Ecotoxicologie des sols : apports du ver de terre

Ecotoxicologie des sols : apports du ver de terre Yvan Capowiez Laboratoire de Toxicologie Environnementale UMR Ecologie des Invertébr brés INRA/UAPV Avignon

Plan 1. GénéralitG ralités 2. Une étude de cas au laboratoire (effets de l imidaclopride sur le comportement) 3. Une étude de terrain (biosurveillance des milieux, le cas du verger de pommier en Provence)

1A. Généralités (lombriciens) - brefs rappels sur l écologie des vers - les différents types

Généralités s 1 * Annélides oligochètes : corps annelé,, nombre de soies limités * Morphologie : Prostomium (segment 1) (soies) Détermination : - emplacement du clitellum - forme clitellum Segment 15 : pore mâle - forme prostomium - sinon anatomie interne Vue ventrale (segment x)

Généralités s 2 Parmi les premiers animaux a avoir colonisé le milieu terrestre? * Respiration cutanée e de l O 2 dissous -> > nécessitn cessité d avoir l él épiderme humide * Epiderme : Aucun mécanisme m de résistance r aux pertes en eau -> > grande dépendance d vis à vis du milieu (et surtout humidité) (arrêt d activité dès s que les conditions sont négatives) n. estivation (diapause et quiescence) -> > logette * Meilleure résistance r au froid (optimum 12 (optimum 12 C C en zone tempérée sauf vers de surface)

Généralités s 3 Épigés s : Stratégies -> > catégories écologiques (Bouché 1971) - vivent à la surface et se nourrissent de matière organique peu décomposd composée -> > ne creusent pas (ou peu) de galeries - vers de petite taille, très s vifs et de couleurs sombres (contre la prédation), - parthénog nogénétiques (souvent), durée e de vie inférieure à 1 an -> > stratégie «r» Anéciques : - vivent en profondeur et se nourrissent de matière organique peu décomposd composée -> creusent des galeries verticales (terriers( terriers) ) et rejettent des turricules en surface - vers de grande taille, de couleurs sombres sur le dessus (contre e la prédation), - reproduction sexuée, e, peuvent vivre jusqu à 10 ans -> > stratégie «K» Endogés s : - vivent en profondeur et se nourrissent de matières organiques décomposd composées dans le sol -> > creusent des réseaux r anastomosés s et rebouchés,, vont rarement à la surface - vers de taille moyenne, de couleurs vives («( apigmentés»)) : peu de prédation - reproduction sexuée, e, vivent plusieurs années -> > stratégie «K»

Aporrectodea nocturna : - longueur > 10 cm - sombre sur toute la longueur ANÉCIQUE clitellum sombre

Allolobophora icterica : - longueur entre 5 et 10 cm - corps «zebré» blanchâtre ENDOGÉ - tête rose (clair) clitellum orangé

Allolobophora rosea : ENDOGÉ - longueur < 5 cm - tête rose (clair) - corps grisâtre et fin clitellum «turgescent»

Allolobophora caliginosa : Très variable en taille et en couleur (vraisemblablement un complexe d espèces) ENDOGÉ zone blanche clitellum gris - terne - longueur > 5 cm -tête rose - corps «grisâtre» (de gris clair au rouge vineux)

Lumbricus terrestris : ÉPI-ANÉCIQUE - long (>10 cm) et massif clitellum orange -tête rouge - gradient antéro-postérieur (du rouge vers le blanc) queue lancéolée

Lumbricus castaneus : EPIGÉ - petit (< 5 cm) - tête et corps rouge foncés (clitellum orange)

épigés http://www.extension.umn.edu/yardandgarden/yglnews/redworm.html endogés Credit as Amy Stewart anéciques Credit as Amy Stewart Graphics by I. Fabbri, UNESCO

Généralités s 4 * catégories écologiques -> > critères res anatomiques, morphologiques et démographiquesd * Lee and Foster (1991) -> > critères res comportementaux (galeries) = postulats (acceptés s de tous) CONCLUSION - grande valeur «heuristique» - oubli d un d aspect essentiel décrit d dès d s 1971 : ces 3 stratégies définissent d un continuum... - attention à la plasticité comportementale (cas de L. terrestris)

1B. Rôles attribués aux lombriciens Pourquoi s intéresser aux vers de terre?

Intérets des lombriciens en écotoxicologie * Sol = réceptacle r des pesticides * Ubiquistes, «faciles» à déterminer et à dénombrer ECOTOX. * En contact avec la solution du sol (partie «biodisponible») * Aire de dispersion réduiter => Organisme modèle en écotoxicologie (norme européenne) enne) * Rôle central dans l écosyst cosystème du sol * Impliqués s dans la «fertilité biologique» des sols AGRONOMIE

Rôles des VdT 2 Un des premiers a s être s intéress ressé aux vers... Charles Darwin en 1882 livre «Rôle des vers de terre dans la formation de la terre végétalev» - tous les 10 ans, les 10 premiers centimètres tres de la surface de la terre sont passés s dans le tube digestif des vers! - comportement de prise des feuilles à la surface du sol (en fonction de leur forme) - géologie/archéologie : enfouissement des monuments anciens! - défaut : espèce de ver étudié non déterminée...

Rôles des VdT 3 Ver de terre, ingénieur de l écosystème (Lavelle 2001) * Jones et al (1994) -> > définition d des «ecosystem engineers» * plusieurs types (effets sur les ressources, sur les interactions entre espèces ou sur le milieu) * exemple : le castor -> Limites de cette définition? Valeur heuristique? Espèce clef de voûte?

Rôles des VdT 4 «INGÉNIEUR NIEUR DE L ÉCOSYST COSYSTÈME : vision idéale» Racine CO 2 Rejet Eau O 2 ; Mat. Org. eau, O 2 Rejet } création de micro-sites favorables aux micro-organismes organismes * Influence des vers de terre : - physique (transferts) GALERIES et REJETS - chimique (cycles biogéochimiques) ochimiques) ENFOUISSEMENT MAT.ORG. - biologiques (des racines aux micro-organismes) organismes) INTERACTIONS Remarque 1 : principalement vers anéciques et endogés Remarque 2 : échelle spatiale et temporelle

Rôles des VdT 5 Vision «réaliste» (biblio) * Création de galeries -> > infiltration / érosion (mais rebouchage) anécique vs. endogés -> > aération a du sol (volume faible < 5%) -> > voie de pénétration p pour les racines -> «tapissées» de matière organique ou de rejets (vers an microsites favorables («sleeping beauty paradox») * Rejets = «mini fermenteurs» -> «protège» la matière organique -> > stabilité dans le temps (dépend de l âge) l (vers anéciques) * Agrégats gats et compaction -> > effets négatifs n de Pontoscolex en Amazonie

Rôles des VdT 6 Vision «réaliste» (biblio) suite... * Interactions -> > micro-organismes organismes : prédation, symbiose (enzymes), création de micro-sites favorables et transport -> > racines : effet des galeries vs effet des exsudats ; interactions avec les nodosités s (au labo) -> > autres : peu d études mais effet positif sur biomasse et biodiversité * Cycles biogéochimiques ochimiques : matières organiques -> > dans tube digestif : effet mécanique, m biologique et chimique -> > dans les rejets (casts( casts) ) : «external rumen» -> «coprophagie»

Rôles des VdT 7 Vision désenchantd senchantée e... * Ecosystème du sol est complexe (beaucoup d interactions) d La vraie question n est pas le phénomène (effet des vers) existe-t-il? mais plutôt qu elle est la pertinence (agronomique ou non) de cet effet? * Un paramètre important, c est c l activitl activité des vers (et pas seulement leur présence) - creusement de galeries (leur utilisation et leur forme) - enfouissement de la matière organique, production (et localisation) de rejets

1C. Spécificités liées à l écotoxicologie terrestre

POLLUTION DES SOLS * Pollutions en général g moins diffuses - sites industriels ou miniers (PCB, HAP, ETM) - parcelles agricoles (pesticides) - abords d autoroute d ou d aérodromes d (Pb( Pb,, HAP) * Mais il existe une pollution diffuse (atmosphérique) Cas des pesticides : pas seulement la dérive d mais aussi la volatilisation (longtemps sous-estim estimée) e) (notre connaissance évolue avec les progrès s technologiques et l existence l d observatoires d!)

* D un D point de vue physique, le sol est un milieu complexe et non homogène review de Young & Crawford, Numéro spécial de Science «Soils- The final frontier» (2004) * D un D point de vue biologique, la biodiversité de la faune du sol reste une énigme (Lavelle et al. 2001) -> > multiplicité des niches (hypothèse)

CONSEQUENCES (en écotox.) A. Le devenir des polluants dans le sol est plus complexe B. L exposition L des organismes peut être très s variable et dépendre de l habitat l et du mode de vie des organismes

A. Le devenir des polluants * Devenir des polluants dans les sols = f ( -Volatilisation - Adsorption - (Bio)dégradation / Spéciation - Lixiviation ) Molécules organiques * Il existe des modèles (mais qui ne prennent jamais en compte la variabilité spatiale (horizontale)) ETM * Dans les faits, on raisonne avec des paramètres généraux g (K oc et DT 50 ) * Utilisation de molécules marquées -> > coût t et volume représentatif

Une illustration de l importance l du devenir Toxicité du plomb sur Eisenia fetida dans des sols différents rents Lanno (2004) in EES Les «sols artificiels» ne sont pas, non plus, une solution (reproductibilité vs réalisme) r

Habitat et exposition * Tous les organismes ne sont pas exposés s de la même manière - les arthropodes ne vivent pas forcément au contact avec la solution du sol + présence d une d cuticule - les communautés s de m.o. ont également des expositions variées - chez les lombriciens,, l exposition l (et les voies de contamination?) dépend de la catégorie écologique