Carbon, nitrogen and microbial gradients induced by plant residues decomposing in soil
Authors: Gaillard V. , Chenu C. , Recous S. , Richard G. 
Published: March 2003

SummaryUnderstanding the role of the soil matrix in the decomposition of soil organic matter requires an assessment of how the soil matrix controls the availability of substrate to microorganisms. We aimed to identify the sites of microbial assimilation of a decomposing substrate the initial location of which in the soil matrix was known. We incubated wheat straw doubly labelled with 13C and 15N as a single layer in the middle of a core of soil and we separated, after different times of incubation, soil layers situated at different distances from the straw. We analysed them for their 13C and 15N contents and dehydrogenase activity. The presence of the straw induced steep gradients of dehydrogenase activity in the core; the activity increased at the contact with the straw and decreased to reach the reference value between 3 and 4 mm from the straw. This stimulated microbial activity was linked with an incorporation of 13C derived from the straw in the core to approximately 4 mm from it. Nearly half of this 13C was present in the microbial biomass. Low temperature scanning electron microscopy showed that the microbial biomass was largest near the straw. The straw induced strong spatial heterogeneity of microbial activity at the millimetric scale, presumably because of diffusion of soluble compounds from the straw. This heterogeneity allowed us to identify the sites of microbial assimilation as being the soil nearest to the straw.Gradients de carbone, d’azote et gradients microbiens induits par la décomposition de résidus végétaux dans le solRésuméPour comprendre le rôle de la matrice solide du sol sur la biodégradation des matières organiques il apparaît nécessaire d’étudier comment cette matrice contrôle l’accessibilité des substrats aux microorganismes. L’objectif de ce travail était de localiser les sites d’assimilation microbienne d’un substrat de localisation initiale connue. Pour cela, nous avons incubé de la paille de blé marquée 13C et 15N en couche médiane dans une éprouvette de sol, puis séparé, après différentes durées d’incubation, des tranches de sols situées à des distances croissantes du substrat, et nous avons mesuré leur teneur en 13C, 15N et leur activité déshydrogénase. La présence de paille a induit de forts gradients d’activité déshydrogénase, maximale au contact de la paille et décroissant ensuite pour atteindre la valeur de référence entre 3 et 4 mm du lit de paille. Cette stimulation de l’activité microbienne a été expliquée par l’incorporation dans l’éprouvette de sol, de 13C provenant de la paille, dont la moitié environ était présent dans la biomasse microbienne. Des observations en microscopie électronique à balayage à basse température ont montré de très forts développements microbiens au contact de la paille. La présence localisée d’un substrat organique de type paille a donc induit une forte hétérogénéité spatiale de l’activité microbienne, à des échelles millimétriques, vraissemblablement due à la diffusion de composés organiques solubles de la paille, dans le sol. On localise ainsi les sites d’assimilation microbienne du substrat dans le sol situéà une distance de moins de 4 mm de la paille.