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La stabilité structurale est une propriété physique des sols importante, indicatrice de leur sensibilité à la battance et à l’érosion. Les sols limoneux, qui couvrent des surfaces importantes en France et dans le Nord de l’Europe ont, du fait de leur texture et de leur faible teneur en matières organiques, une stabilité structurale faible. Dans un contexte où l’on se préoccupe de la diminution de la teneur en matière organique des sols, où se développe l’apport de produits résiduaires organiques au sol et où se diversifient les pratiques culturales et les systèmes de culture, il apparaît nécessaire de développer des outils de prédiction de la stabilité structurale en fonction de la quantité et de la qualité des matières organiques. Nous avons développé une relation statistique qui relie la stabilité de la structure à la constitution des sols, en particulier à leur teneur en carbone organique (C), à partir d’une base de données AGRESTA de 480 sols assemblée pendant cette étude. Cependant sa faible capacité prédictive ne permet pas de l’utiliser comme fonction de pédotransfert. L’examen de 7 essais de longue durée ou réseaux de parcelles sur sols limoneux a montré des améliorations de la stabilité de la structure en quelques années avec des pratiques qui permettent une augmentation de la teneur en C dans l’horizon de surface (non labour, prairies temporaires, semis direct sous couvert végétal (SCV), apports répétés de composts). La teneur en C totale de l’horizon est souvent un meilleur prédicteur de la stabilité structurale que des fractions organiques (carbohydrates solubles à l’eau chaude, matières organiques particulaires) ou que la biomasse des microorganismes. Des expérimentations réalisées en laboratoire d’apport de matières organiques (résidus de culture, composts) à des sols limoneux, nous ont permis de confirmer que le rôle de ces apports était essentiellement indirect, par la stimulation des microorganismes du sol que leur décomposition entraîne. Les microorganismes agrégent les particules de sols par leur sécrétions ou mécaniquement. Nous avons proposé un modèle prédictif de la stabilité structurale suite à des apports organiques dont on connaît la qualité biochimique : CANTIS-STAB, qui couple un modèle de décomposition des matières organiques à une fonction statistique. Comme la gestion des matières organiques constitue un volant d’action majeur pour agir sur la sensibilité de sols limoneux à la battance et à l’érosion, les outils proposés doivent être développés, afin de servir de base à des préconisations agronomiques ou à l’apport raisonné de produits résiduaires organiques au sol., Aggregate stability is a major soil physical property, which is a good indicator of the sensitivity of soils to crusting and erosion. Silty soils, which cover large surface areas in France and Northern Europe, have a low aggregate stability, because of their texture and of their frequent low organic matter contents. In the present context of (i) soil organic matter content depletion, (ii) development of organic wastes application to soils and (iii) diversification of cropping systems, it is necessary to have tools to predict changes in soil aggregate stability with changes in soil organic matter content and quality. Using a data base of 480 soils, established during this study, we developed a statistical relationship which relates soil aggregate stability with soil characteristics, in particular with its organic carbon (C) content. However, its low predictive capacity does not allow to use it as a pedotransfer function. Based on 7 in situ long term experiments or cultivated plots series, we found rapid increased of soil aggregate stability when practices that increases the soil C content in the surface layer are implemented (no till, rotations with leys, permanent coverage of soil with plants, repeated compost additions). The total C content of soil was often better correlated to aggregate stability than other organic variables, such as hot water soluble polysaccharides, particulate organic matter contents, or microbial biomass C. Laboratory experiments, in which a wide range of organic materials (crop residues, composts) were added to soil showed that the effect of the organic materials was indirect, through the stimulation of the microbial decomposers, which aggregated the soil. We proposed a new model to simulate the temporal changes in aggregate stability after organic matter additions of given biochemical qualities and in controlled amounts. “CANTIS-STAB” couples a decomposition model with a statistical function. Managing organic matter in soils is a powerful option to decrease the sensitivity of silty cultivated soils to crusting and erosion. The different tools proposed in this program will be developed further, to serve as a basis to optimize agronomic practices and organic wastes addition in this perspective.

The soil macrofauna of a pure beech (PS) and a mixed beech-hornbeam (MS) stand was recorded using a sample design spatially explicit at stand level. Humic epipedon morphological and chemical properties, relative irradiance, soil bulk density, and the specific composition of the litter in MS were also investigated. The taxonomic diversity is nearly similar on both sites, but the average by sample is greater under PS. The main factors controlling soil macrofauna spatial variability were: litter quality under MS and humus form activity under PS. These results suggest a distal control (i.e. external to humic epipedon) of macrofauna spatial variability when the litter quality is variable and a proximal control (i.e. internal to humic epipedon) when it is uniform at the spatial scale of the study.

This work aim at studying the relationships between detritivorous macro-invertebrate (macrodetritivore) diversity and organic matter (OM) dynamics in loamy soils located in Haute-Normandie (France). Two hypothesis were tested: firstly (H1) macro-detritivore diversity and soil OM are influenced by environmental changes induced by agricultural and silvicultural managements and secondly (H2) macro-detritivore assemblages influence soil OM dynamics. Study sites include intensive crop, pasture stands of increasing ages (0.5 to 33 years) and even-aged beech stands (30 to 200 years). Relationships were investigated at stand scale and in laboratory microcosms. In forest soils, macro-detritivore species diversity decreased with stand age. Soil C stocks did not significantly vary throughout the forest rotation but nevertheless increased to reach a plateau at 120- 140 years in humic epipedon. Although no relationship between macro-detritivore diversity and C stocks appeared from these empirical results, it arose that macro-detritivore diversity and some holorganic fractions are linked. Results from experimental manipulations show that macro-detritivore effects on beech leaf biodegradation can be split into distinct effect groups. Furthermore, functional diversity, assessed through morphological dissimilarity, rather than species diversity better explains assemblage performances. Assemblages with intermediate morphological dissimilarity outperform the other assemblages. This optimal level of assemblage morphological structure may correspond to an equilibrium point between competitive and complementary species interactions. In agricultural soils, earthworm species diversity, soil C stocks and aggregate structural stability increase during the first pasture years. In older pastures, while soil C stocks and aggregate structural stability still increase, earthworm species diversity stabilize. Thus, no link appears between these parameters. Regarding laboratory experiments results, earthworm effects on C-CO2 release and soil aggregate OM content and stability depend on species identity and initial soil OM. Furthermore, in low OM soil, increasing earthworm species diversity stabilizes C mineralisation and but led to an increase of both aggregate OM content and stability. This result may be explained by an “improved” OM physical protection in stable aggregate along with the increase of earthworm species diversity. In conclusion, field results show that macro-detritivore species diversity is driven by soil occupancy rather than by system dynamics, thus refuting (H1) hypothesis. Furthermore, soil C stock do not vary during forest rotation while it increase with pasture age, refuting and validating the (H1) hypothesis, respectively. On the other hand, microcosm experiments show that macro-detritivores have species-specific effects and that macro-detritivores diversity influences soil OM dynamics, validating (H2) hypothesis. Future studies have to be dedicated to the relationships between soil ecological processes and both macro-detritivore functional traits and species interactions.; L'objectif de ce travail est d'étudier les relations entre la diversité des macro-invertébrés détritivores et la dynamique de la matière organique (MO) dans les sols limoneux des plateaux de Haute-Normandie. Ce travail vise à répondre à deux hypothèses : (H1) la biodiversité et les MO du sol sont influencées par les modifications environnementales induites par les gestions agricole et forestière et (H2) les assemblages de macro-détritivores influencent la dynamique de la MO du sol. Les systèmes étudiés incluent une culture intensive et des prairies d'âge croissant (0,5 à 33 ans), ainsi que des parcelles gérées en futaie régulière de hêtre (30 à 200 ans). La relation a été étudiée à l'échelle de la parcelle ainsi que dans des microcosmes réalisés au laboratoire. Dans les sols forestiers, la diversité spécifique des macro-détritivores diminue avec l'âge du peuplement. Les stocks de C dans le sol ne varient pas au cours de la rotation forestière, alors qu'ils augmentent dans l'episolum humifère jusqu'à 120-140 ans avant de se stabiliser. Si ces résultats empiriques ne permettent d'établir un lien entre diversité des macro-détritivores et stocks de C, une relation apparaît toutefois avec certaines fractions des horizons holorganiques. L'impact des macrodétritivores sur la biodégradation des feuilles de hêtre a donc été testé en conditions expérimentales. Les résultats expérimentaux permettent de classer les macro-détritivores en groupes distincts à partir de leurs effets spécifiques sur la biodégradation des feuilles. En faisant varier le nombre d'espèces dans les assemblages expérimentaux, nous mettons en évidence que la biodégradation est davantage liée à la diversité fonctionnelle (mesurée ici par la dissimilitude morphologique) qu'à la diversité spécifique. Les assemblages sont plus performants lorsqu'ils présentent une similarité morphologique intermédiaire. Ce niveau optimal de similarité pourrait correspondre à un point d'équilibre entre interactions compétitives et complémentarité au sein des assemblages. Dans les sols agricoles, il existe une augmentation simultanée de la diversité spécifique des vers de terre, des stocks de C et de la stabilité de la structure du sol dans les premières années de prairie. Cependant, dans les prairies plus âgées, le stock de C et la stabilité de la structure continuent d'augmenter alors que la diversité des lombriciens reste stable. Il n'y a donc pas de lien net entre la diversité des lombriciens et les stocks de C ou la stabilité structurale. Les résultats obtenus en conditions contrôlées montrent que les effets des vers de terre sur le dégagement de C-CO2, la teneur en MO et la stabilité structurale des gros macro-agrégats dépendent de l'espèce impliquée et du taux de MO initial du sol. De plus, dans un sol pauvre en MO (sol de culture intensive), l'augmentation de la diversité spécifique des lombriciens stabilise la minéralisation du C et augmente la stabilité structurale et la teneur en MO des agrégats. Ce résultat peut être expliqué par l'augmentation de la protection physique de la MO dans des agrégats stables avec la diversité spécifique des vers. D'une façon générale, les résultats obtenus au champ montrent que la richesse spécifique des macro-détritivores est plus influencée par le type d'occupation du sol que par la dynamique des systèmes, réfutant ainsi en partie l'hypothèse H1. D'autre part, les stocks de C dans les sols ne varient pas avec l'âge du peuplement de hêtre alors qu'ils augmentent avec l'âge des prairies, réfutant ainsi en partie l'hypothèse H1. D'autre part, les résultats des expérimentations en microcosmes permettent de classer les espèces en fonction de leurs effets sur la dynamique de la MO. En outre, la dynamique de la MO est modifiée lorsque la diversité des macro-détritivores change, confirmant donc l'hypothèse H2. Les recherches futures devront maintenant se pencher sur les relations complexes qui relient : les traits fonctionnels des macro-détritivores, les interactions entre ces espèces et les processus écologiques dans le système sol.