Low-input agricultural systems aim at reducing the use of synthetic fertilizers and pesticides in order to improve sustainable production and ecosystem health. Despite the integral role of the soil microbiome in agricultural production, we still have a limited understanding of the complex response of microbial diversity to organic and conventional farming. Here we report on the structural response of the soil microbiome to more than two decades of different agricultural management in a long term field experiment using a high-throughput pyrosequencing approach of bacterial and fungal ribosomal markers. Organic farming increased richness, decreased evenness, reduced dispersion and shifted the structure of the soil microbiota when compared with conventionally managed soils under exclusively mineral fertilization. This effect was largely attributed to the use and quality of organic fertilizers, as differences became smaller when conventionally managed soils under an integrated fertilization scheme were examined. The impact of the plant protection regime, characterized by moderate and targeted application of pesticides, was of subordinate importance. Systems not receiving manure harboured a dispersed and functionally versatile community characterized by presumably oligotrophic organisms adapted to nutrient-limited environments. Systems receiving organic fertilizer were characterized by specific microbial guilds known to be involved in degradation of complex organic compounds such as manure and compost. The throughput and resolution of the sequencing approach permitted to detect specific structural shifts at the level of individual microbial taxa that harbours a novel potential for managing the soil environment by means of promoting beneficial and suppressing detrimental organisms.
Titre de l'article
Une diversité microbienne du sol différente sur le long terme entre l’agriculture biologique et l’agriculture conventionnelle
Une diversité microbienne du sol différente sur le long terme entre l’agriculture biologique et l’agriculture conventionnelle
Introduction à l'article
Comme beaucoup d’autres études, celle-ci décrit les effets négatifs de l’intensification de l’agriculture conventionnelle qui en fait une des menaces majeures pour la biodiversité. L’agriculture biologique est aussi proposée comme alternative tout en prenant en compte qu’elle fait débat. Ce que cet article met également en avant est l’importance du sol en agriculture. En effet, le rôle du sol et de son microbiome est très important car il est impliqué dans le cycle des nutriments, la régulation de l’eau et la transformation de la matière organique. Tous ces facteurs sont indispensables pour avoir une production durable. L’influence de l’agriculture biologique sur le sol est de nos jours mal connu, surtout à cause du manque d’articles prenant en compte le facteur temps. Cet article se démarque des autres car il apporte des résultats sur la diversité microbienne du sol entre les 2 types d’agriculture sur le long terme, grâce à un système unique, le DOK, qui est en place depuis 1978.
Comme beaucoup d’autres études, celle-ci décrit les effets négatifs de l’intensification de l’agriculture conventionnelle qui en fait une des menaces majeures pour la biodiversité. L’agriculture biologique est aussi proposée comme alternative tout en prenant en compte qu’elle fait débat. Ce que cet article met également en avant est l’importance du sol en agriculture. En effet, le rôle du sol et de son microbiome est très important car il est impliqué dans le cycle des nutriments, la régulation de l’eau et la transformation de la matière organique. Tous ces facteurs sont indispensables pour avoir une production durable. L’influence de l’agriculture biologique sur le sol est de nos jours mal connu, surtout à cause du manque d’articles prenant en compte le facteur temps. Cet article se démarque des autres car il apporte des résultats sur la diversité microbienne du sol entre les 2 types d’agriculture sur le long terme, grâce à un système unique, le DOK, qui est en place depuis 1978.
Expériences de l'article
La mise en place du DOK a été réalisée pour mesurer de façon rigoureuse l’impact des différents types d’agriculture sur le sol et sur sa diversité microbienne. Cette expérience comprend 2 approches d’agriculture conventionnelle (CONFYM et CONMIN) et 3 approches d’agriculture biologique (NOFERT, BIODYN et BIOORG). CONFYM est soumis à des engrais à la fois biologiques et chimiques alors que CONMIN ne reçoit que des intrants chimiques. Les 3 systèmes biologiques n’utilisent aucun produits chimiques mais se distinguent par leur mode de fertilisation : NORFERT ne reçoit aucun fertilisants, BIOORG reçoit du fumier décomposé (aussi appelé pourri) et BIODYN reçoit du fumier composté. Ces deux derniers systèmes sont donc traités avec des engrais biologiques (FYM), tout comme une partie de CONFYM. Le pyroséquençage (ARNr 16S + ITS2) ainsi que des statistiques ont été utilisés pour déterminer la diversité microbienne du sol. Les propriétés chimiques du sol ont aussi été mesurées.
La mise en place du DOK a été réalisée pour mesurer de façon rigoureuse l’impact des différents types d’agriculture sur le sol et sur sa diversité microbienne. Cette expérience comprend 2 approches d’agriculture conventionnelle (CONFYM et CONMIN) et 3 approches d’agriculture biologique (NOFERT, BIODYN et BIOORG). CONFYM est soumis à des engrais à la fois biologiques et chimiques alors que CONMIN ne reçoit que des intrants chimiques. Les 3 systèmes biologiques n’utilisent aucun produits chimiques mais se distinguent par leur mode de fertilisation : NORFERT ne reçoit aucun fertilisants, BIOORG reçoit du fumier décomposé (aussi appelé pourri) et BIODYN reçoit du fumier composté. Ces deux derniers systèmes sont donc traités avec des engrais biologiques (FYM), tout comme une partie de CONFYM. Le pyroséquençage (ARNr 16S + ITS2) ainsi que des statistiques ont été utilisés pour déterminer la diversité microbienne du sol. Les propriétés chimiques du sol ont aussi été mesurées.
Résultats de l'article
D’abord, les auteurs ont mis en évidence un fort effet du type de culture sur la diversité bactérienne et fongique du sol. De plus, des variabilités temporelles et spatiales ont été observées, montrant l’importance du facteur temps. Pour les 5 types de systèmes agricoles, des clusters différents ont été notés pour chacun, ce qui prouve l’influence de la gestion des cultures sur la diversité microbienne. Il y a une séparation des communautés en fonction du facteur agriculture biologique ou conventionnelle mais aussi en fonction du facteur engrais biologique ou engrais non biologique (voir figures 1 et 4). Cette étude montre aussi une augmentation de la richesse et une diminution de l’uniformité des communautés microbiennes dans les sols où il y a FYM (tendance inverse chez CONMIN). En outre, le pH, le carbone organique (fort prédicteur pour déterminer la diversité bactérienne) et l’azote total (diversité fongique) sont plus élevés chez BIODYN et similaires chez CONMIN, CONFYM et BIOORG.
D’abord, les auteurs ont mis en évidence un fort effet du type de culture sur la diversité bactérienne et fongique du sol. De plus, des variabilités temporelles et spatiales ont été observées, montrant l’importance du facteur temps. Pour les 5 types de systèmes agricoles, des clusters différents ont été notés pour chacun, ce qui prouve l’influence de la gestion des cultures sur la diversité microbienne. Il y a une séparation des communautés en fonction du facteur agriculture biologique ou conventionnelle mais aussi en fonction du facteur engrais biologique ou engrais non biologique (voir figures 1 et 4). Cette étude montre aussi une augmentation de la richesse et une diminution de l’uniformité des communautés microbiennes dans les sols où il y a FYM (tendance inverse chez CONMIN). En outre, le pH, le carbone organique (fort prédicteur pour déterminer la diversité bactérienne) et l’azote total (diversité fongique) sont plus élevés chez BIODYN et similaires chez CONMIN, CONFYM et BIOORG.
Rigueur de l'article
Cette publication est très rigoureuse puisqu’elle a étudié les effets sur le long terme de l’agriculture biologique et conventionnelle, ce qui est rare dans les autres articles. De plus, le pyroséquençage reste une méthode fiable bien qu’elle soit de plus en plus détrônée par d’autres méthodes (Illumina, Biopac…) et le nombre conséquent d’études statistiques dans cet article prouve la fiabilité de leurs résultats.
Cette publication est très rigoureuse puisqu’elle a étudié les effets sur le long terme de l’agriculture biologique et conventionnelle, ce qui est rare dans les autres articles. De plus, le pyroséquençage reste une méthode fiable bien qu’elle soit de plus en plus détrônée par d’autres méthodes (Illumina, Biopac…) et le nombre conséquent d’études statistiques dans cet article prouve la fiabilité de leurs résultats.
Ce que cet article apporte au débat
L’application et la qualité des engrais semblent être les facteurs majeurs qui déterminent la diversité microbienne du sol sur le long terme. Les engrais modifient la composition, augmente la richesse et diminue l’uniformité du microbiote du sol. De plus, les 5 systèmes d’agricultures observés montrent chacun des communautés bactériennes et fongiques différentes. Néanmoins, il est difficile de donner une conclusion tranchée de l’effet de l’agriculture biologique ou conventionnelle sur la diversité microbienne car la conclusion dépend fortement de la méthode utilisée. Les auteurs ne peuvent qu’émettre des hypothèses sur le rôle écologique des taxons détectés. Il est donc nécessaire de faire davantage d’étude sur les gènes fonctionnels. Pour finir, cette publication a aussi montré que des stratégies de gestion spécifiques peuvent sélectionner des organismes bénéfiques ou pathogènes, donnant ainsi une potentielle solution contre les ravageurs et les maladies en agriculture biologique.
L’application et la qualité des engrais semblent être les facteurs majeurs qui déterminent la diversité microbienne du sol sur le long terme. Les engrais modifient la composition, augmente la richesse et diminue l’uniformité du microbiote du sol. De plus, les 5 systèmes d’agricultures observés montrent chacun des communautés bactériennes et fongiques différentes. Néanmoins, il est difficile de donner une conclusion tranchée de l’effet de l’agriculture biologique ou conventionnelle sur la diversité microbienne car la conclusion dépend fortement de la méthode utilisée. Les auteurs ne peuvent qu’émettre des hypothèses sur le rôle écologique des taxons détectés. Il est donc nécessaire de faire davantage d’étude sur les gènes fonctionnels. Pour finir, cette publication a aussi montré que des stratégies de gestion spécifiques peuvent sélectionner des organismes bénéfiques ou pathogènes, donnant ainsi une potentielle solution contre les ravageurs et les maladies en agriculture biologique.
Remarques sur l'article
Cet article est un très bon indicateur de l'effet de l'agriculture biologique sur la biodiversité mais pas sur les autres facteurs (productivité, environnement).
Cet article est un très bon indicateur de l'effet de l'agriculture biologique sur la biodiversité mais pas sur les autres facteurs (productivité, environnement).
Figure
Figure 4, Hartmann et al., 2015.
Figure montrant la distribution des communautés microbinnes des 5 systèmes d'agriculture en fonction de type d'agriculture (biologique ou conventionnelle) et du type d'engrais (biologique ou non chimique/rien).
Figure 4, Hartmann et al., 2015.
Figure montrant la distribution des communautés microbinnes des 5 systèmes d'agriculture en fonction de type d'agriculture (biologique ou conventionnelle) et du type d'engrais (biologique ou non chimique/rien).
Dernière modification il y a plus de 10 ans.