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Thèse en sciences de la Terre, soutenue le 29 janvier 2025 par Nathan Chin, rattaché à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST) de la FGSE.
Les sols du monde entier contiennent une quantité importante de carbone et de nutriments, provenant des végétaux morts et de la litière végétale. La décomposition de ce matériel végétal libère non seulement des nutriments, nécessaires aux plantes et aux microbes vivant dans le sol, mais aussi du carbone sous forme de CO2, transférant ainsi le carbone du sol vers l’atmosphère. Par conséquent, les facteurs qui impactent la décomposition de la litière végétale entraînent des répercussions considérables sur le cycle des nutriments du sol et les émissions de CO2, qui à leur tour affectent la santé de l’écosystème et la réaction de celui-ci aux dérèglements climatiques.
Un facteur important qui affecte la décomposition est la dégradation des composés organiques complexes dans la litière végétale, qui nécessite des réactions de transfert d’électrons appelées oxydation. Ces réactions rompent les liaisons chimiques et facilitent ainsi la décomposition de la litière par des enzymes microbiennes. Dans les sols, cela peut être réalisé par un petit groupe spécifique d’enzymes microbiennes, et plus récemment, il a été démontré que la présence de certains éléments hautement réactifs facilitent ces réactions d’oxydation. Plus précisément, il a été démontré que la présence d’un de ces métaux, le manganèse (Mn), est en corrélation avec la diminution des stocks de carbone du sol et l’augmentation des taux de décomposition. Cependant, le Mn est le plus réactif lorsqu’il est dans l’état d’oxydation Mn(III), un état facilité par des transformations microbiennes. Le Mn est également sensible aux concentrations d’oxygène dans les sols, influencées par l’humidité du sol et les précipitations, ce qui affecte sa capacité à être transformé en Mn(III), avec des preuves récentes suggérant que le Mn(III) peut se former préférentiellement aux interfaces sol-eau. Malgré les relations démontrées entre le Mn(III) et la décomposition de la litière, de nombreuses études sur la décomposition ne tiennent pas compte des fluctuations spatiales et temporelles des concentrations d’oxygène qui existent naturellement dans les sols. Ignorer l’importance des gradients de concentrations d’oxygène dans les études de décomposition ne permet pas de comprendre comment les microbes, les gradients d’oxygène et la disponibilité du Mn forment le Mn(III) et affectent la décomposition.
L’objectif de cette thèse est de déterminer les moteurs microbiens et géochimiques de la formation de Mn(III) à travers les gradients d’oxygène dans les sols, et finalement comment cela contrôle la décomposition de la litière. Pour ce faire, nous avons utilisé une combinaison d’incubations de sol en laboratoire ayant différents gradients d’oxygène et des analyses de terrain à travers un transect de sol sous forêt ayant des variations naturelles de conditions d’oxygène. Nous avons constaté que l’ajout de Mn augmente la production d’enzymes microbiennes qui transforment directement et indirectement le Mn(II) en Mn(III), en particulier dans les zones de transition de conditions d’oxygène. À son tour, cette formation accrue en Mn(III), très réactif, a favorisé la décomposition et créé plus de CO2. L’expérience de terrain nous a permis de vérifier que, même sur des transects de sol à grande échelle, l’augmentation de la formation de Mn(III) entraîne également une plus grande décomposition de la litière, due en partie à une augmentation de la communauté fongique. Bien que cette recherche mette spécifiquement en évidence le rôle du cycle du Mn dans les sols, elle démontre également que, de futurs travaux axés sur la décomposition doivent tenir compte de l’hétérogénéité des conditions d’oxygène et son impact sur les éléments sensibles à l’oxygène dans le contrôle de la décomposition de la litière végétale.
Cela est particulièrement important compte tenu de l’impact du dérèglement climatique, qui modifiera les régimes de précipitations dans les écosystèmes, avec de possibles implications sur la décomposition de la litière des sols à l’échelle mondiale.
