Depuis leur introduction par des Européens il y a quelques siècles, les vers de terre se sont propagés dans les sols de l'Amérique du Nord. Depuis les années 2000, plusieurs fronts d'invasion dans les milieux naturels ont soulevé des inquiétudes dans la communauté scientifique. Nous avons analysé les impacts des vers de terre sur la germination des graines et la survie des semis de 14 espèces d'arbres indigènes au Québec, et nous avons investigué les façons dont ils influencent la composition végétale du sous-bois, les variables physico-chimiques du sol et les communautés microbiennes en Estrie. Nos résultats suggèrent que les vers de terre diminuent la germination des graines et les taux de survie des plantules, en plus de provoquer des effets importants chez quelques variables physico-chimiques et groupes microbiens. Nous concluons que les vers de terre exotiques ont le potentiel d'altérer la composition des espèces et le fonctionnement des érablières du sud du Québec.

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La déficience des sols en éléments minéraux, particulièrement le phosphore (P) est une limitation majeure pour la croissance et le développement des légumineuses fixatrices d’azote. L’application des fertilisants phosphatés est une pratique traditionnelles pour satisfaire les besoins des plantes en P. Ainsi, pour tester l’efficacité d'utilisation du P pour la fixation symbiotique de l’azote (FSN) sous déficience en P, plusieurs lignées recombinantes (RILs) de haricot contrastantes dans leurs tolérance au déficit en P ont été utilisées. L’objectif principal de cette étude est d’évaluer l’aptitude de ces RILs pour l’amélioration de la fertilité phosphatée des sols déficients en P et sa relation avec la croissance et la nodulation de la légumineuse. Pour atteindre ces objectifs, des expériences ont été réalisées sous serre et en champs d'agriculteurs. Sous conditions contrôlées (serre) et non contrôlées (champs), les résultats ont montré une diminution du pH des sols associée à une augmentation du P assimilable. Une telle augmentation de la disponibilité du P a eu un effet positif sur la nodulation et la croissance de certaines des RILs testées. Aussi, l’amélioration de l’aptitude de ces RILs à fixer l’azote atmosphérique et l’élévation de la libération des protons H+ par les racines nodulées ont été quantifiés en milieu contrôlé. Ainsi la diminution du pH du sol a permis de réduire l’indisponibilité du P dans la solution du sol en le transformant en une forme directement biodisponible pour ces plantes. En outre, les résultats ont montré des différences significatives entre les différentes RILs en termes de la biomasse aérienne et nodulaire selon les sites d'observation. Nous concluons que, outre leur aptitude de fixation d’azote, l’utilisation efficace du phosphore pour sauver des engrais minéraux et de réduire les risques de pollution et pourrait améliorer la disponibilité des sols P. / The deficiency of soil minerals, particularly phosphorus (P) is a major limitation for growth and development of nitrogen-fixing by legumes. The application of phosphate fertilizers is a traditional practice to meet the needs of plant P. Thus, to test the effectiveness of use of P for symbiotic nitrogen fixation (NSF) under P deficiency, several recombinant inbred lines (RILs) of beans in their contrasting tolerance to P deficiency have been used. The main objective of this study is to assess the ability of these RILs to improve the fertility of soils deficient in phosphorus (P) and its relationship with growth and nodulation of the legume. To achieve these objectives, some experiments were conducted in greenhouses and fields. Under controlled conditions (greenhouse) and uncontrolled conditions (field), the results showed decreasing in soil pH associated with Proton release H+ and P acquisition. The increasing in available P had a positive effect on nodulation and growth of some RILs tested. Also, improving the ability of these RILs to fix atmospheric nitrogen and release H+ by nodulated roots were quantified in a controlled environment. Thus the decreasing in soil pH has reduced the un-availability of P in soil solution by transforming it into a bio-available form to the plants. In addition, the results showed significant differences between RILs in biomass and nodulation as observation in sites. We conclude that, in addition to their ability to fix nitrogen, effective use of phosphorus to save mineral fertilizer and reduce the pollution risks and could improve the availability of soil P.

Cette étude repose sur une analyse comparative des distributions d’éléments traces (ET) dans les podzols de deux forêts adjacentes qui se distinguent principalement par leur régime de perturbation. La forêt du site de l’Île a été protégée des perturbations majeures pendant plusieurs siècles, tandis que le site du Versant a subi un feu majeur il y a 100 ans. Bien qu’ils aient évolué à partir du même matériel parental et sous les mêmes conditions climatiques et topographiques, les sols de ces deux sites présentent des différences marquées au niveau de leur morphologie et de leurs propriétés chimiques. Notamment, le sol de l’Île, qui est dominée par des conifères, a un pH significativement plus faible dans l’entièreté du profil, un horizon B podzolique qui contient significativement plus d’oxydes de fer cristallin et des horizons organiques quatre fois plus épais en comparaison au sol du Versant, un peuplement de feuillus. L’objectif de ce projet de recherche était alors de démontrer comment les différentes conditions biogéochimiques affectent la rétention et la mobilisation des ET et plus spécifiquement, comment l’âge des forêts affecte le cycle des ET à travers son influence sur la pédogénèse. Dans chacun des deux sites, quatre pédons ont été creusés puis tous leurs horizons de sol ont été échantillonnés (total de 79 échantillons) afin de mesurer leurs concentrations extraites à l’acides et solubles dans l’eau en As, Cd, Cu, Pb, V et Zn. Les différences majeures entre les deux sites se trouvaient surtout dans les horizons organiques, où les concentrations totales de tous les ET étaient significativement plus élevées sur le Versant. Un cyclage biologique accru sur le Versant, par la présence de feuillus, dont Betula alleghaniensis, explique en partie les concentrations élevées dans la couche d’humus, particulièrement pour le Cd, le Cu et le Zn, dont les concentrations étaient jusqu’à 5 fois plus élevées dans l’horizon F du Versant. Cependant, le pourcentage d’ET en solution était significativement plus élevé sur l’Île pour tous les ET, à l’exception de l’As. Le très faible pH de l’Île a contribué à la mobilisation de ces ET. La rétention de Cd et de Zn était plus sensible à la variation de pH que les autres ET. Une quantité significative de Zn a été lessivée en dehors du profil de la forêt non-perturbée, car le stock total du profil de sol en Zn (mg/m2 par cm d’épaisseur) y est 4.5 fois plus faible que sur le Versant. Cette étude soulève l’impact direct et indirect de la dynamique de la végétation sur la pédogénèse et sur le cycle des ET dans les podzols. / This study is based on a comparative analysis of the distribution of trace elements (ET) in the podzolic soils of two adjacent forested sites that distinguish themselves based on their disturbance regime. The Island site was sheltered from major disturbances for several centuries, whereas a stand-replacing wildfire burned the area 100 years ago on the Hillslope site. Even though the soils of both sites developed from the same parent material and under the same climatic and topographic conditions, they display major morphological and chemical differences. The Island is a coniferous stand that has a significantly lower soil pH through the entire profile, a podzolic B horizon that contains significantly more crystalline iron oxide and organic horizons that are four times thicker than at the Hillslope, a deciduous stand. The objective of this research is to demonstrate how different biogeochemical conditions affect the retention and mobilisation of TE and more specifically how stand age influences the cycling of TE in soils through its impact on pedogenesis. In each site, four soil profiles were dug and all their horizons were sampled (total of 79 samples) in order to measure their acid-extracted and water-soluble concentrations of As, Cd, Cu, Pb, V and Zn. Major differences between the two sites are mainly found in organic horizons, where acid-extracted TE concentrations were significantly greater on the Hillslope. The enhanced biocycling caused by deciduous trees including Betula alleghaniensis contributed to the high concentrations in the humus layer of the Hillslope, especially of Cd, Cu and Zn, which were 5 times higher in the F horizon compared to the Island. Also, a higher percentage of TE was soluble on the Island for all TE, except for As. The solubilisation of TE was associated to the low soil pH of the older stand. Cd and Zn retention were more sensible to pH variation than other TE. A significant quantity of Zn was leached outside of the soil profile on the Island since the summed Zn content of the entire profile (mg Zn /m2 surface /cm thickness) was 4.5 times lower than on the Hillslope. This study highlights the direct and indirect impacts of vegetation on soil genesis and TE cycling in podzols.

La mise en place d’une agriculture plus durable nécessite une compréhension de l’impact des pratiques de gestion sur le fonctionnement des agroécosystèmes et sur la fourniture de services écosystémiques. En représentant près de 68% des terres agricoles mondiales et contribuant à la subsistance de plus de 800 millions de personnes, les prairies sont l’un des agroécosystèmes où l’optimisation des pratiques agricoles apparaît comme cruciale. Ce travail de thèse porte sur le chaulage, une pratique agricole connue pour lutter contre les effets de l’acidification des sols – qu’elle soit naturelle ou induite par la gestion – mais dont l’efficacité est variable en prairie permanente. De fait, la littérature documentant l’impact du chaulage en prairie permanente est limitée et ne prend en compte que rarement la multifonctionnalité de ces agroécosystèmes. Par une approche intégrant différents types d’expérimentations, mon travail de thèse a cherché à répondre à ce besoin et à renforcer les connaissances du chaulage sur le fonctionnement de l’écosystème prairial. Le développement d’expérimentations au champ (in situ), en conditions semi-contrôlées (mésocosmes) et d’incubations de sol au laboratoire (microcosmes) a permis d’explorer les effets du chaulage sur les différents compartiments de l’écosystème prairial (végétation, microorganismes, sol) ainsi que l’influence de facteurs modulant ces effets. Dans l’ensemble des expérimentations, le chaulage a effectivement augmenté le pH des sols. Toutefois, cette amélioration du statut acido-basique du sol ne s’est pas toujours traduite par une augmentation de la productivité du fourrage ou des biomasses microbiennes et racinaires. Mes travaux ont montré que le chaulage contribue aux émissions de gaz à effet de serre par différentes voies (réémission du carbone apporté sous forme de chaulage et stimulation de la minéralisation) et peut potentiellement réduire les émissions de CO2 à l’échelle de la respiration de l’écosystème. Collectivement mes résultats soulignent l’importance du contexte pédoclimatique sur l’impact du chaulage en prairie permanente, et la difficulté d’extrapoler les effets du chaulage, en particulier sur la production de fourrage et les émissions de gaz à effet de serre, d’une échelle d’étude fine à l’échelle de la parcelle en prairie permanente. L’efficacité du chaulage semble dépendre du type d’amendement et de son dosage et peut également interagir avec d’autres pratiques de gestion telles que la fertilisation azotée et le niveau d’intensité de gestion. / The development of sustainable agriculture requires greater understanding of the impact of management practices on agroecosystem functioning, and on the ecosystem services provided by these agroecosystems. Representing nearly 68% of world's agricultural surfaces and contributing to the livelihoods of more than 800 million people, grasslands are one of the major agroecosystems where optimized agricultural practices are of concern. This PhD focuses on liming, a well-known practice for counteracting soil acidification (due to ongoing natural processes or accelerated by management practices), but which has variable efficiency in permanent grasslands. Indeed, liming effects on grassland are poorly documented and existing studies rarely take into account grassland multifunctionality. My thesis uses an integrated approach to improve the knowledge of liming impacts on grassland functioning. Different types of experiments – in the field (in situ), in semi-controlled conditions (mesocosms) and laboratory soil incubations (microcosms) – were used to study liming effects on different grassland compartments (vegetation, microorganisms, soil) along with possible interacting factors. Liming effectively increased soil pH in all the experiments. However, improving pH status did not always lead to greater forage production or increases in microbial and root biomass. My results showed that liming can enhance greenhouse gas emissions through several pathways (reemission of lime-derived carbon or stimulation of carbon mineralization), but may also reduce CO2 emissions from ecosystem respiration. Collectively, my findings emphasize the importance of pedoclimatic conditions for liming impacts on permanent grasslands and highlight the difficulty of upscaling liming effects, particularly on forage production and greenhouse gas emissions. The efficiency of liming appears to depend on the type and dose of soil improvers and can also interact with other management practices such as nitrogen fertilization and management intensification.