sa partie immcrg&, est en croissance sur toute sa longueur. Cette
hauteur de racine immergée ne depasse pas 5 a 6 cm. Elle est le
siège d t une respkation de croissance. La permeabilite du paren--
chyme cortical est tres grande, alors que la porosité est négli-e
geablt. La racine consomme de 1 ‘oxygène.
- Après ces 8 jours, l e s 5-4 prcmier.s centimetres de la
racine sont toujcurs lu siegc d’une respiration de croissance,
mais la partie plus âgée de la racine n;étant plus en croissance,
ne présente plus qu sune respiration d’entretien qui consomme beau-
coup moins d ’ oxygenè . Lyexsudation d’oxygène ?i ce niveau st! produit
l o r s q u e le c o e f f i c i e n t do diffus5:n d<: 1’ oxygenc ( proportionnel à
la porosité de la rclcint J devient superleur au coefficient diabsorp-
tion de l’oxygène par la racine pour sa respiration.
b/ - Mise en evidence d’un gradient de tension en oxy-
met en gaz carbonique le long de la racine
(rCsultats qualitatifs)
-
-
- Le tesr au bleu de nethylène n’est généralement pas
positif sur les 5 premiers centimètres de la racine en partant
de l’apex.
- Du mil cultive en colonne transparente dans un sol de
riziëre présente génkralement 2 zones le long de ses racines :
,
.
â
. Un<> zone rhizosphérique de 3 ou 4 cm de longueur
très noire ( zone rkductrice ) en partant de l’apex
. Une zone allant jusqu’a la surface du SOT, où la
racine est d’une couleur ocre-foncé, cette couleur
r6sultant d’une oxygation du fer au contact de la
racine 9 ( zone oxydante ).
T a b l e a u 10 : Variation dans le temps de la tension d’oxygene et de
gaz carbonique dans la solution oil se sont développées
ies racines-(solution rhizosphérique).
I
I
/ Age.des plantes
1
/
e n Tours
po2
PC02
/
I
/
5
95
I
695
/
7
I
70
I
aa
1
9
1
66
r-
11
$?o
I
11
1
75
1395
I
I
20,a
I
i
f
-
-
J
-
e
-
/
-
1990
i
- -
- 20 ‘-
0ISCUSSION GENERALE ET CONCLUSIOM
L’accumulation de nitrates dans la rhizosphêre, l’inten- ’
sité supérieure à 1 de l’effet rhizosphérique, la persistance de
l’activité nitrifiante dans le sol rhizosphérique en *flux arontinu”’
sont trois faits suffisamment convergents pour confirmer l’hypo-
thèse d’une nitrificati n rhizosphérique. Mais nos plantes expéri-
mentales n’ayant jamais K épassé l’âge de 20 jours, cette étude ne
nous permet pas de nous prononcer au-delà de cette periode. Nous
savons cependant qu’un certain nombre de résultats obtenus a par-
tir des observations faites au champ (absence de nitrates dans la
partie du sol oü sont développées en ma;jorit& les racines et pre-
sente de nitrates ‘dans la plante) militent en faveur de cette h’ypo-
thèse et notamment pendant la phase d e croissance active qui stO-
chelonne entre la montaison et l’épiaison ou la mobilisation de
l’azote par la plainte est la plu5 importante.
CONCLUSION
a/ - Sur le plan écologique
Si c e phenomène nitrification rhizwphérique, p a r deduc-
tion logique des études de la nutrition azotée du mil et de dyna-
mique de llazote minéral in situ apparaît d’une certaine évidence,
il n’en est pas de même si l’on examine les conditions écologiques
de la rhizosphère qui, en général, sont :
- défavorables à la nitrification par :
. une inhibition par des,substances toxiques
la faible teneur en NH4 de la rhizosphère
?
. un abaissement du pH
- favorables à la denitrification par :
d<?s substances donnatrices d’electrons (exsudats
’ organiques facilement métabolisable)
. la faible teneur en oxygène.
De nombreux travaux confirment l’existence de ces condi-
tions au sein de la rhizosphère. Seule, a notre connaissance, une
étude de MOLINA et ROVIRA ( 1964) abonde dans le sens de nos résul-
tats. Ces auteurs signalent que le developpemcnt de Nitrosomonas
et Nitrobacter est stimulé par les racines de Mals et de Luzerne
de 15 jours mais non par des racines de 45 jours. Nous sommes donc
en prksence d’un phénomène microbiologique lié & la spécificite de
l*écosystème~~Pennisetum
typholdes-Sol Dior”et rarement, sinon
jamais > observe lorsque les conditions edaphiques sont propices
à une bonne activité biologique.
b/ - -
sur le plan agronomique
Par l’introduction de C&&ales à cycles courts et à pro-
ductivité élevée, donc à demande instantanéeen azote (taux d’azote
mobilisé en Kg/ha/j’ 1 tres élevé, le débit en azote du sol et
-21 -
notamment en azote nitrique dans la deuxième phase de la dynamique
microbienne, devient un facteur limitant. Dans ce contexte, toute
recherche permettant une meilleure nutrition azotée de la cér&ale,
se justifiera techniquement et, en lioccurrenre, la recherche des
causes de la nitrification rhizosphérique, complétant celles sur
la fertilite azotée des sols. Comme interventions possibles pour
orienter favorablement cette nitrification nous citerons :
- les traitements foliaires qui peuvent modifier l’ex-
sudation racinaire
- les inoculations de semences qui ;?euvent modifier
l’équilibre microbiologique au sein d.e la rhizosphère.
- 22 -
BALANDREAU (J. )$ 1970
Technique de perfusion en vue de l'étude de la nitrifi-
cation dans les litières forestières.
Bull. Acad. tlt Soc. Lorraines des Sci. Tome IX, 1,5-6.
BOULAINE (J& 1957.
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BLONDEL (D.), 197T.
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C.R.A. de BambeyLSkégal.
DOMERGUES (Y. 1, MANGENOT (F. 1, 1570.
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P. U. F.
3 9 9 $ 43-,79.
DOMMERGUES (Y.), 1962
Contribution 2 l'étude dc la dynamique microbienne des
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DUCHAUFOUR (Ph.), 1965.
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Mery. root-soi1 interfac?
Soi1 Sci. Am,, Proc. 34,
154-155.
-
.,
I
’
Cette 6tude a ét6 riYalis6e en 1970 sous la direction du Professeur
Y. DOMMERGUES dans le laboratoire de mfcrobiol,ogie du sol du Cens-
tre de Pêdolopie Biologique de Nancy : elle a fait l’objet d’un
mbmoire de Diplôme d’Etude Approfondie (D.E.A*), option Pêdologie.
En raison du regain d’intér%t pour les études de nutrition azot6e
d e s cêreales, suscite principalement par la recession des engrais
azoth, il nous a paru justifiê de diffuser les résultats de la
présente étude,
i
A V A N T - P R O P O S
C’est à partir d’une étude de la dynamique de l’azotle
in situ que fut émise l’hypothèse d’une nitrification rhizosphé-
riqueont la vérification a fait l’objet de notre travail.
Voici 9 extrait du rapport de la mission effectuée au
C.N.R.A. de Bambe:y par Monsieur Y. DOMMERGUEX en Septembre 1969,
les résultats, fondés à partir de l’expérimentation sur le ter-
rain, qui ont donné lieu à cette hypothèse.
a / - Variations saisonnières de la teneur du sol nu en azote
ammoniaca e t nitriaue
Des les premières pluies, la teneur du sol Dior en azote
minéral (ammoniacal et/ou nitrique) s’accroît brusquement ; mais
cet enrichissement n’est que provisoire puisqu’au bout de 20 à
25 jours environ, la teneur du sol retombe 2. son niveau initial,
qui est très bas. La saison de végétation ccmporte donc deux phases
(1) une première phase ou phase de minbralisation nette intense
qui dure environ 3 semaines9
(2) une deuxièm.e phase ou phase de
minéralisation nette négligeable qui s’étale sur tout le reste de
la saison des pluies. Il est probable qu’au cours de la première
phase, il y a minéralisation de tout le stock de matière organique
minéralisable du sol, la nitrification étant possible, malgré
l’acidité moyenne élevée (pH = 5,1), en raison de l’existence au
sein du sol de microhabitats présentant localement un pH supérieur
à 6,0.
.
b/’ - Variations saisonnières de la teneur du même sol Dior
ayant reçu un awort d’urée.
Lorsque l’urée est appliquee pendant la première phase,
elle est nitrifiée normalement, vraisemblablement au contact des
microhabitats à pH supérieur à 6,0. Mais lorsque l’urée est appli-
quée au cours de la deuxième phase, elle n’est pas nitrifiée, mais
seulement ammonifi.Ce, vraisemblablement par suite de la minérali-
sation de ces microhabitats qui aboutit à leur destruction. Toute-
fois, l’analyse des nitrates dans les plantes (notamment les raci-
nes ) se développant sur un sol de la deuxième phase, donc ne ni.-
trifiant pas, révéle une accumulation de nitrates dans ces plantes;
il est vraisemblable que le nitrate provient d’une nitrification
de l’azote ammoniacal le long des racines. On entrevoit dès mainte-
nant l’importance de cette nitrification rhizosphérique dans l’équi-
libre minéral azot.é.
-2-
‘INTRODUCTION
===========z
L’étude physiologique de l’absorption chez Pennisetum
typholdes a révéle le r8le capital de l’ion nitrique dans la nux
trition azotée, potassique et phosphatée de cette plante. En effet
l’absorpti- de+N03-coqditionne physiologiquement l’absorptio; de
NH&: PO H2 et K
; NH4 favorisant lui-meme l’absorption de N03. On
peut syiboliser ceci par :
NOj
PO4H5
1
f
) K+
d’après JACQUINOT (1968)
Dans des sols tres pauvres, voire dépourvus en nitrates 9
on entrevoit dès lors l’intérêt d’une recherche des modalites de
la nitrification rhizosphérique, problème qui jusqu’à present n’a
pas été étudié.
Dans ce processus microbiologique, sont impliqués les
3 facteurs fondamentaux de l’écosystème sol-plante, à savoir : le
sol, l e s n i t r i f i c a t e u r s e t l a p l a n t e .
Notre étude comporte trois volets principaux :
- L#es micro-organismes nitrificateurs
- L!es facteurs édaphiques
- L$e facteur plante.
-3-
Premiere
Partie.
ROLE SPECIFIQUE: DES MICRO-ORGANISMES NITRIFICATEURS
RHISZOSPHERIQUES DANS LA FOURNITURE DE L'AZOTE NITRIQUE A LA PLANTE
A.
Méthodes d'étude
B.
Justification de la d&marche analytique
adoptée
c.
Résultats obtenus.
A- METHODES D’ETUDE
Pour cette étude nous avons adopt& deux systèmes de cul-
ture en sol :
- :Le système fermé :
Le sol est contenu dans des colonnes transparentes en
chlorure de polyvinyle de 2OOa x 5 x 15 cm, fermées à la base et
s’ouvrant latéralement pour permettre d’accéder facilement aux
racines. Le sol est réparti à raison de 150 g par colonne.
- :Le système ouvert : @‘Méthode du flux xontinu”
Dans cette méthode, la solution nutritive ajoutée au sol
d e
façon continue est toujours neuve. Les dosages d’azote mi-
néral sont effectués quotidiennement ou biquotidiennement dans le
percolat .
B - JUSTIFICATION DE LA DEMARCHE ANALYTIQUE ADOPTEE
L’espace où l’activité des micro-organismes nitrificateurs
se manifeste ( en l’occurrence la rhizosphère 1 doit théoriquement
contenir plus de nitrates que l’espace environnant. Mais dans le
cas de la rhizosphere
cette quantité de nitrates est toujours in-
férieure à la quantitE qui résulte réellement de la nitrification
nette, en raison de l’absorption nitrique racinaire. Nos premières
expériences ont donc consisté à comparer les teneurs en N03-(et. NH;)
dans la rhizosphère et la non rhizosphère:
- en système fermé : dans le sol rhiaosphérique (1)
et non rhizosphérique
- en système ouvert : dans le percolat du sol rhi-
(2)
zosphérique
et non rhizosphérique.
Nos expériences ont, par la suite, porté sur la numera-
tion des germes nitrificateurs autotrophes afin de démontrer leur
rôle dans la présence de nitrate au sein de la rhizosphère :
- en système fermé : germes du sol rhizosphérique
et non rhizosphéri’que
- en système ouvert : germes du percolat du sol
rhisosphérique.et non rhizosphérique.
C- RESULTATS OBTENUS
1 - Système fermé
‘1 - Mise en évidence d’une accumulation de nitrates dans
mAosphère
a/ - Resultats Expérience 1 : à un seul traitement
(conditions normai’& de culture, azote apporté sous forme de sul-
fate d’ammonium).
(1) - Par la structure particulaire meuble de ces sols, le prélè-
vement de la racine est aise. Celle-ci est entourée par une
gaine de sol qui lui adhère et constitue ainsi le sol rhisos-
phérique. Le sol non rhizospherique est prélevé au moins ;i
un cm de la racine.
(2) - Les colonnes plantées renferment le sol rhizosphérique
et les non D].anj-&pq 10 cnl nnn mh; ----hA-=----
-5-
Tableau 1 : Teneurs en N-NO3 (ppm) dans le sol rhisosphérique f?t
non rhizosphérique (moyenne sur 19 échantillons 1.
I
I
Origine du sol
1 N-NO?
moyenne
I
I
ppds
-1
’ S o l r h i z o s p h é r i q u e 1
w
différence
I
-1
/
Sol non rhizosphérique
199
.I
s i g n i f i c a t i v e 1
à P 0.05
I
I
I
b/ -- Résultats expérience 2 : à deux traitements :sol
’ .
stérile et sol non stérile.
Tableau 2 : Teneu:rs en N-NOS
et N-NH4 (ppm) dans le sol rhizos-
phérique (R) et non rhizosphériqye (SI en conditions
s t é r i l e s et non stériles.
I
i
I
Traitement
II-1
Ion dosé
1 Origine /
I
I
1
I du sol I Sol
I stérile
I
O
I
2,1
0,005
I ’
I
3~ r1 y;;niiicati- ,
9
I
1
PO.05
*
I
326
I
298
f
I
-1
-6-
4 - Discussion
A première vue, ltaccumulation des sels dans la rhizos-
phère ne surprend pas, car par migration de la solution du sol de
la non rhizosphère vers les racines, ces sels-, sont transportes, et
s’ils sont transportés a une concentration superieure a la concen-
tration de la solution absorbée, ils s’accumulent.
Maïs :
- de tous les anions, NO3 est le plus facilement absorbé
(comme NH; pour les cations)
- dans le sol que nous étudions, NO3 est present en trés
faible quantit6.
Ces deux remarques nous font présumer que l’accumulation
de NO3 mise en évidence le long de la racine est d’origine micro-
biologique. L’absence de nitrate dans le sol rhizosphérique de
l’expérience en conditions stériles vient à l’appui de cette hypo-
thèse (tableau 2 >.
L’accumulation de NH: dans la rhizosphere peut s’expliquer:
par la physiologie de l’absorption racinaire du mil
(JACQUINOT 1968 >. En effet 9 dans un sol pauvre en nitrates, la di-
minution de l’absorption de NO3 n’est pas compensée par une absorp-
tion supplémentaire de NH$, ce qui induit une ammonisation de la
solution du sol au contact de la racine. Ceci est confirmé par les
résultats de l’experience No2 en sol stérile et non stérile (tab. 2).
- par l’intervention des micro-organismes minéralisateurs
par ammonification (BLONDEL, 1970), ce qu’atteste l’expérience no2
où les teneurs en NH& en sol stérile sont plus faibles qu’en sol
non stérile.
Cet enrichissement en NH: pourrait favoriser la nitrifi-
cation rhizosphérique par :
- augmentation du pH de la rhizos hère
- augmentation de la teneur en NH iii qui est le subs-
trat énergétique de Nitrosomona 3 (germes nitreux).
2 - Orhgine de cette accumulation
Nous avons calculé l’intensité de l’effet rhizosphérique
sur le groupe des nitrificateurs par évaluation du rapport R/S.
R : nombre de germes nitrificateurs dans la rhizosphère
s : nombre de germes nitrificateurs dans la non rhizosphère
Ces numérations nous permettent de calculer les densités
absolues de micro-organismes mais non leur densité active. La te-
neur en nitrates à un instant donné est fonction de cette densité
active (si l’on fait abstraction des autres causes capables de mo-
difier cette teneur). Il est pour cette raison, difficile d’établir
des corrélations entre nombre de germes et teneur en nitrates.
-7-
a/ - Résultats
-
-
Dans le tableau 3 sont consignes les résultats de llin-
terprétation statistique qui nous a permis de tester la divergence
(ou la convergence) de la distribution réelle R/S et théorique 1.
b/ - Discussion
En sol Dior, l’intensité de l’effet rhizosphèrique est
significativement superieure a 1.
En sol brun calcaire. les moyennes de germes nitrificateurs
sont les mêmes dans la rhizospl.ère et dans la non rhizosphère. Le
rapport R/S n’est pas significativement différent de 1 > car ce sol
présente toutes les caractéristiques physiques et biochimiques fa-
vorables à la nitrification (pF élevé, présence de carbonates,
forte activité microbienne globale >.
Ces caractéristiques sont exactement l’inverse en sol
Dior (pH bas, pauvreté en carbonates, faible activité microbienne).
Dans ce type de sol, la plante, en modifiant les conditions écolo-
giques dans la zone du sol influencée par ses racines, induit un
effet rhizosphérique favorable à la nitrification. Cet effet rhi-
zosphérique n’existe pas quand les conditions écologiques du sol
sont propices à la nitrification.
Tableau 3 : Test du X2 applique à deux distributions : 5 et 1
R : nombre de germes nitrificateurs dans laSrhizosphère
s : nombre de germes nitrificateurs dans la non rhizos-
phère.
T
21
Seuil du X ICommentaire
I
/théorique :/
1
i1
I
* nitrificateurs/g de terre sèche.
- 8 -
- I I - Système ouvert : colonnes de perfusion
Schématiquement, l’experience se résume ainsi :
( 2 0 0 p p m N-NH4+
( A colonne témoin
( + éléments minéraux (sans azote) ( Al colonne plantee
2 solutior$ : Expérience+A
( A2 colonne plantee
nutritivesl( 100 ppm N-NH4 mineraux
(
( B colonne témoin
( + éléments minéraux (sans azote) ( Bl colonne plantiie
: Expérience B
B2 colonne plantee
1 - Evolution de l’activite nitrifiante au cours de la
percolation
Dans le percolat des différentes colonnes, nous avons
calculé le rapport N03-/NH4+.
Ce rapport permet d’estimer l’acti-
vité nitrifiante du sol mais est toujours infkrieur en sol planté
eu égard 1’ absoption racinaire.
Résultats et discussion
Les resultats de l’expérience sont consignés dans le
tableau 4.
Les courbes de la figure 1 montrent cl’evolution comparee
du rapport N03-/NH4+ en colonnes plantées et en colonnes sans plan?,
tes.
Voici les deux principaux resultats de cette expérience :
a/ - Reprise de l’activité nitrifiante en colonnes plantées
Cette reprise de la nitrification & partir du 7Gme jour
est illustree par la courbe de la figure 1. Elle concerne trois
sur quatre des colonnes utilisées.
Dans la 4ème colonne A2, la remontée du rapport NO3-/NH4+
n’a pas été Observ&e. Les plantes de cette colonne devinrent
chlorotiques & partir du 8e jour d’âge des plantes, vraisemblable-
ment en raison dsune diminution de 1 @activité microbiologique
rhizosphérique globale à l’origine de iiabsence de nitrification.
b/ - Immobilisation et restitution d’azote au cours de
FZGpérience
Au sixième jour nous avons constaté une immobilisation
nette d’azote dans les colonnes témoins.
Percolat de A : (colonne témoin sans plante)
- devrait contenir : N-NOS-’ + I\\I-h’H4+ = 200 ppm
- contient
: N-N03- + N-NH4* =
26 ppm
Percolat B : (colonne témoin sans plantes )
- devrait contenir : N-N03- + N-NH4+ = 100 ppm
- contient
: N-N04- i- N-NH4+ = 13,5 p p m
Nous ne pouvons nous prononcer de même pour les colonnes
plantées + cette diminution du taux d’azote minéral étant justifiee
en partie par 1 1 absorption racinaire.
Au quatorzième jour d'exphrience, nous assistons à une
restitution (minéral.isation ) de 1’ azote immobilisé :
Tableau 4 : Evolution dans le temps du rapport NOT/NH4f évalué
dans le percolat de chaque colonne.
Cases marquées d’une croix : le percolat ne contient plus de
nitrates. Ce qui. signifie :
- dans les temoins : nitrification nette nulle
- dans les colonnes plantées : nitrification nette mas-
quée par absorption racinaire (extraction des nitrates
par les racines supérieures à l’extraction par le drai-
nage).
2 - Evolution du nombre de germes dans le percolat au cours de
la percolation
-
Des numérations de germes nitrificateurs ont été faites à
5, 9 et 11 jours d’âge des plantes dans le percolat du sol planté
(sol rhizosphérique) et du sol nu (sol non rhizosphérique 1.
a/ Résultats
- 10 -
Tableau 5 : Evolution comparée du nombre dk nitrificateurs dans
le percolat d’un sol nu et d’un sol planté.
I
-
1
I
Age des
plantest jours
Origine du sol
I PSombre de germes par
i
ml dè percolat
/
/
Sol nu
1 400
l
5
l
_-
-
I
1
Sol planté
1
28
1
-
I
/
Sol nu
1
4
I
9
-
l
Sol planté
I
0
l
-
Sol nu
1 11
I
I
0
-
I
I
Sol planté
I
I
0
-
b/ - Discussion
-
Ces résultats montrent que le percolat des colonnes
plantées s’appauvrit plus vite en nitrificateurs que le percolat
des témoins. L’hypothesc d’une adhésion de ceux-ci sur le système
racinaire est fort probable.
Bien que nous ayons dans cette cxperience un drainage
plus accentué qu’in situ lors des pluies ce qui provoque un
lessivage plus i6tenscs nitrificateuri, nous voyons l’impor-
tanw du systeme racinaire qui pourrait suppléer les argiles
dans 1 ’ adhésion des micro--organismes.
Deuxieme Partie
FACTEURS ECOLOGIQUES QUI INFLUENCENT
LA NITRIFICATION RHIZOSPHERIQUE
I-
Facteurs edaphiques
1 - Facteur pH
2 - Facteur eau
II -
Facteur plante.
NE.
Nous n'avons pas entrepris une étude exhaustive de tous ces
facteurs nombreux et complexes et notamment l'étude des in-
teractions entre nitrificatcurs et autres micro-organismes
telluriques.
1 - FACTEURS EDAPHIQUES
1 - Facteur pH
Dans un sol l'acidité est préjudiciable à la nitrification.
En effet, les nitrificateurs ne tolerent guere des pH inferieurs à
6. Une nitrification malgra tout est possible a acidite moyenne
c;levée (pH = 5) en présence de micro-habitats dans le sol presen-
tant localement un pH superieur a 6
( DOMME:RGUES, '1970).
Les pH enregistrés dans le sol Dior en deuxième phase de
minéralisation, varient entre 4,O et 5,7.
a/ - Résultats
NOUS avons mesuré lors d”une t;!xpérience en systême fermé
la dirference entrt3 le pH du sol rhizosphériyue R et le pH du ~01
non rhizospherique S ( = /~PH) de la ii@kie manière nous avons operé
pour NO; (=ANOi)., Les résultats sont consignés dans le tableau 6.
Tableau 6 :
Ual~urs comparees du pH et de la teneur en NO-5 dans
le sol rhizosphérique et non rhizosphérique.
l
1
I
l I-I
échantillon II
?H
/ /&? pH
j
1
:-
+I y
0,l
j-
0 9 86
I
+ 0988 -/,
i
i s
!
0
l
‘O;G6
G,ll
'
"-
I
5911
-- CI,64
5,75
I
I
I
5927
I
4
-l- 0909
5,113
I
6975
/
+ 0998
!
i
I
1
l
I
i
-1
R: rhizos,phérique
s : non rhlzosphérique
o$ pH : pI-I R - pH S
.h NO; : îJ03R - NO3 S
-13 -
b/ - Discussion
L’effet rhizohphérique “nitratetl est d’autant plus mar-
qué qu’il y a un effet rhizosphcrique pH. Nous basant sur un échan-
tillonnage faible, il importe de ne donner à nos chiffres qu’une
valeur relative.
Cette correlation ne surprend pas à premiere vue car an
sait que la nitrification est favorisée par l’augmentation du pH.
Mais on sait, d’autre part :
- que la nitrification entraine une acidification du sol
- que l’absorption de NO3 par la racine, compensée par l’exsorp-
tion d’un ion tialin, augmente le pH.
11 est dans ces conditions très difficile de préciser
l’origine de ia variation du pH dans la rhîzosphere.
2 - Facteur eau
a/ - Genéralités sur les ccnditions hydriques du sol Dior
L’énergie de rétention de l’eau par le sol est trds fai-
ble. Le pF de la capacité au champ, connaissant l’humidité à pF 3
du sol Dior, est de 1,8. Très rarement, le sol est à ce pF, mais
au-dessus. Sur 19 boTtes en CPV Plant&es, la moyenne des pF était
de 2,9, soit dans ce sol : 3,5 % d’humidité.
La t&s forte macro-porosit@ et la très faible réserve
en eau capillaire absorbable, les deux allant de pair
devraient
théoriquement doter ces sols d’une grands perméabiliti. Pourtant)
nous avons souvent observé, lors d’humectation par la surface, des
irrégularites d’infiltration dans les cinq premiers centimètres. En
colonnes de vegctation, ou l’apport hydrique n’est pas continu, les
alternances d’humectation et de secheresse qui sont inévitables,
accentuent le phénomene. En colonne de perfusion, grâce au régime
hydrique permanent, la perméabilite n’lt s’est jamais trouvée affec-
tée.
b/ - L’eaU : facteur écologique -’ Faibles et moyennes
humlartée
L’influence de l’humidito sur les micro-organismes nitri-
ficateurs dans le sol Dior a dkjà fait l’objet d’une importante
étude ( DOMMERGUES 9 1’962 1. Cet auteur a montré que les seuils de
nitrification du sulfate d’ammoniaque dans ce sol, sont compris
entre les pF 2,7 et :3,8.
Afin de chercher
l’influence de l’humidité du sol sur
la nitrification rhizosphkique et non rhizosphérique, deux ex-
périences ont été conduites en systkne fermé, à des degrés hygro-
métiques différents.
Leurs caractéristiques sont résumées dans le tableau 7 ::
Tableau 7 : Caracteristiques d u sol dans son iitat inïtial et de
1 ‘environnement micro.climatique.
I
Caractéristiques
I
i
Expérience 1
I
Expfrïence 2
I
I
NO3
I
1,5 Ppm
i
i
I
LT ppm
l
PH
5,O
591
1
I
1
l
I
f APport d @
azote Mi,:
1 5 ml d’uree 5
I
I
5 ml deurée a
/
/ dans 110 g de sol
/
492 g/l
/
492 g/l
/
1
Hygrométrie
1
20
y4
I
80 %
i
fi
1 Intensite lumineuse j
8 000
Lux
I
8 000 Lux
l
I
I
I
I
t
C/ - Discussion des résultats
Les résultats du tableau 8 indiquent que les variations
du pouvoïr nïtrifïant 9 tant dans la rhizosphère que da:ns la non
rhizosphère,
sont liés aux variations d’numidite du sol ( fig. 3) <.
L î intecpr&tatïon statistique donne une correlation Sï-
gnlficative aux humidité moyennes y entre X1 humidité volumlque i H %
X densite apparente 1) et la teneur en nitrate du sol d’une part,
~;.cc t te même humidité volumique et l’effet rnizosphérique & HO3
6(,&) NO; - NO3 (I?) - NO3 ( S )Ad 1 autre Part.
Tableau no8 : Expérience no1
Caractéristiques du sol rhizospherïque (2) et npn
rhizosphérique (S) au 202 <jour apres le démarrage de
1 ‘experience no1 .
Numéro d2 1’ échantillon
- -l 5 “_
NO3 (R)
teneur en ppm de N-N03-du sol rhizosphérique sec
NO3 (S)
teneur en ppm de N-N03-du sol*?hizosphérique sec
H%
humidité en pour cent du poids de sol sec
d
densité apparente = poids do l’unité de volume de sol
en place.
Hxd
humidité volumique ( humidité en pour cent du volurw
apparent du sol )
NO3
NO3 i IE) .- NO3 ( s )
NO3 (RI
.(S)
intensitb de ï’effot rhizosphérique.
Les deux courbes de la fig.2 présentent un minimum à
partir duquel toute diminution de pF provoque une augmentation
significative de la teneur cn azote nitrique du sol. Il s’agirait
là du seuil de nitrification, dont nous avons déja par16 au de-
but de ce paragraphe. C? seuil serait ici de pF 2,6.
Les résultats du tableau 9( expérience no2 )Présentent une
disparité beaucoup plus grande. Cependant, on remarque que les
valeurs du pF suparicurcs A 2,8,, donc a la moyenne des pF des dif-
férents êchantillons dans cette exp&ri?nce, correspondent sauf
deux exceptions, à dt-s valeurs du rapport NO3 ( R)/I103 f S ) supé-
rieurcs à 5. 11 est donc logique de pensw qu’aux pF superieurs à
2,s (le pF 2,8 est sLzp&ricur d’une unit& au p.F de ia capacité au
champ ) p la microflore nitrifiante est soumise 1~ long de la ra4
cine à un effet rhizosphérique positif p alors qu;3 dans le sol,
elle subit un effet: depressif, sans pour autant ~dispa.raitre (in-
tervention possible des groupements xérophiles ).
Tableau nOY : ExpGrience r,O2
Caracteristiques du sol rhizosph&riquc (Rf et non rhizospheriyuc (SI au 2Oe jour api+s
ïe démarrage de l'expérience n02.
Pour la signification des différentes caractéristiques, voir page I.&.
JI
NUMERO
BE L'ECHANTILLON
I
do--3 (SI
Jo;
103 (RI
IOj
(SI
I
:Xd
c
i
-- 17 -
II - FACTEUR PLANTE-
1 a.‘. Influcncè de la vigueur vegétative sur la teneur cn NOY1
dans la rhizosphère
a / -’ Résultats :
-
-
Fig. 3 (Expérience no2 relatée au
tableau 9)
b/ -- Discussion
Ces resultats illettent en evidence une corrélation entre
le poids des parties aériennes vt l’effet rhizosphérique NO3 me-
suré par la différence entre la teneur
en N’33 de la rhizoshpèrc
et celle de la non rhizosphère. Cette corrélation significative-
ment différente de zéro ne nous permet pas d’en deduire pour au-
tant une relation de cause à effet. Elle traduit scul6:mcnt 1 ‘exis-
tente d’une fonction decroissante NOS = f (poids de la plante).
L’explication la plus plausible est la suivante :
L ’ absorption racinaire 9 proportionnelle a la vigueur de
la plante abaisse la teneur en nitrate de la rhizosphérc d ‘autant
plus fortement que la plante est vigoureuse.
2 -.
Rôle des exsudats gazeux dans la nitrification rhizosphk-
rique
Deux justifications majeures de cette etudc :
-. la grands sensibilite d e s n i t r i f i c a t e u r s (Nitro-
somonas et Nitrobactar) au facteur aération ;
- pauvreté en carbonates du sol Dior qui peut dif-
ficilement assurer la nutrition carbonée des nitrificateurs qui
sont autotrophes. Un enrichissement de la rhizosphère en C02, ce
qui n’est pas incompatible avec une meilleure aération, leur per-
mettrait une meilleure nutrition carbonée.
Les expériences ont bté conduites sur solutions hydro-
paniques. Les dosages de pressions partielles de CO2 et di02 ont
été faites au Bloodmicro-systcm type B.M.S. 3b.
a/ - Variation dans le temps de la tension partielle
-gène et de gaz carbonique dans la solution
rh-izospérique
Résultats qualitatifs
Ces resultats mettent Gn evidence 1’ exsudation d ’ oxygene
par la racine. Des l’injection du Bleu de Métlnylène décoloré, les
racines âgées de ‘10 ,jours prennent une teinte bleu foncé. 24 heu-
res apres 9 la solution rhizospherique est int&gralnment colorée
en bleu. Comme aucun<: diffusion d I oxygène n’ a pu se faire de
l’air dans la solution (couche d’huile), il faut imputer cette
-If3 --
recoloration du bl;?u de méthylène a la diffusion d’oxygene par
les racines. Le bleu de méthylène se reoxyde pour des potentiels
supérieurs à + 0,O'll volts à pH 7. Notons que; plus le pH est
bas, plus ce potentiel est éleve.
MITSUI ( 1949) a employé le bleu d.e methylène pour montrer
l’augmentation du Eh le long de la racine de riz..
Nous avons remarqué également que 1~s racines vieilles
d’un mois étaient moins aptes à se recolorer que des racines de
quinze jours. BOULAINE (1957) admet que des dépôts de lignites et
de subérine dans l’écorce racinairu retardent la. diffusion
d’oxygène.
Résultats quantitatifs
Tableau 10 -
Chaque resultat est la moyenne dc deux êchantillons.
Discussion
-. Jusqu’au 8e jour, la ~02 baisse, puis croît dans lus tubes plan--
tas, alors que dans 1eS têmoins elle varie peu.
- La pCCQ croit a peu près régulierem~nt en m&w temps que l’âge
des plantes.
Explication du phénomene
- Pendant :Les 8 premiers jours environ; la racine, dans
sa partie immcrg&, est en croissance sur toute sa longueur. Cette
hauteur de racine immergée ne depasse pas 5 a 6 cm. Elle est le
siège d t une respkation de croissance. La permeabilite du paren--
chyme cortical est tres grande, alors que la porosité est négli-e
geablt. La racine consomme de 1 ‘oxygène.
- Après ces 8 jours, l e s 5-4 prcmier.s centimetres de la
racine sont toujcurs lu siegc d’une respiration de croissance,
mais la partie plus âgée de la racine n;étant plus en croissance,
ne présente plus qu sune respiration d’entretien qui consomme beau-
coup moins d ’ oxygenè . Lyexsudation d’oxygène ?i ce niveau st! produit
l o r s q u e le c o e f f i c i e n t do diffus5:n d<: 1’ oxygenc ( proportionnel à
la porosité de la rclcint J devient superleur au coefficient diabsorp-
tion de l’oxygène par la racine pour sa respiration.
b/ - Mise en evidence d’un gradient de tension en oxy-
met en gaz carbonique le long de la racine
(rCsultats qualitatifs)
-
-
- Le tesr au bleu de nethylène n’est généralement pas
positif sur les 5 premiers centimètres de la racine en partant
de l’apex.
- Du mil cultive en colonne transparente dans un sol de
riziëre présente génkralement 2 zones le long de ses racines :
,
.
â
. Un<> zone rhizosphérique de 3 ou 4 cm de longueur
très noire ( zone rkductrice ) en partant de l’apex
. Une zone allant jusqu’a la surface du SOT, où la
racine est d’une couleur ocre-foncé, cette couleur
r6sultant d’une oxygation du fer au contact de la
racine 9 ( zone oxydante ).
T a b l e a u 10 : Variation dans le temps de la tension d’oxygene et de
gaz carbonique dans la solution oil se sont développées
ies racines-(solution rhizosphérique).
I
I
/ Age.des plantes
1
/
e n Tours
po2
PC02
/
I
/
5
95
I
695
/
7
I
70
I
aa
1
9
1
66
r-
11
$?o
I
11
1
75
1395
I
I
20,a
I
i
f
-
-
J
-
e
-
/
-
1990
i
- -
- 20 ‘-
0ISCUSSION GENERALE ET CONCLUSIOM
L’accumulation de nitrates dans la rhizosphêre, l’inten- ’
sité supérieure à 1 de l’effet rhizosphérique, la persistance de
l’activité nitrifiante dans le sol rhizosphérique en *flux arontinu”’
sont trois faits suffisamment convergents pour confirmer l’hypo-
thèse d’une nitrificati n rhizosphérique. Mais nos plantes expéri-
mentales n’ayant jamais K épassé l’âge de 20 jours, cette étude ne
nous permet pas de nous prononcer au-delà de cette periode. Nous
savons cependant qu’un certain nombre de résultats obtenus a par-
tir des observations faites au champ (absence de nitrates dans la
partie du sol oü sont développées en ma;jorit& les racines et pre-
sente de nitrates ‘dans la plante) militent en faveur de cette h’ypo-
thèse et notamment pendant la phase d e croissance active qui stO-
chelonne entre la montaison et l’épiaison ou la mobilisation de
l’azote par la plainte est la plu5 importante.
CONCLUSION
a/ - Sur le plan écologique
Si c e phenomène nitrification rhizwphérique, p a r deduc-
tion logique des études de la nutrition azotée du mil et de dyna-
mique de llazote minéral in situ apparaît d’une certaine évidence,
il n’en est pas de même si l’on examine les conditions écologiques
de la rhizosphère qui, en général, sont :
- défavorables à la nitrification par :
. une inhibition par des,substances toxiques
la faible teneur en NH4 de la rhizosphère
?
. un abaissement du pH
- favorables à la denitrification par :
d<?s substances donnatrices d’electrons (exsudats
’ organiques facilement métabolisable)
. la faible teneur en oxygène.
De nombreux travaux confirment l’existence de ces condi-
tions au sein de la rhizosphère. Seule, a notre connaissance, une
étude de MOLINA et ROVIRA ( 1964) abonde dans le sens de nos résul-
tats. Ces auteurs signalent que le developpemcnt de Nitrosomonas
et Nitrobacter est stimulé par les racines de Mals et de Luzerne
de 15 jours mais non par des racines de 45 jours. Nous sommes donc
en prksence d’un phénomène microbiologique lié & la spécificite de
l*écosystème~~Pennisetum
typholdes-Sol Dior”et rarement, sinon
jamais > observe lorsque les conditions edaphiques sont propices
à une bonne activité biologique.
b/ - -
sur le plan agronomique
Par l’introduction de C&&ales à cycles courts et à pro-
ductivité élevée, donc à demande instantanéeen azote (taux d’azote
mobilisé en Kg/ha/j’ 1 tres élevé, le débit en azote du sol et
-21 -
notamment en azote nitrique dans la deuxième phase de la dynamique
microbienne, devient un facteur limitant. Dans ce contexte, toute
recherche permettant une meilleure nutrition azotée de la cér&ale,
se justifiera techniquement et, en lioccurrenre, la recherche des
causes de la nitrification rhizosphérique, complétant celles sur
la fertilite azotée des sols. Comme interventions possibles pour
orienter favorablement cette nitrification nous citerons :
- les traitements foliaires qui peuvent modifier l’ex-
sudation racinaire
- les inoculations de semences qui ;?euvent modifier
l’équilibre microbiologique au sein d.e la rhizosphère.
- 22 -
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