O estudo da comunidade microbiana que participa do processo de estabilização da matéria orgânica presente nos efluentes sanitários é fundamental para o melhor conhecimento dos tipos de sistemas de tratamento biológico. A avaliação da dinâmica de algas e bactérias presentes no sistema australiano de lagoas de estabilização da cidade de Novo Horizonte (SP) foi o principal objetivo deste trabalho. Para esta avaliação foram determinadas as densidades destes organismos (contagem direta) e a taxa de produção fitoplanctônica (medida pela produção de oxigênio dissolvido) e comparadas às condições abióticas, em escala nictemeral (coletas a cada 6 horas), sazonal (4 épocas do ano), espacial longitudinal (5 estações ao longo do sistema) e vertical (3 profundidades nas lagoas facultativas). Os resultados obtidos indicaram diferenças sazonais na qualidade do efluente final e no desempenho das lagoas. Mesmo com estas diferenças, o efluente final pode ser considerado como potencialmente eutrofizante quanto à concentração de matéria orgânica e de fósforo total. As lagoas facultativas apresentaram condição de anaerobiose na maior parte da coluna de água, o que contribuiu com a não eficiência do sistema / The study of the microbial community (algae and bacteria) that participates of the organic matter stabilization process in the effluent sanitary it is important for the best knowledge of the types of the biological treatment systems. The evaluation of the dynamics of the algae and bacteria in the Australian wastewater stabilization ponds of the Novo Horizonte city (SP) was the main objective of this research. For this evaluation, the densities of these organisms (direct counting) and the primary production rate were determined (measured for the production of oxygen dissolved) and compared to the abiotics conditions, in nictemeral scale (it collects to each 6 hours), seasonal (four periods of the year), longitudinal (5 stations through the system) and vertical spatial (three depths in the facultative ponds). The results indicated seasonal differences in the final effluent quality and in the ponds performance. Although these differences, the final effluent can be considered as potentially eutrophic according to the organic matter and total phosphorus concentrations. The facultative ponds showed an anaerobic condition on the great part of the water column, which contributed with the low efficiency of the system

Les communautés microbiennes sont des acteurs majeurs du fonctionnement biologique du sol à travers notamment leur implication dans les transformations des cycles biogéochimiques (C, N, P…). Dans les agro-écosystèmes, la diversité de ces communautés est régulièrement modifiée par des perturbations liées aux pratiques agricoles et la question des conséquences de ces modifications pour le maintien du fonctionnement biologique et des fonctionnalités des systèmes agricoles est aujourd’hui centrale. Si le rôle de la diversité biologique pour le fonctionnement des écosystèmes a été bien étudié chez les macro-organismes, et notamment les plantes ; la relation biodiversité/activité est encore très mal connue pour les microorganismes du sol. Pourtant, dans la mouvance agroécologique actuelle, cette connaissance est nécessaire pour définir de nouvelles pratiques culturales intégrant une gestion de la diversité microbienne pour une utilisation durable des agrosystèmes. Dans ce travail, l’objectif général était de tester l’importance de la diversité pour la stabilité (résistance/résilience) et l’activité des communautés microbiennes (bactéries et champignons) impliquées dans les transformations de la matière organique dans le sol, une fonction déterminante pour la fertilité des sols, la qualité de l’environnement et les changements globaux. D’un point de vue expérimental, nos questions ont été abordées par le couplage d’expérimentations au laboratoire avec des échantillonnages réalisés au terrain. Dans un premier travail basé sur une manipulation de la diversité au laboratoire, nous avons montré que la stabilité de la structure et de l’activité des communautés en réponse à différentes perturbations est positivement liée à la diversité microbienne (i.e. nombre d’espèces). Ce lien a ensuite été validé par une expérimentation basée sur un échantillonnage de terrain qui nous a permis de démontrer (i) que la diversité microbiennes peut être modulée (augmentée ou diminuée) en fonction de l’intensité d’usage des sols, et (ii) que la minéralisation de la matière organique est plus intense dans les sols présentant les plus hauts niveaux de diversité. Enfin, dans le cadre d’une expérimentation réalisée au terrain (SOERE-ACBB, Lusignan), nous avons montré que la réponse des communautés de bactéries et de champignons à un apport de résidus de blé, en termes de successions de populations et d’activité de minéralisation de la matière organique, dépend de l’historique cultural du sol. Ces travaux apportent de nouvelles connaissances sur l’importance de la diversité microbienne (richesse, composition) pour la stabilité et l’activité des communautés impliquées dans les transformations de la matière organique dans le sol. Ils montrent également que la modulation de la diversité des communautés microbiennes du sol par les pratiques agricoles, présentes ou passées, peut affecter significativement le turnover de la MOS. / Soil microbial communities act as important agents of the biological soil functioning, particularly through their involvements in the transformations of biogeochemical cycles (C, N, P…). In agro-ecosystems, the diversity of these communities is affected by perturbations associated to agricultural practices, and the significance of these modifications in terms of preservation of biological functioning and sustainability of agricultural systems has emerged as a central issue in the environmental sciences. Whereas the role of biodiversity has been well studied for macroorganisms, in particular for plants; the biodiversity/activity relationship is still largely unknown for soil microorganisms. However, in the current agro-ecological movement, this knowledge is needed to define new agricultural practices including a best management of microbial diversity for the sustainable use of agro-ecosystems. In this context, the objective of this Phd was to test the significance of microbial diversity for the stability (resistance/resilience) and the activity of microbial community (bacteria and fungi) involved in the turnover of soil organic matter, a major function for soil fertility, environment quality and global changes. From an experimental point of view, these issues were addressed by coupling laboratory with field experiments. In a first work, by manipulating microbial diversity in laboratory condition, we have shown that the stability of both microbial genetic structure and activity in response to different perturbations is positively linked to microbial diversity (i.e. number of species). This link was then validated by a sampling based on a field experiment that allowed us to demonstrate that (i) the soil microbial diversity can be modulated (increased or decreased) depending the intensity of land use management, and (ii) the mineralization of organic matter is more intense in the soil with the highest level of diversity. Finally, thanks to an experiment carried out in the field (SOERE-ACBB, Lusignan), we showed that the response of bacterial and fungal communities to wheat residues supply in terms of successions of microbial populations and activities of organic matter mineralization depends on the soil management history. These works provide new insights into the significance of microbial diversity (richness, composition) for the stability and the activity of communities involved in the soil organic matter turnover. They also suggest that the modulation of the diversity of soil microbial communities by agricultural practices, past or present, can significantly affect the turnover of soil organic matter.

Le phosphore (P) est un nutriment majeur qui est souvent limitant pour la croissance des plantes dans les agro-écosystèmes mais le caractère non renouvelable des réserves en roches phosphatées rend urgente la nécessité de trouver une alternative aux fertilisants phosphatés et de mieux utiliser les ressources en P du sol. Dans ce contexte, l'objectif de ma thèse était d'élucider l'implication de processus rhizosphériques déterminant la disponibilité de P du sol dans des cultures associées céréale/légumineuse, et in fine l'acquisition de P par ces associations. Nous avons fait l'hypothèse que la facilitation de l'acquisition de P dans rhizosphère de ces cultures associées était la conséquence de processus microbiens, en lien avec des changements du carbone (C), de l'azote (N) et du P de la biomasse microbienne, ou de l'abondance de certains groupes microbiens spécifiques. Ma stratégie de recherche s'est donc focalisée sur les modifications de CNP de la biomasse microbienne et des communautés de microorganismes dans la rhizosphère de cultures associées relativement aux cultures pures correspondantes. Les effets de la fertilisation en P ou N et des modifications de pH en résultant en lien avec la fixation de N2 ont aussi été étudiés, à la fois au champ et en conditions contrôlées en microcosme de type rhizobox. Le blé dur et différentes espèces de légumineuses à graines ont été cultivées seules ou associées dans deux types de sols présentant des historiques de fertilisation différents. Dans une première expérience au champ avec un sol calcaire Méditerranéen présentant une forte disponibilité en P, nous avons montré que les cultures associées céréale/légumineuse pouvaient faciliter le recyclage de P en augmentant la biomasse microbienne et en modifiant sa stoechiométrie CNP dans la rhizosphère. Dans une seconde expérience au champ dans un essai de fertilisation P de longue durée, nous avons mis en évidence qu'une culture associée céréale/légumineuse pouvait augmenter le P de la biomasse microbienne à bas niveau de disponibilité en P et modifier les groupes microbiens susceptibles d'être impliqués dans le recyclage de P du sol. Enfin, nous avons conduit une expérience en rhizobox en conditions contrôlées avec le sol de cet essai de longue durée dans laquelle nous avons manipulé la disponibilité du nitrate, en vue d'évaluer les interactions des processus mentionnés plus haut et les modifications de pH induites par les racines dans la rhizosphère. En comparant la culture associée et les cultures pures correspondantes, nous avons obtenu des différences significatives de pH, de disponibilité en P, de CNP de la biomasse microbienne et de communautés de microorganismes dans la rhizosphère. Bien que ces modifications aient concerné un groupe de bactéries productrices de phytase, les relations causales entre les effets observés n'ont pu être établies. Une meilleure connaissance de tels processus devrait dans le futur nous permettre de définir des cultures associées performantes pour l'acquisition de P. / Phosphorus (P) is a major nutrient that is often limiting plant growth in agroecosystems but phosphate rocks being a finite resource, there is an urgent need to find alternatives to P fertilizers and to better use soil P resources. In this context, the aim of my thesis was to elucidate the implication of rhizosphere processes determining the availability of soil P in cereal/legume intercropping systems, and ultimately the acquisition of P by these intercrops. We hypothesized that the facilitation of P acquisition in the rhizosphere in such intercrops was the consequence of microbially mediated processes, as evidenced by shifts of microbial biomass carbon (C), nitrogen (N) and P, or of specific microbial groups. Thus, my research strategy focused on root-induced changes of microbial biomass CNP and community in the rhizosphere of intercrops relative to the same crops grown alone. The effects of P or N fertilization and consequent pH changes as related to N2-fixation were also investigated, either in field experiments or in the controlled conditions of rhizobox microcosms. Durum wheat and different grain legume species were grown as sole crops and intercropped on two types of soils with different fertilization histories. In a first field trial in a calcareous, Mediterranean soil with high P availability, we demonstrated that cereal-legumes intercrops could be used to facilitate P cycling through increasing the microbial biomass and altering its CNP stoichiometry in the rhizosphere. In a second field experiment in a long term P fertilizer trial, we evidenced that a cereal-legume intercrop could increase the microbial biomass P at low P availability and modify microbial groups possibly involved in soil P cycling. Finally, we designed a rhizobox experiment in controlled conditions with soils of this long term trial where we manipulated nitrate availability, in order to assess the interactions of the above-mentioned processes with root-induced pH changes in the rhizosphere. When comparing intercrops and sole crops, we obtained significant differences of soil pH, P availability and microbial biomass CNP and community in the rhizosphere. Although such changes concerned phytase-producing bacteria, the causal relationships between the observed effects still need to be established. A better knowledge of such processes shall help designing more P-efficient intercropping systems in the future.

Silver nanoparticles (AgNPs) are expected to enter aquatic systems, but there are limited data on how they might affect microbial communities in pathogen impaired streams. We examined microbial community responses to citrate-AgNP (10.9 ± 0.7 nm) and polyvinylpyrrolidone (PVP)-AgNP (11.0 ± 0.7 nm) based on microbial concentration and enzyme activity in sediment from a pathogen impaired stream. Addition of each nanoparticle to sediment caused at least a 69% decrease in microbial concentration (1,264 ± 93.6 to 127 ± 29.5 CFU/g) and a 62% decrease in β-glucosidase activity (11.7 ± 2.1 to 1.3 ± 0.3 μg/g/h). Each AgNP reduced alkaline phosphatase activity but their effects were not statistically significant. Sediment exposed to 0.108 mg Ag/kg of AgNO3 resulted in a 92% decrease in microbial concentration and a reduced enzyme activity which was not statistically significant. Measured total silver in sediments treated with AgNPs which exhibited significant inhibition effects on the microbial community ranged from 0.19 ± 0.02 to 0.39 ± 0.13 mg Ag/kg. These concentrations tested in this study are much lower than the expected concentrations (2-14 mg Ag/kg) in freshwater sediments. The results of this study demonstrate that AgNPs can alter microbial community activity and population size, which may lead to false negative fecal indicator bacteria detection and enumeration using methods that rely on β-glucosidase activity. We conclude that the presence of AgNPs in impaired streams and recreational waters can influence pathogen detection methods, potentially affecting public health risk estimates.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第24111号 / 農博第2516号 / 新制||農||1093(附属図書館) / 学位論文||R4||N5402(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科森林科学専攻 / (主査)教授 北島 薫, 教授 井鷺 裕司, 准教授 東樹 宏和 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DGAM

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.