1,721,172 research outputs found
Investigating the response of soil nitrogen cycling to grass invasion
Full text linkpeer reviewedIn heathlands, high mineral N input causes replacement of Calluna vulgaris, the dominant plant, by fast-growing grasses such as Molinia caerulea. The vegetation shift signifies altered litter quality from low- to high-quality litter due to differences in lignin content. Litter quality usually affects decomposition processes, which can, in turn, alter nutrient cycling. Therefore, the change in plant dominance in this ecosystem possibly alters soil carbon and nutrient cycles, and consequently, ecosystem services (e.g. biodiversity conservation, groundwater recharge, …). We hypothesise that, because of its higher litter quality, nutrient turnover becomes faster with grass encroachment. We tested this hypothesis in a field set-up consisting of 14 plots presenting a gradient of increasing grass dominance (from 0% to 100%). We measured nine soil parameters and assessed possible associations between grass dominance and the soil parameters using multivariate analysis and linear mixed models. We found that grass dominance significantly impacted net N mineralisation and the root biomass. Our results showed very low net N mineralisation rates (0.09 ± 0.04 mg N (kg soil)−1 day−1) and relative nitrification rates (1.99 ± 0.62%). At high grass levels, acid phosphatase activity was significantly lower than at lower grass percentages. These results show that grass encroachment has a minimal impact on heathland soil biochemistry at this point. Still, we consider that it may take many years to translate a change in litter quality and dynamics into a change in soil functioning
Nutrient fluxes and soil microbial processes
No full textBecause of previous intense forest use and over exploitation in the past centuries, the plantation of coniferous stands, especially Norway spruce (Picea abies L. KARST.) with high production potentials has been a common European afforestation strategy. However, the characteristics of Norway spruce such as susceptibility to windfall, forest dieback, drought, as well as soil acidification have caused negative ecological impacts in many sites. Conversion of conifers into deciduous or mixed stands has been suggested by some foresters, in order to improve the stability, ecology and biodiversity of forest ecosystems. Such changes in forest management require specific information on the impact of tree species on nutrient cycling, soil properties and microbial activities. In this study, six broadleaved species were growing at the same site with similar condition in terms of soil type, land use history and climate. Thus, the potential effects on biogeochemical cycling could be attributed to tree species.
In this thesis, I focused on the effect of broadleaved species (conversion scenario) contrasting in terms of ecological characteristics (pioneer species versus main forestry species) and physiological characteristics (N2-fixing tree species (alder) versus non N2-fixing species) and Norway spruce (no conversion scenario) on (a) soil chemical properties (b) soil microbial activities and microbial biomass (c) nutrient input fluxes from throughfall and litterfall (d) foliar nutrient status. This investigation was carried out in south-eastern Belgium at a site converted in 1998 to a mixed deciduous stand, after two spruce generations. Plantations of common alder (Alnus glutinosa (L.) GAERTN.), european beech (Fagus sylvatica L.), pedunculate oak (Quercus robur L.), silver birch (Betula pendula ROTH.), goat willow (Salix caprea L.) and rowan (Sorbus aucuparia L.) were located in 4 fenced plots within a 81 ha catchment.
Soil chemical properties (soil organic matter, pH, cation exchange capacity, base saturation, exchangeable cations), soil microbial activities (net N mineralization, potential nitrification, basal respiration) and microbial biomass (microbial biomass C and N) were measured under broadleaves and spruce. Soil chemistry of this highly acid soil was improved, 11 years after conversion, through an increase in base saturation and the exchangeable Mg2+ pool under rowan, as well as an increase in the exchangeable Ca2+ pool under alder, oak and rowan. Exchangeable acidity due to H+ in the forest floor also decreased under broadleaves. Nitrification was increased under the N2 fixing alder and decreased under young spruce. The C:N ratio of cold water-extractable soil organic matter fractions revealed to be a good indicator of potential nitrification rates within this site and across species, with a threshold of a C:N ratio of 10 above which soils did not nitrify.
Throughfall and litterfall under the tree species were investigated by installing 63 throughfall collectors and 63 litter traps within 3 fenced plots (broadleaves) and across the catchment (young spruce). We measured the quantity of litterfall (foliar, twigs, reproductive parts and total), the quality of foliar litterfall (macro and micro-elements and C/N ratio) and calculated the potential nutrient return to the forest floor though foliar litterfall. For throughfall, we analyzed macro and micro-element concentrations and throughfall fluxes. Foliar nutrient status was determined by chemical analyses of fresh leaves and spruce needles of 3 age classes.
The throughfall deposition of Ca2+, Mg2 and K+ was significantly higher under rowan and birch. NO3--N throughfall fluxes were significantly higher under young spruce compared to broadleaves. We observed the lowest total litterfall quantity produced by oak, while the highest litterfall quantity observed under rowan. Foliar litterfall of rowan showed significantly higher potential nutrient fluxes of Ca, Mg and K compared to other species, which corresponds to fresh foliage concentrations. The foliar litterfall was a main source of Ca, while for K throughfall was the main source of nutrient return to the forest floor in the study area. In spruce needles, Ca and Mg concentrations were at deficiency level and K concentrations at critical level, according to threshold values.
Our results demonstrated that the plantation of pioneer species, especially rowan, may enhance the base cations in the forest floor on nutrient poor, acid soils through higher input in litterfall and throughfall
Impacts de l’augmentation de la concentration en CO2 atmosphérique sur la composition de la communauté microbienne en bactéries oxydant l’ammoniac du sol.
No full textRésumé du mémoire de DEA
Il reste, actuellement, peu de doutes quant au fait que le climat à l’échelle de la Terre s’est modifié au XXème siècle. De nombreuses évidences suggèrent que ces changements sont liés aux activités anthropiques qui ont accru la concentration atmosphérique en gaz à effet de serre, notamment celle en dioxyde de carbone. Cette augmentation de la concentration en dioxyde de carbone et les changements climatiques associés entraîneront des réponses complexes des écosystèmes. Bien qu’il soit établi que les microorganismes jouent un rôle clé dans le cycle des éléments nutritifs, les conséquences d’une telle augmentation de la concentration en CO2 pour les microbiota du sol sont inconnues.
Le cycle de l’azote est particulièrement digne d’intérêt car l’azote est, après le carbone, l’élément le plus important pour la vie des plantes. La nitrification est l’étape clé du cycle de l’azote. En effet, elle influence la productivité primaire, peut causer l’acidification des sols et le lessivage de nitrates. De plus la disponibilité de l’azote dans les sols est un élément régulateur de l’immobilisation du carbone de l’écosystème dans la biomasse des plantes ou des microorganismes du sol.
Ce mémoire étudie la composition de la communauté microbienne du sol en bactéries oxydant l’ammoniac (AOB) sous concentration en dioxyde de carbone ambiante ou élevée afin de vérifier si l’augmentation de la concentration en CO2 affecte la communauté de bactéries oxydant l’ammoniac. Ce mémoire s’intègre dans l’étude de l’effet d’une concentration en CO2 élevée sur la nitrification et la dénitrification potentielle (Carnol et al., 2002).
Cette étude a nécessité quelques étapes préalables. En effet, il a été nécessaire de renouveler le stock de clusters contrôle (séquence caractéristique des AOB incluses dans des vecteurs). Ce stock a pu être renouvelé par transformation (électroporation) des cellules d’Escherichia coli. Bien que la migration de ces nouveaux clusters contrôle dans le gradient dénaturant diffère légèrement de celle des clusters de la littérature, nous pouvons affirmer, après séquençage, que ces clusters correspondent à ceux décrits dans la littérature.
Ensuite, nous avons appliqué le protocole PCR employé pour amplifier les clusters contrôle à l’ADN extrait à partir de nos échantillons de sol lyophilisés. Il est apparu que les conditions prévalant pour l’amplification des clusters contrôle n’étaient pas applicables à nos échantillons de sol. En effet, des produits aspécifiques se sont formés et le rendement de la réaction était faible. C’est pourquoi nous avons optimisé la réaction de PCR. Les conditions permettant d’atteindre un bon compromis entre l’efficacité et la spécificité de la réaction pour nos échantillons ( en employant les amorces CTO spécifiques des AOB) sont les suivantes : température d’annealing de 59°C, concentration en amorce de 20 pmoles par réaction. Ces conditions conviennent aussi bien pour l’amplification pour l’amplification de l’ADN contenu dans les échantillons que pour celle des clusters contrôle.
Enfin, nous avons envisagé l’étude de la composition de la communauté microbienne en AOB à partir des échantillons de sols lyophilisés issus de chambres sous concentration en CO2 ambiante ou élevée. Nous avons testé la reproductibilité des techniques employées c’est à dire celle des extractions d’ADN génomique réalisées à partir de nos échantillons et celle de la PCR ; Nous avons, également, étudié la variabilité de la composition de la communauté microbienne en AOB au sein d’une chambre ; Pour finir, nous avons envisagé l’effet possible de l’augmentation de la concentration en CO2 sur la composition de la communauté microbienne en AOB. Il apparaît que, bien que le rendement des extractions génomiques ne soit pas reproductible, cette différence influence peu le pattern de bandes révélées pour la DGGE du point de vue des clusters dominants. De plus, bien que les amplifications d’ADN par PCR à partir des échantillons soient également variables du point de vue de la spécificité et du rendement, cette différence a peu d’impacts sur le pattern de bandes révélées par la DGGE si la PCR permet une amplification suffisante de l’ADN. Cela montre l’importance de l’optimisation de la réaction avant toute nouvelle expérimentation. On a pu constater qu’il n’y a pas de variabilité de la composition de la communauté microbienne en AOB au sein d’une chambre. Cependant, un changement de la composition de la communauté microbienne en AOB a été observé dans les couches de sol exposées trois ans à une teneur en CO2 élevée. Ce changement n’est pas perceptible pour les couches exposées une seule année au traitement. L’exposition longue à une concentration en CO2 supérieure entraîne la disparition des clusters I, II et III.
En conclusion, il a été possible de renouveler notre stock de clusters contrôle. L’ADN cible spécifique des AOB est amplifiable par PCR. Cependant, il apparaît que les protocoles PCR ne sont pas transposables. C’est pourquoi, il est nécessaire d’optimiser la réaction de PCR. Le pattern de bandes DGGE est représentatif de la de la composition de la communauté microbienne en AOB si l’ADN amplifié est en quantité et de qualité suffisantes. Aucune variabilité de la composition de la communauté microbienne en AOB n’a été observée au sein d’une chambre. Une exposition longue à un concentration élevée en dioxyde de carbone, contrairement à une exposition de courte durée, modifie la composition de la communauté microbienne en AOB
Soil Quality and Microbial Responses to Tree Species and Land Terracing in Rwanda
Full text linkSoil conservation measures, including forest plantations and land terracing, have been
implemented worldwide to restore degraded soils and/or counter land degradation
processes. However, these anthropogenic actions may have contrasting effects on soil
quality and ecosystem functioning, depending on climate and biophysical characteristics.
In Rwanda, afforestation and land terracing are the two major land-use forms commonly
implemented, not only for restoring the country’s severely degraded soils, but also as a
means to provide for wood-derived goods and services and to enable the cultivation of its
steep terrains. In this thesis, we assessed the responses of soil quality, through the
measurement of physical, chemical and microbiological indicators, to commonly planted
tree species and agricultural terracing in southern Rwanda.
We investigated the long-term effects on soil quality of 3 eucalyptus, 3 agroforestry, 2
native species and native species mixed in a self-regenerated plot in the Ruhande
arboretum, Rwanda. Potential effects were measured in the upper soil layers at 0-5 cm
and 5-10 cm depth. Our results indicate that significantly higher values and more
pronounced effects of tree species on most soil properties and microbial processes were
restrained in the upper 0–5 cm layer, highlighting the importance of this thin layer for soil
quality and ecosystem functioning under these forest plantations. Planting native tree
species (i.e., Entandrophragma excelsum and Polyscias fulva) improved soil quality via
alleviation of soil acidity, increasing concentrations of exchangeable base cations, and
promoting higher microbial biomass and activity. Eucalyptus species acidified the soil, but
also significantly increased soil organic matter contents and did not adversely affect
microbial biomass and activity. For example, results showed a significant increase in
microbial biomass under Eucalyptus grandis and increased N mineralization under
Eucalyptus maidenii, despite reports on detrimental effects of eucalyptus species on
growth and activity of soil microorganisms, due to their soil acidifying effects and
secretion of allelopathic compounds. This study therefore suggests that we cannot
generalize the effects of planting Eucalyptus on soil quality in general and, in particular,
on soil microbial biomass and activity.
Labile fractions of soil organic matter, particularly those extracted with hot water, were
the main drivers of differences in soil microbial activity between tree species, indicating
that they would better indicate tree-induced changes in substrate availability and soil quality than total soil organic matter. Further, results suggest that combining analysis of
these labile C and N fractions with that soil microbial biomass and activity would give an
early indication of management-induced changes in soil conditions.
This study also evaluated the effects of planted tree species on the abundance of
ammonia-oxidizing archaea (AOA) and bacteria (AOB), as well as their contribution to the
rates of soil nitrification, which are important indicators of N cycling in terrestrial
ecosystems. Abundance of the amoA gene (ammonia monooxygenase–subunit A) of AOA
and AOB and their activity demonstrated the numerical and functional dominance of AOA
over AOB in terms of amoA gene copies and potential soil nitrification rates across tree
species. These results are consistent with reports indicating higher abundance and
activity of AOA under low pH and limited substrate availability. Soil pH and labile nitrogen
were found to influence the differences in abundance and activity of nitrifiers between
tree species. Generally, Polyscias fulva, Eucalyptus grandis, Grevillea robusta, and Cedrela
serrata showed highest potential nitrification rates both by AOA and AOB.
The influence of land terracing was investigated in three paired terraced – unterraced
agricultural plots. Land terracing did not affect most soil physico-chemical properties,
which were mostly influenced by hillslope position both in terraced and unterraced fields.
The results from this study contradict our hypothesis about the effects of land terracing
on decline of total SOM and associated soil properties. The reduction of SOM was expected
following the construction of terraces which disrupts soil structure through excavation,
leading to vertical soil redistribution and thus oxidation of SOM once stored in deeper soil
layers. The results, however, supported our hypothesis in which soil quality increases in
lower hillslope position as a result of long-term erosional movement and sedimentation
of fertile topsoil downwards. Despite the increase in labile C and N fractions as well as soil
microbial parameters, especially downslope of terraced land, the overall results did not
allow us to draw an explicit conclusion on soil quality restoration by land terracing in the
studied sites
La nitrification dans le cadre du traitement des eaux usées: production de nitrites, préservation des nitrifiants et effet d'un support
No full textLe monde actuel est confronté à de nombreux problèmes environnementaux résultant des activités anthropiques. Parmi ceux-ci se pose le problème de la pollution de l’eau. Veiller au maintien de la qualité de l’eau devient une nécessité pour les sociétés humaines. Ce mémoire s’inscrit dans le cadre du traitement des eaux usées. Nous avons étudié le processus de nitrification, qui associé à la dénitrification, permet de diminuer l’impact de la pollution par l’azote. Ce mémoire s’inscrit dans le cadre d’un projet de la région wallonne qui étudie l’élimination de la charge azotée des eaux usées d’origine agricole par dans une première phase, le développement d’un procédé biotechnologique permettant de produire préférentiellement des nitrites ; pour ensuite, éliminer ceux-ci par dénitrification.
La nitrification peut être définie comme étant la transformation biologique de composés organiques et inorganiques (NH4+) d’une forme réduite en forme plus oxydée (NO2-, NO3-). Ce processus peut être le fait d’organismes autotrophes et hétérotrophes. La présence de nitrate dans les cours d’eau peut provoquer l’eutrophisation de ces systèmes aquatiques entraînant des conditions anoxiques et la diminution de la diversité.
Ce mémoire est composé de trois chapitres traitant chacun un aspect de la nitrification dans le traitement des eaux usées. Le premier chapitre tente de déterminer les conditions du milieu favorisant les bactéries responsables de la nitritation. Pour cela, des systèmes d’étude en continu sont mis en place. Lors de cette expérience, il est apparu nécessaire de toujours disposer d’inocula stables. C’est pourquoi, dans le second chapitre, nous avons testé différentes méthodes de préservation des populations bactériennes. Le dernier chapitre de ce mémoire étudie l’effet de différents supports sur la nitrification.
Dans le premier volet de ce mémoire, les systèmes de culture en continu ont permis d’établir les conditions du milieu favorables à la production de nitrites. Ces conditions sont les suivantes : Concentration en N-NH4+ de 300 mg N/l, pH de 8.2 ± 0.2, température de 30°C et concentration en oxygène dissous inférieure à 2mg/l. Les paramètres les plus importants pour favoriser les populations bactériennes oxydant l’ammonium sont le pH et la teneur en oxygène dissous. Nous avons mis en évidence que les fluctuations de pH sont néfastes pour le maintien de la nitritation. Les teneurs en oxygènes dissous faibles (inférieures à 2mg/l) stimulent les bactéries oxydant l’ammonium mais n’affectent pas celles qui oxydent les nitrites.
Le second volet de ce mémoire étudie les méthodes de préservation de la population nitrifiante afin d’envisager la méthode de stockage adéquate permettant à ces populations de maintenir leur activité nitrifiante. Les différentes méthodes de conservation envisagées sont les suivantes : conservation à court terme à 4°C, conservation à plus long terme à -20°C, -80°C ou par lyophilisation, en présence ou en absence de cryoprotecteurs (DMSO et glycérol). Il apparaît que les traitements employés ont des effets significatifs sur les taux de production de nitrites plus nitrates (p<0.05). La lyophilisation ne semble pas être une technique adéquate pour la préservation des nitrifiants. L’emploi de DMSO comme cryoprotecteur semble plus adéquat que l’emploi de glycérol. La conservation à court terme à 4°C semble appropriée aux nitrifiants. A plus long terme, la conservation à -80°C en présence de DMSO semble la plus adéquate aux populations de bactéries nitrifiantes.
Le dernier volet de ce mémoire envisage l’effet d’un support sur la nitrification. Notre hypothèse de départ était que la présence d’un support favorise la nitrification. Dans le sol, les bactéries se lient fortement aux argiles. Nous avons utilisé quatre argiles comme support dans cette expérience. Nous avons employé, également des cubes de mousses de polyuréthane (grande surface pour que les bactéries se fixent) et de la craie (tamponner le milieu). Les traitements envisagés n’ont aucun effet significatif sur la production de nitrites plus nitrates (p> 0.05). Notre hypothèse de départ a été infirmée. Cependant, aucune inhibition due à la présence du support sur la nitrification n’est observée.
En conclusion, nous pouvons dire qu’il est possible en ajustant le pH et la teneur en oxygène dissous de favoriser les populations de bactéries oxydant l’ammoniac et donc la production de nitrites.
Les conservations à court et à long terme de populations nitrifiantes sont envisageables.
La présence de support a maintenu la nitrification à un taux identique à celui observé pour des populations témoins sans support. Malgré leurs propriétés respectives, aucun support testé n’a favorisé la nitrification
Biogeochemistry and microbial ecology in terrestrial ecosystems. Research at the laboratory of Plant and Microbial Ecology
No full textPortfolio professionnel: Concordance entre objectifs, méthodes actives et évaluation: impact sur les approches de l'apprentissage des étudiants
Full text linkProjet: Enseigner pour faire apprendre: Triple concordance et méthodes actives dans un cours de microbiologie de l'environnement
L'objectif de ce projet était d'augmenter l'efficacité de mon enseignement dans un cours de 'Introduction à la microbiologie environnementale' en améliorant l'apprentissage des étudiants. Afin d'atteindre ce but, j'ai transformé un cours, basé uniquement sur des exposés ex-cathedra, en un cours plus centré sur l'activité des étudiants. La nouvelle version du cours comprend des situations d'enseignement variées: exposés dits 'actifs' et trois modules thématiques, chacun ancré par une étude de cas (travail individuel, en groupe et coopératif). Afin de respecter la triple concordance, l'évaluation a été adaptée. Un support informatique (plateforme WebCT) fournit l'opportunité de discussions, de consultation de documents et d'effectuer des tests d'autoévaluation.
Recherche: Quel impact des méthodes actives et de la triple concordance sur les approches de l'apprentissage des étudiants?
L'objectif de cette recherche est de mesurer l'impact de différentes situations d'apprentissage (exposés dits 'actifs' et 3 études de cas) d'un cours où objectifs, méthodes et évaluation sont concordants, sur la perception des étudiants de cet apprentissage actif, l'impact sur les approches de l'apprentissage et les relations entre ces indicateurs. Les résultats indiquent qu'un enseignement devrait comprendre des situations d'apprentissage variées, afin de répondre à la diversité des styles d'apprentissage des étudiants. Une prise en compte des différences individuelles entre les étudiants dans le cadre d'approches multivariées permettrait d'investiguer les relations entre les variables et de dégager des stratégies d'enseignement visant à favoriser l'approche en profondeur
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
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