Yvan Yvan CapowiezCapowiez

Laboratoire de Toxicologie Laboratoire de Toxicologie EnvironnementaleEnvironnementale

EcotoxicologieEcotoxicologie des sols :des sols :apports du ver de terreapports du ver de terre

UMR Ecologie des InvertUMR Ecologie des Invertéébrbréés s

INRA/UAPV AvignonINRA/UAPV Avignon

PlanPlan

1. G1. Géénnééralitralitééss

2. Une 2. Une éétude de cas au laboratoiretude de cas au laboratoire(effets de (effets de ll’’imidacloprideimidaclopride sur le comportement)sur le comportement)

3. Une 3. Une éétude de terraintude de terrain((biosurveillance biosurveillance des milieux, le cas du verger de pommier en des milieux, le cas du verger de pommier en Provence)Provence)

1A. Généralités (lombriciens)

- brefs rappels sur l’écologie des vers

- les différents types

GGéénnééralitralitéés 1s 1

Segment 15 : pore mâleSegment 15 : pore mâle

DDéétermination :termination :

-- emplacement du emplacement du clitellumclitellum

-- forme forme clitellumclitellum

-- sinon anatomie interne sinon anatomie interne ……

-- forme forme prostomiumprostomium

Prostomium Prostomium (segment 1)(segment 1)

(segment x)(segment x)

(soies)(soies)

Vue ventraleVue ventrale

* Ann* Annéélides oligochlides oligochèètes : corps anneltes : corps anneléé, nombre de soies limit, nombre de soies limitééss

* Morphologie :* Morphologie :

GGéénnééralitralitéés 2s 2

* Respiration cutan* Respiration cutanéée de le de l ’’OO22 dissousdissous

--> n> néécessitcessitéé dd ’’avoir lavoir l’é’épiderme humidepiderme humide

* Epiderme : Aucun m* Epiderme : Aucun méécanisme de rcanisme de réésistance aux pertes en eausistance aux pertes en eau

--> grande d> grande déépendance vis pendance vis àà vis du milieu (et surtout humiditvis du milieu (et surtout humiditéé))(arrêt d(arrêt d ’’activitactivitéé ddèès que les conditions sont ns que les conditions sont néégatives)gatives)

Parmi les premiers animaux a avoir colonisParmi les premiers animaux a avoir coloniséé le milieu terrestre ?le milieu terrestre ?

. estivation (diapause et quiescence) . estivation (diapause et quiescence) --> logette> logette

* Meilleure r* Meilleure réésistance au froid sistance au froid …… (optimum 12(optimum 12°°C en zone tempC en zone tempéérrééeesauf vers de surface)sauf vers de surface)

GGéénnééralitralitéés 3s 3 StratStratéégies gies --> cat> catéégories gories éécologiques cologiques (Bouch(Bouchéé 1971)1971)ÉÉpigpigéés :s :-- vivent vivent àà la surface et se nourrissent de matila surface et se nourrissent de matièère organique peu dre organique peu déécomposcomposéée e --> ne > ne

creusent pas (ou peu) de galeriescreusent pas (ou peu) de galeries-- vers de petite taille, trvers de petite taille, trèès vifs et de couleurs sombres (contre la prs vifs et de couleurs sombres (contre la préédation), dation), -- parthparthéénognogéénnéétiques (souvent), durtiques (souvent), duréée de vie infe de vie inféérieure rieure àà 1 an 1 an --> strat> stratéégie gie «« rr »»

AnAnééciques :ciques :-- vivent en profondeur et se nourrissent de mativivent en profondeur et se nourrissent de matièère organique peu dre organique peu déécomposcomposéée e --> >

creusent des galeries verticales (creusent des galeries verticales (terriersterriers) et rejettent des ) et rejettent des turricules turricules en surfaceen surface-- vers de grande taille, de couleurs sombres sur le dessus (contrvers de grande taille, de couleurs sombres sur le dessus (contre la pre la préédation), dation), -- reproduction sexureproduction sexuéée, peuvent vivre jusque, peuvent vivre jusqu ’à’à 10 ans 10 ans --> strat> stratéégie gie «« K K »»

EndogEndogéés :s :-- vivent en profondeur et se nourrissent de mativivent en profondeur et se nourrissent de matièères organiques dres organiques déécomposcomposéées dans le es dans le

sol sol --> creusent des r> creusent des rééseaux anastomosseaux anastomoséés et s et rebouchrebouchééss, vont rarement , vont rarement àà la surfacela surface-- vers de taille moyenne, de couleurs vives (vers de taille moyenne, de couleurs vives («« apigmentapigmentééss »») : peu de pr) : peu de préédationdation-- reproduction sexureproduction sexuéée, vivent plusieurs anne, vivent plusieurs annéées es --> strat> stratéégie gie «« K K »»

Aporrectodea nocturna :- longueur > 10 cm

- sombre sur toute la longueur

clitellumsombre

ANANÉÉCIQUECIQUE

Allolobophora icterica :- longueur entre 5 et 10 cm

- corps « zebré » blanchâtre

clitellumorangé

ENDOGENDOGÉÉ

- tête rose (clair)

Allolobophora rosea :

- longueur < 5 cm

- corps grisâtre et fin clitellum« turgescent »

ENDOGENDOGÉÉ

- tête rose (clair)

Allolobophora caliginosa :

- longueur > 5 cm

- corps « grisâtre »(de gris clair au rouge vineux)

clitellumgris - terne

ENDOGENDOGÉÉ

- tête rose

Très variable en taille et en couleur (vraisemblablement un complexe d’espèces)

zone blanche

Lumbricus terrestris : ÉÉPIPI--ANANÉÉCIQUECIQUE

clitellumorange

queuelancéolée

- long (>10 cm) et massif

- tête rouge

- gradient antéro-postérieur (du rouge vers le blanc)

Lumbricus castaneus :

- petit (< 5 cm)

(clitellumorange)

EPIGEPIGÉÉ

- tête et corpsrouge foncés

Credit as © Amy Stewart

Credit as © Amy Stewart

http://www.extension.umn.edu/yardandgarden/YGLNews/redworm.html

Graphics by I. Fabbri, UNESCO

anéciques

endogés

épigés

GGéénnééralitralitéés 4s 4

* cat* catéégories gories éécologiques cologiques --> crit> critèères anatomiques, morphologiques res anatomiques, morphologiques et det déémographiquesmographiques

* Lee * Lee and and Foster (1991) Foster (1991) --> crit> critèères comportementaux (galeries) =res comportementaux (galeries) =postulatspostulats (accept(acceptéés de tous)s de tous)

CONCLUSIONCONCLUSION

-- grande valeur grande valeur «« heuristiqueheuristique »»

-- oubli doubli d’’un aspect essentiel dun aspect essentiel déécrit dcrit dèès 1971 :s 1971 :ces 3 stratces 3 stratéégies dgies dééfinissent un continuum ...finissent un continuum ...

-- attention attention àà la plasticitla plasticitéé comportementale (cas de comportementale (cas de L.L. terrestristerrestris))

1B. Rôles attribués aux lombriciens

Pourquoi s’intéresser aux vers de terre ?

IntIntéérets rets des des lombricienslombriciens enen éécotoxicologiecotoxicologie

* Rôle central dans l* Rôle central dans l ’é’écosystcosystèème du solme du sol

* Impliqu* Impliquéés dans la s dans la «« fertilitfertilitéé biologiquebiologique »» des solsdes sols

* Ubiquistes, * Ubiquistes, «« facilesfaciles »» àà ddééterminer et terminer et àà ddéénombrernombrer

* En contact avec la solution du sol (partie * En contact avec la solution du sol (partie «« biodisponiblebiodisponible »»))

* Aire de dispersion r* Aire de dispersion rééduiteduite

* Sol = r* Sol = rééceptacle des pesticidesceptacle des pesticides

AGRONOMIEAGRONOMIE

ECOTOX.ECOTOX.

=> => Organisme modOrganisme modèèle en le en éécotoxicologie cotoxicologie (norme europ(norme europééenne)enne)

Rôles des Rôles des VdT VdT 22

Un des premiers a sUn des premiers a s’’être intêtre intééressresséé aux vers ...aux vers ...

…… Charles Darwin en 1882Charles Darwin en 1882livre livre «« Rôle des vers de terre dans la formation de la terre vRôle des vers de terre dans la formation de la terre vééggéétaletale »»

-- tous les 10 ans, les 10 premiers centimtous les 10 ans, les 10 premiers centimèètres de la surface de la terretres de la surface de la terresont passsont passéés dans le tube digestif des vers !s dans le tube digestif des vers !

-- comportement de prise des feuilles comportement de prise des feuilles àà la surface du solla surface du sol(en fonction de leur forme)(en fonction de leur forme)

-- ggééologie/archologie/archééologie : enfouissement des monuments anciens !ologie : enfouissement des monuments anciens !

- défaut : espèce de ver étudié non déterminée ...

Rôles des Rôles des VdT VdT 33

* Jones et al (1994) * Jones et al (1994) --> d> dééfinition des finition des «« ecosystem engineersecosystem engineers »»

* plusieurs types * plusieurs types (effets sur les ressources, sur les interactions entre esp(effets sur les ressources, sur les interactions entre espèèces ou ces ou sur le milieusur le milieu))

* exemple : le castor* exemple : le castor

Ver de terre, ingénieur de l’écosystème (Lavelle 2001)

-> Limites de cette définition ? Valeur heuristique ? Espèce clef de voûte ?

Rôles des Rôles des VdT VdT 44 «« INGINGÉÉNIEUR DE LNIEUR DE L ’É’ÉCOSYSTCOSYSTÈÈME : vision idME : vision idééaleale »»

* Influence des vers de terre * Influence des vers de terre ::

-- physique (transferts) physique (transferts) GALERIES GALERIES et REJETSet REJETS

CO2Eau

O2 ; Mat. Org.

RejetRejet

RacineRacine

}} crcrééation de microation de micro--sitessitesfavorables favorables

aux microaux micro--organismesorganismes

eau , O2

RejetRejet-- chimique (cycles biogchimique (cycles biogééochimiques)ochimiques)

ENFOUISSEMENT MAT.ORG.ENFOUISSEMENT MAT.ORG.

-- biologiques (des racines aux biologiques (des racines aux micromicro--organismes) organismes)

INTERACTIONSINTERACTIONS

Remarque 1Remarque 1 : principalement : principalement vers anvers anééciques et endogciques et endogééss

Remarque 2Remarque 2 : : ééchellechellespatiale et temporellespatiale et temporelle

Rôles des Rôles des VdT VdT 55

* * CrCrééation de galeriesation de galeries --> infiltration / > infiltration / éérosion (mais rebouchage)rosion (mais rebouchage)ananéécique vs. endogcique vs. endogééss

--> a> aéération du sol (volume faible < 5%)ration du sol (volume faible < 5%)

--> voie de p> voie de péénnéétration pour les racinestration pour les racines

--> > «« tapisstapissééeses »» de matide matièère organique ou de rejets re organique ou de rejets (vers an(vers anééciques)ciques)microsites favorables microsites favorables ((«« sleeping beautysleeping beauty paradoxparadox »»))

Vision Vision «« rrééalistealiste »» (biblio)(biblio)

* * Rejets = Rejets = «« mini fermenteursmini fermenteurs »»

--> > «« protprotèègege »» la matila matièère organiquere organique

--> stabilit> stabilitéé dans le temps (ddans le temps (déépend de lpend de l’’âge)âge)

* * AgrAgréégats et compaction gats et compaction --> effets n> effets néégatifs de gatifs de PontoscolexPontoscolex en Amazonieen Amazonie

Rôles des Rôles des VdT VdT 66

* * InteractionsInteractions

Vision Vision «« rrééalistealiste »» (biblio) suite ...(biblio) suite ...

--> micro> micro--organismes : prorganismes : préédation, symbiose (enzymes), crdation, symbiose (enzymes), crééation de ation de micromicro--sites favorables et transportsites favorables et transport

--> racines : effet des galeries vs effet des exsudats ; interacti> racines : effet des galeries vs effet des exsudats ; interactions avec ons avec les nodositles nodositéés (au labo)s (au labo)

--> autres : peu d> autres : peu d ’é’études mais effet positif sur biomasse et biodiversittudes mais effet positif sur biomasse et biodiversitéé

* * Cycles biogCycles biogééochimiques : matiochimiques : matièères organiquesres organiques

--> dans tube digestif : effet m> dans tube digestif : effet méécanique, biologique et chimiquecanique, biologique et chimique

--> dans les rejets (> dans les rejets (castscasts) : ) : «« external external rumenrumen »»

--> > «« coprophagiecoprophagie »»

Rôles des Rôles des VdT VdT 77

* * EcosystEcosystèème du sol est complexe (beaucoup dme du sol est complexe (beaucoup d’’interactions)interactions)

Vision dVision déésenchantsenchantéée ...e ...

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 paramUn paramèètre important, ctre important, c’’est lest l’’activitactivitéé des vers des vers (et pas seulement leur pr(et pas seulement leur préésence)sence)

- 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

* Pollutions en g* Pollutions en géénnééral moins diffusesral moins diffuses

POLLUTION DES SOLSPOLLUTION DES SOLS

-- sites industriels ou miniers (PCB, HAP, ETM)sites industriels ou miniers (PCB, HAP, ETM)

-- parcelles agricoles (pesticides)parcelles agricoles (pesticides)

-- abords dabords d’’autoroute ou dautoroute ou d’’aaéérodromes (rodromes (PbPb, HAP), HAP)

* Mais il existe une pollution diffuse * Mais il existe une pollution diffuse (atmosph(atmosphéérique)rique)

Cas des pesticides : Cas des pesticides : pas seulement la dpas seulement la déérive mais aussi la volatilisation (longtemps sousrive mais aussi la volatilisation (longtemps sous--estimestiméée)e)(notre connaissance (notre connaissance éévolue avec les progrvolue avec les progrèès technologiques et ls technologiques et l’’existence dexistence d’’observatoires !)observatoires !)

* D* D’’un point de vue physique, un point de vue physique, le sol est un milieu complexe le sol est un milieu complexe

et non homoget non homogèène ne ……

reviewreview de Young & de Young & CrawfordCrawford, , NumNumééro spro spéécial de Science cial de Science

«« SoilsSoils-- TheThe final final frontierfrontier »» (2004)(2004)

* D* D’’un point de vue biologique, un point de vue biologique, la biodiversitla biodiversitéé de la faune du solde la faune du sol

reste une reste une éénigme (Lavelle et al. 2001)nigme (Lavelle et al. 2001)

--> multiplicit> multiplicitéé des niches (hypothdes niches (hypothèèse)se)

CONSEQUENCES (en CONSEQUENCES (en éécotoxcotox.).)

A. Le devenir des polluants dans le sol est plus complexeA. Le devenir des polluants dans le sol est plus complexe……

B. LB. L’’exposition des organismes peut être trexposition des organismes peut être trèès variable et s variable et ddéépendre de lpendre de l’’habitat et du mode de vie des organismeshabitat et du mode de vie des organismes

* Devenir des polluants dans les sols = f (* Devenir des polluants dans les sols = f ( --VolatilisationVolatilisation-- Adsorption Adsorption

-- (Bio)d(Bio)déégradation / Spgradation / Spééciationciation-- Lixiviation )Lixiviation )

* Il existe des mod* Il existe des modèèles (mais qui ne prennent jamais en compte les (mais qui ne prennent jamais en compte la variabilitla variabilitéé spatiale (horizontale))spatiale (horizontale))

* Dans les faits, on raisonne avec des param* Dans les faits, on raisonne avec des paramèètres gtres géénnééraux raux ((KKococ et DTet DT5050))

A. Le devenir des polluantsA. Le devenir des polluants

* Utilisation de mol* Utilisation de moléécules marqucules marquéées es --> co> coûût et volume reprt et volume repréésentatifsentatif

Molécules organiques

ETM

Une illustration de lUne illustration de l’’importance du devenirimportance du devenir

ToxicitToxicitéé du plomb sur du plomb sur Eisenia fetidaEisenia fetida dans des sols diffdans des sols difféérentsrents……

Les Les «« sols artificielssols artificiels »» ne sont pas, non plus, une solutionne sont pas, non plus, une solution……(reproductibilit(reproductibilitéé vs rvs rééalisme)alisme)

LannoLanno (2004) in EES(2004) in EES

* Tous les organismes ne sont pas expos* Tous les organismes ne sont pas exposéés de la même manis de la même manièèrere

Habitat et expositionHabitat et exposition

-- les arthropodes ne vivent pas forcles arthropodes ne vivent pas forcéément au contact ment au contact avec la solution du sol + pravec la solution du sol + préésence dsence d’’une cuticuleune cuticule

-- les communautles communautéés de m.o. ont s de m.o. ont éégalement des expositions varigalement des expositions variééeses

-- chez les chez les lombricienslombriciens, l, l’’exposition exposition (et les voies de contamination ?)(et les voies de contamination ?)ddéépend de la catpend de la catéégorie gorie éécologiquecologique