High-affinity methanotrophic soil bacteria play an important role in the global methane cycle, oxidising atmospheric methane that would otherwise contribute to climate change.In this thesis, the PLFA compositions of three low-affinity methanotroph cultures [Methylococcus capsulatus, Methylosinus trichosporium & Methylocella silvestris] were determined and used to calculate a conversion factor for estimating methanotrophic biomass from PLFA concentrations.

Our ability to predict and model the consequences of N deposition depends on our understanding of the mechanisms of N cycling. The research detailed in this thesis investigates the impact of enhanced nitrogen loading on nitrification and mineralisation in soils from two contrasting sites in Britain.  The first site is Deepsyke Forest, a Sitka spruce plantation situated in the Scottish borders.  The second site is Pwllpeiran an upland grass heath in Mid Wales.  The stable isotope, ¹⁵N, was used to measure gross mineralisation and nitrification rates at each site. This was used in conjunction with acetylene, a physiological block, which inhibits the oxidation of ammonium to nitrite; ascertain whether the dominant form of nitrification at each site was autotrophic or heterotrophic. Inorganic N concentrations at Deepsyke were highly variable.  NO₃^- levels were low at both sites but particularly at Deepsyke.  This had a major impact on the methodology used in the determination of gross transformation rates, and the subsequent analysis and interpretation of the results. Nitrification at Deepsyke was predominantly heterotrophic and rates whereas nitrification at Pwllpeiran was predominantly autotrophic. The results of a 20-day potential nitrification assay indicate that S deposition is inhibiting nitrification, while enhanced N loading is stimulating it.  No other effects of N, S or acid deposition were detectable at Deepsyke.  Similarly, no effects of N loading were found, however it was observed that heavy grazing reduced NH₄⁺ concentrations.

Η μελέτη της νιτροποίησης στα φυσικά εδαφολογικά συστήματα είναι σημαντική όχι μόνο για αγρονομικούς λόγους αλλά και λόγω των αποτελεσμάτων της στο περιβάλλον. Δεδομένου ότι τα λιπάσματα της ουρίας και αμμωνίου περιλαμβάνουν τον συνολικό όγκο των λιπασμάτων που χρησιμοποιούνται στην παγκόσμια γεωργία, το ποσοστό νιτροποίησης είναι ένας βασικός παράγοντας που καθορίζει τις πιθανές απώλειες του Ν. Συσσωρευμένο NO3 μπορεί να μειωθεί από το εδαφικό οικοσύστημα μέσω της διύλισης και της διάσπασης νιτρικών, οι οποίες προκαλούν τη ρύπανση των υδάτων εδάφους και επιφάνειας και τις αεριώδεις εκπομπές στη ατμόσφαιρα Η παρούσα εργασία ασχολήθηκε με την νιτροποίηση, (βιολογική οξείδωση της αμμωνίας) που υλοποιείται από δύο διαφορετικές κατηγορίες αυτότροφων βακτηριών. Η πρώτη ομάδα (νιτρωδοποιητές) μετατρέπει την αμμωνία ( ) σε νιτρώδη ( ) και στη συνέχεια η δεύτερη ομάδα, οι νιτρικοποιητές, οξειδώνει περαιτέρω το ενδιάμεσο προϊόν σε νιτρικά. Ακολούθως προαιρετικά αερόβιοι ετερότροφοι μικροοργανισμοί με τη βοήθεια οργανικής πηγής άνθρακα σε αναερόβιο περιβάλλον μετατρέπουν το νιτρικό άζωτο σε αέριο άζωτο (απονιτροποίηση). Το στάδιο της απονιτροποίησης δεν θα μας αποασχολήσει στην παρούσα εργασία. Τα βακτήρια που είναι υπεύθυνα για την οξείδωση της αμμωνίας είναι τα (ammonium oxidizing bacteria) ή νιτρωδοβακτήρια, ενώ τα βακτήρια που οξειδώνουν τα νιτρώδη σε νιτρικά είναι τα νιτρικοβακτήρια. Βακτήρια των γενών Nitrosomonas συμμετέχουν στο πρώτο στάδιο της νιτροποίησης. Στο δεύτερο στάδιο περιλαμβάνεται το γένος Nitrobacter. Με μια σειρά πειραμάτων φυσικού και τεχνητού χώματος, με την παρουσία ή μη μικροοργανισμών, μελετάμε την κινητική της νιτροποίησης και τους παράγοντες που ενδεχομένως επιδρούν στην κινητική αυτή, καθώς και τους παράγοντες που παρεμποδίζουν την νιτροποίηση. / The study of nitrification in the natural soil' systems is important not only for agronomic reasons but also because of its potentials effects on the environment. Since urea and ammonium fertilizers comprise the bulk of total fertilizer N uzed in world agriculture, the rate of nitrification is a basic factor determining potential losses of N. Accumulated NO3 can be depleted from the grassland ecosystem via leaching and denitrification, which cause ground and surface water pollution and gaseous emissions to the atmosphere. The present work is about the nitrification, (biological oxidation of ammonia) that is materialized by two different categories of autotrophic bacteria. The first group (ammonia oxidizers) converts ammonium ( ) to nitrite ( ), then the second group, nitrite oxidizers, oxidizes further the intermediate product to nitrate. Denitrification is the biological process, which is responsible for the removal of nitrogen in the form of nitrate and/or nitrite by conversion to nitrogen gas. The stage of denitrification won’t occupy us in the present work. The bacteria responsible for biological oxidation of ammonia are (ammonium oxidizing bacteria), while the bacteria that oxidize nitrite to nitrate are nitrite oxidizers. Bacteria of genders Nitrosomonas participate in the first stage of nitrification. In the second stage the gender Nitrobacter is included. With a row of experiments including natural and artificial soil, and with the presence or not of micro-organisms, we study the kinetics of nitrification and the factors that potential influence this kinetics, as well as the factors that impede the nitrification.

Les plantations forestières représentent 5% de la surface forestière mondiale mais assurent plus du tiers de l’approvisionnement en bois de la planète. La durabilité de ces systèmes de production repose sur le maintien à long terme de leur fertilité, sans recourir à la fertilisation. L’introduction d’une espèce fixatrice d’azote (N) dans les plantations forestières est une des solutions envisagées pour relever ce défi. L’objectif de la thèse était d’évaluer l’effet de l’introduction de l’Acacia mangium dans une plantation pure d’eucalyptus sur la croissance des arbres, la production de biomasse et la dynamique de N dans le sol. Pour atteindre cet objectif, des inventaires destructifs combinés à une collecte des chutes de litière ainsi qu’un suivi annuel de la minéralisation de N dans le sol, ont été réalisés. Ils ont été associés à l’étude de la fixation symbiotique de N et de l’enrichissement en N de la matière organique particulaire. Cette étude a permis de mettre en évidence un effet positif de l’acacia sur la croissance des eucalyptus à travers une modification des relations interspécifiques. La relation de facilitation engendrée par la fixation symbiotique de N a été à l’origine d’une augmentation de la croissance des eucalyptus et de la production primaire nette aérienne. Cette augmentation de croissance était liée à l’amélioration du contenu azoté du sol, en particulier dans la fraction grossière de la matière organique particulaire. Une augmentation de la production de N par minéralisation a révélé un recyclage beaucoup plus rapide du N du sol. Ces travaux ouvrent des perspectives pour une intensification écologique de la sylviculture des plantations tropicales. / Forest plantations represent 5% of the world forest area but provide more than one third of world wood supply. Sustainability of these systems is based on the long-term maintenance of their fertility without using fertilizers. The introduction of nitrogen (N) fixing species in forest plantations is one of the solutions to take-up this challenge. The aim of this work was to assess the effects of the introduction of Acacia mangium in pure stand of eucalypts on tree growth, biomass production and soil nitrogen dynamics. To achieve this goal, destructive inventories combined with quantification of N fluxes in litter fall and annual monitoring of N mineralization in soil, has been done. They were associated with study of the symbiotic fixation of N and N enrichment in particulate organic matter. The study highlighted a positive effect of acacia on the growth of eucalyptus through a modification of interspecific interactions. Facilitating relationship created by the symbiotic nitrogen fixation has been the source of an increase in the growth of eucalyptus and aboveground net primary production. This increased growth was related to improvement of the nitrogen content of the soil, especially in the coarse fraction of the particulate organic matter. An increase in nitrogen mineralization indicated a much faster soil nitrogen cycling. This work opens perspectives for an ecological intensification of tropical plantation forestry.