Experimental characterization and quantification of the contribution of biological weathering from mycorrhizal fungi to tree nutrition by isotopic dilution

Responsable scientifique : Gregory Van der Heijden (UMR 1138 Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers – BEF)

Partenaires Labex : Stéphane Uroz, Marc Buée (UMR 1136 Interactions Arbres/Micro-organismes – IAM)

Collaborations : Roger Finlay (Swedish University of Agricultural sciences, Uppsala, Sweden)

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Contexte — En Europe, de nombreux écosystèmes forestiers se développent sur des sols acides et pauvres en nutriments. La durabilité de la fertilité du sol dans ces écosystèmes est remise en question dans le contexte des changements globaux (diminution des apports atmosphériques, augmentation des exportations de biomasse). L’altération des minéraux dans le sol représente une source importante de magnésium (Mg), calcium (Ca) et potassium (K), essentiels pour les arbres. Il a été montré que les champignons mycorhiziens contribuent activement à l’altération biologique des minéraux du sol et au transport des produits de cette altération jusqu’au système racinaire des plantes. Cependant, la quantification de la composante biologique de l’altération est très difficile avec les approches expérimentales conventionnelles.

Objectifs — Utiliser les techniques de marquage isotopique (²⁶Mg, ⁴⁴Ca et ⁴¹K) afin de tracer et quantifier la contribution i) des champignons mycorhiziens et de ii) de l’altération biologique induite par les champignons mycorhiziens à la nutrition des plantes.

Démarche — L’approche que nous développons dans ce projet est le premier essai expérimental de traçage isotopique du Mg, Ca et K libérés par altération biologique dans un substrat naturel. Des jeunes pousses de pin sylvestre seront cultivées dans un rhizotron à compartiments dans lequel l’accès des racines fines et des hyphes mycéliens aux différents compartiments sera contrôlé. Un sol minéral isotopiquement marqué sera utilisé comme substrat dans les rhizotrons.

Résultats et impacts attendus — Le suivi de la chimie élémentaire et de la composition isotopique des différents compartiments du mésocosme (sol, racines, hyphes mycéliens, biomasse aérienne) permettra de déterminer la contribution i) des pools labiles de Mg, Ca et K du sol (directement biodisponible : e.g. pools échangeables) et ii) de l’altération minérale à la nutrition des plants. Les résultats de cette approche permettront de mesurer expérimentalement la contribution de l’altération biologique à la nutrition des plants et sera ainsi une pierre angulaire pour comprendre les mécanismes de prélèvements de nutriments par les mycorhizes et les racines : altération biologique, décomposition de la matière organique, effets des essences forestières, des communautés fongiques et du type de sol.