Search

This work investigated the relationship between phytoliths from finger millet, pearl millet and sorghum and the water conditions under which these species grow. The archaeological debate on the use of millets remains open and finding a proxy to help recognise their growing conditions is crucial for the reconstruction of their dispersal. In this research phytolith concentration, ratio of sensitive to fixed morphotypes, phytolith assemblage composition, morphometry, and Si isotopic composition of sensitive morphotypes were analysed as potential indicators of plant water availability. The results showed changes in both the assemblage composition, the bulliform dimensions and isotopic content, depending on the species. Intra- and inter-specific differences were highlighted. In view of the results a predictive model based on morphotype concentration was elaborated and applied to four case-studies of the Indus Valley Civilization, proving that phytoliths can be efficient proxies to assess the water condition of plant growth in the archaeological record.; Ce travail porte sur la relation entre phytolithes du millet du doigt, du millet perlé et du sorgho et les conditions hydriques dans lesquelles ces espèces poussent. Le débat portant sur l'utilisation des millets en contexte archéologique reste ouvert. Aussi trouver un proxy pour identifier leurs conditions de croissance est crucial pour la reconstruction de leur dispersion. Dans cette recherche, la concentration de phytolithes, le rapport entre les morphotypes sensibles et fixes, la composition de l'assemblage de phytolithes, la morphométrie et la composition isotopique du Si des morphotypes sensibles ont été étudiés comme indicateurs potentiels de la disponibilité en eau des plantes. Les résultats ont montré des différences à la fois dans la composition de l'assemblage, les dimensions du bulliforms et le contenu isotopique, au niveau des espèces. Des différences intra et interspécifiques ont été mises en évidence. Ces résultats ont permis de développer un modèle prédictif basé sur la concentration des morphotypes, qui a été testé sur quatre cas d’études de la Civilisation de la Vallée de l'Indus. Les phytolithes peuvent ainsi être croissance des plantes dans les archives archéologiques.

Contact : coulouma@supagro.inra.fr; International audience; Soil depth is an important property for estimating crop production potential and soil water availability. Direct estimates of soil depth from destructive boreholes and pits are too costly for being extended to large areas. Geophysical methods are often cited as possible alternative. However their ability to provide reliable estimations of soil depth are known to be highly dependent on local site characteristics. Therefore combining geophysical methods based on different physical parameters generally enhances the probability to obtain a better prediction. This study, partly supported by the FP7-Digisoil project, examine the ability of the Spectral Analysis of Surface Waves (SASW) method combined with classical high resolution Electrical Resistivity Tomography (ERT) one to predict soil depths in a 500 m ranged Mediterranean hillslope (Southern France) with increasing soil depths along the slope. SASW was performed from data measured in the field with classical seismic equipment (impulse source and geophones along a profile). In the same place, 8 transects of ERT (Wenner-Schlumberger array, 1 meter electrode spaced) were measured in wet conditions and in dry one. In order to calibrate geophysical measurements, observations of 130 boreholes (4 meters deep) were made to determine the soil depths, defined here as the occurrence depth of an heterogeneous marine Miocene uncemented sandstone with centimetrical laminations. Firstly ERT and SASW sections were analysed separately. This showed that each geophysical method was not sufficient to predict soil depth along the whole hillslope (lower part with calcaric Cambisol / upper part with calcisol). SASW predicted well soil depth in the lower part of the hillslope (with calcaric Cambisol) whereas data from ERT were disrupted by shallow permanent groundwater. Conversely, soil depth was well predicted with ERT in the upper part of the hillslope whereas a high variability of SASW data near the topsoil provided difficulties in soil depth prediction. Significant differences in bedrock hardness along the slope explained a part of this high variability. From these results, it was possible to define a new estimator of soil depth that is a weighted mean of the estimations given by each methods, the weights being defined as varying along the slope so that more importance is given to ERT estimates in the upper part of the hillslope and more importance is given to SASW in the lower part. This study shows the interest of such a fuzzy logic based sensor combination to estimate soil properties when the uncertainty of prediction are variable between locations and geophysical methods.

International audience

Cet article s'attache à déterminer le rôle de l'activité biologique dans la dynamique et le fonctionnement du système de porosité de Vertisols des Antilles. Les Vertisols comportent un système de porosité que l'on peut schématiser en trois compartiments, différant tant par leur géométrie que par leur mode de formation, et tous trois déformables: [br/] (i) la porosité matricielle (taille 0,1 à 1 µm), toujours saturée par de l'eau par ailleurs peu disponible pour les plantes, dont le volume suit la déformation du réseau des argiles, [br/] (ii) la porosité macro-fissurale (largeur jusqu'à 10 cm), conséquence macroscopique du retrait matriciel, délimitant des prismes larges de plusieurs décimètres; les macro-fissures jouent un rôle essentiel dans l'aération, et dans la réhumectation hétérogène en profondeur, sans fonction de réservoir, [br/] (iii) la porosité structurale à l'intérieur de ces prismes (taille 10 µm à 10 mm), principal réservoir d'eau disponible, créée en grande partie par l'activité biologique et modifiée par le travail du sol. [br/] Les Vertisols étudiés à la Guadeloupe (G) ont une garniture cationique saturée par le calcium échangeable, une cohésion élevée et une dispersabilité faible des argiles; ceux de la Martinique (M) où la garniture cationique des argiles est saturée par une proportion notable de magnésium et sodium échangeables, sont plus instables. [br/] Une méthode de mesure de la conductivité hydraulique matricielle a été mise au point; les basses valeurs mesurées sont conformes à la faible disponibilité de l'eau matricielle pour les plantes. En utilisant des transducteurs d'épaisseur THERESA, mesurant les mouvements verticaux d'un sol nu et d'un sol enherbé, vérification a été faite que l'évaporation ne peut assécher le sol en profondeur, et que seule une eextraction racinaire diffuse de l'eau peut provoquer un retrait profond. La macro-fissuration est donc étroitement contingente du prélèvement de l'eau par les racines. [br/] La porosité structurale a été étudiée en relation avec différents modes d'usage des Vertisols, sous l'hypothèse que son organisation et sa dynamique hydrique dépendent de l'activité biologique et des réorganisations mécaniques associées à la gestion du soi. Une nouvelle méthode d'observation tridimensionnelle de la seule porosité structurale a été mise au point. Elle a permis de développer une typologie des formes de pores interconnectés, dont l'origine et les déformations sont directement interprétables. Les agrégats des sols fortement travaillés ne contiennent pas (M) ou peu (G) de pores structuraux. Ils sont séparés par des pores plans, rares en (M), complétés par des méats polyédriques et des créneaux à leur périphérie en (G). Les sols sous prairies montrent d'abondants pores transstructuraux tubulaires de diamètre 10-30 pm, compatibles avec une activité hyphaire d'actinomycètes, dans les horizons profonds, peu développée cependant sous irrigation (M). En surface, ces pores tubulaires sont relayés par des pores plans gaufrés qui ne se referment pas au gonflement, dont la géométrie est à rapprocher des micro-agrégats identifiés, à débris organiques figurés ou bactériens. Les sols sous prairies fertilisées (G) montrent une abondance particulière d'agrégats dérivés de turricules, à faible porosité interne en écailles, séparés par des cloisons rugueuses. [br/] Les volumes et disponibilités des réservoirs d'eau ont été évalués sur des cultures de maïs en containers. Les sols fortement travaillés ont un faible réservoir disponible, avec une forte contribution de l'eau de la porosité matricielle qui conduit le maïs à un stress hydrique précoce. Les sols sous prairies sans intrant comportent un important réservoir d'eau structurale, lié à la porosité d'origine biologique, fonctionnellement disjoint du réservoir d'eau matricielle. Sous les prairies fertilisées et irriguées, la disparition des tubes fins provoque une diminution du réservoir d'eau structurale. La part des pores interstitiels de la micro-agrégation bactérienne devra être évaluée.[br/] Ces résultats permettent de conclure qu'il faut diminuer les travaux du sol intensifs, qui altèrent la porosité préexistante - surtout en (M) plus instable -, et les substrats et agents de la porogénèse biologique. Il faut aussi pratiquer des rotations avec des prairies, pluviales ou à irrigation discontinue. L'activité des vers de terre n'a pas d'effet direct croissant sur la disponibilité de l'eau ; au delà de 40 g kg-1 de C, elle n'améliore pas la conductivité hydraulique matricielle, et a plutôt un effet négatif sur la porogénèse microbiologique. La gestion de cette dernière, par la manipulation de la restitution de carbone et du régime hydrique est une voie à approfondir pour la gestion durable des Vertisols.

*INRA Unité d'Agropédoclimatique des Antilles Diffusion du document : INRA Unité d'Agropédoclimatique des Antilles Diplôme : Dr. Ing.

National audience

National audience