vendredi 25 décembre 2015

63- The soil -2- Roots

THE SOIL – ROOTS

A few weeks ago, National Geographic published a nice article "Digging deep Reveals the intricate world of roots", written by Becky Harlan.
The studies she speaks about concern herbaceous perennials, and have both a scientific objective, studying roots development and their exploration of the soil by Dr. Jerry Glover of the Land Institute in Salina, Kansas, and an artistic and didactic purpose demonstration by photographer Jim Richardson.

Dr. Jerry Glover washing roots with a soft water jet, no to break any root (photo Jim Richardson)

I recommend the reading of this article, if only to admire all the amazing photos of whole root systems. The hidden part of plants is really spectacular.

Note, however, that these photos are not really representative of the natural architecture of the roots. In fact, both for the purposes of the study and for the purposes of the photographer, plants were grown in large PVC tubes as a vase, without particular difficulty or competition. Obtained root systems are a kind of ideal potential, quite usable by both the scientist and the artist. In nature, the difficulties (heterogeneity of soil, pests, climate problems, various attacks, competition with other plants) would have given root systems probably very different. What doesn't remove absolutely nothing from their beauty and usefulness.


It is very interesting to observe that finally, the plant looks like an iceberg, the largest part is not seen.
Roots are prospecting the soil for feeding the plant, and are able to descend to unsuspected depths, if the soil permits.
Photo from the article of National Geographic

The deepest known roots are those of a wild fig in the Transvaal, South Africa, down to 120 meters deep, and those of an English elm 110 meters. One winter rye plant can produce 623 km of tiny roots. The most extensive root system known to date is that of a trembling aspen of Canada, which covers 43 hectares, and weighs 6000 tons. In other words, this tree is at the center of an area occupied by its own roots of about 750 meters in diameter!!! (Source of this information: http://www.lesarbres.fr/records.php )

The roots world is unsuspected and fundamentally important.

Because roots have diverse, numerous and fundamental roles in soil life and ecosystems in general.
Some of these roles are well known, others less so.
- Anchoring plants. This allows them to withstand wind, rain, erosion.
- Feeding plants. This is from the roots the plants collect most of the water and nutrients they need.
- Body of survival. Many plants (not all though), are able to recreate their aerial part from their root system, following a fire, frost or certain external attacks.
- Soil Stabilizer. The presence of very dense root lattices can stabilize the soil and reduce or prevent erosion. Deforestation often results in desertification by disappearance of the most fertile and stable part of the soil.
- Structuring soil. Root prospecting products galleries which, when the root dies and disappears serves to aerate the soil, for movement of water, for movement of soil microorganisms. This role allows, for example, improve biodiversity and carbon storage.

The life of a root in the soil is far from a cakewalk. It will undergo all kinds of aggressions, due to climate (frost, floods and asphyxia, drought and breaks by soil cracking) due to rodents, disease, insects, and nematodes. Whenever a root will be amputated, the plant will fight by producing another. Its survival involves the permanent regeneration.

Roots do not all have the same role in the soil. One can distinguish in particular
- Superficial roots often extremely fine and numerous, closely connected to the aerial part of the plant, responsible for absorbing nutrients released by the mineralization of organic matter, which is generally produced in the first 40 centimeters of the soil,
- Deep roots, connected to large roots that descend to great depths of the soil, loaded particularly with water supply they will look as deeply as necessary.

Agronomy has traditionally widely studied the mode of penetration of nutrients from the soil solution within the absorbent hairs, these billions of tiny roots which play a major role in the life of the plant. So we know relatively well the root relationship with its mineral environment.

What we know by cons very wrong is the relationship of the root with its biological environment. I spoke recently about the relationship between nitrogen-fixing plants and rhizobia in mutual benefit. I will tell you one day about mycorrhizae, these microscopic soil fungi that live in symbiosis with plants, using the benefits of photosynthesis, in exchange for a transformation of soil phosphorus that the plant is struggling to absorb alone.
There are very many other microorganisms in the soil, whose interactions with plants are not known. They nevertheless play an unknown but probably very important role, both in the life of soils and plant life.

This is very good news, to learn that several American scientific teams will receive significant funds for research on these relationships, working on switchgrass (Panicum virgatum). http://www.ardmoreite.com/article/20151213/NEWS/151219821

This perennial grass, native to North America, long considered weed, largely eliminated to make way for maize and wheat, and with a very strong root system, represents an interesting potential crop for the future. It is a large consumer of carbon, and a plant whose potential is biomass and animal feed, with the ability to grow on marginal land. Its very great development provides significant volumes of crop with few resources.
It falls into the category of perennial grains that could find a new place in the agriculture of the future, consuming less water resources, nutrition and fertile land.

In short, in years, we'll know a little more about these interactions. These findings certainly deeply influence agriculture in its management of soils, water resources and plant nutrition.


MERRY CHRISTMAS!
Picture from  Michael Halbert

63- Le sol -2- Les racines

LE SOL - LES RACINES

La revue National Geographic a publié, il y a quelques semaines, un joli article intitulé «Digging deep reveals the intricate world of roots» (Creuser profondément révèle le monde complexe des racines), écrit par Becky Harlan.
Les travaux dont elle parle concernent des plantes vivaces herbacées, et ont à la fois un objectif scientifique d'étude du développement des racines et de leur prospection du sol par le Dr Jerry Glover du Land Institute in Salina, Kansas, et un but artistique et didactique de démonstration par le photographe Jim Richardson.

Le Dr. Jerry Glover lave les racines avec un jet d'eau faible pour n'abimer aucune racine (Photo Jim Richardson)

Je vous conseille la lecture de cet article, en anglais, même si vous ne maitrisez pas bien la langue, ne serait-ce que pour admirer toutes les incroyables les photos de systèmes racinaires entiers. La partie cachée des plantes est vraiment très spectaculaire.

Notez tout de même que ces photos ne sont pas réellement représentatives de l’architecture naturelle des racines. En effet, à la fois pour les besoins de l’étude et pour les besoins du photographe, les plantes se sont développées dans des grands tubes de PVC en guise de pots, sans concurrence ni difficulté particulière. Les systèmes racinaires obtenus sont une sorte de potentiel idéal, tout à fait utilisable par le scientifique et l’artiste. Dans la nature, les difficultés rencontrées (hétérogénéité du sol, parasites, problèmes climatiques, agressions diverses, concurrences avec d’autres plantes) auraient donné des systèmes racinaires sans doute très différents. Ce qui ne retire absolument rien à leur beauté et à leur utilité.


Il est très intéressant d'observer que finalement, la plante ressemble à un iceberg, dont la partie la plus volumineuse ne se voit pas.
Les racines prospectent le sol pour alimenter la plante, et sont capables de descendre à des profondeurs insoupçonnées, si le sol le lui permet.
Photo extraite de l'article du National Geographic

Les racines les plus profondes connues sont celles d'un figuier sauvage dans le Transvaal, en Afrique du Sud, qui descendent à 120 mètres de profondeur, et celles d'un orme anglais à 110 mètres. Un seul plant de seigle d'hiver peut produire 623 km de racines minuscules. Le système racinaire le plus étendu, connu à ce jour, est celui d'un tremble du Canada, qui couvre 43 hectares, et pèse 6000 tonnes. Autrement dit, cet arbre se situe au centre d’une aire occupée par ses propres racines d’environ 750 mètres de diamètre !!! (Source de ces informations : http://www.lesarbres.fr/records.php)

Le monde des racines est insoupçonné et fondamentalement important.

Car les racines ont des rôles divers, nombreux et fondamentaux dans la vie du sol et des écosystèmes en général.
Certains de ces rôles sont bien connus, d’autres beaucoup moins.
-       Ancrage des plantes. Cela leur permet de résister au vent, aux pluies, à l’érosion.
-       Alimentation des plantes. C’est à partir des racines que les plantes prélèvent la plus grande partie de l’eau et des éléments nutritifs dont elles ont besoin.
-       Organe de survie. Beaucoup de plantes (mais pas toutes cependant), sont capables de recréer leur partie aérienne à partir de leur système racinaire, suite à un incendie, au gel ou à certaines agressions externes.
-       Stabilisateur des sols. La présence des très denses réseaux de racines permet de stabiliser les sols et d’en réduire ou empêcher l’érosion. La déforestation a souvent comme conséquence la désertification par disparition de la partie la plus fertile et stable du sol.
-       Structurant des sols. La prospection racinaire produit des galeries qui, lorsque la racine meurt et disparait, sert à l’aération du sol, à la circulation de l’eau, aux mouvements des microorganismes du sol. Ce rôle permet, par exemple, d’améliorer la biodiversité et le stockage du carbone.

La vie d’une racine dans le sol est loin d’être une partie de plaisir. Elle va subir toutes sortes d’agressions, dues au climat (gel, inondations et asphyxie, sécheresse et ruptures par fissuration des sols), dues aux rongeurs, aux maladies, aux insectes, aux nématodes. A chaque fois qu’une racine va être amputée, la plante va lutter en en produisant une autre. Sa survie passe par la régénération permanente.

Les racines n’ont pas toutes le même rôle dans le sol. On peut en particulier distinguer
-       Les racines superficielles, souvent fines et extrêmement nombreuses, connectées très près de la partie aérienne de la plante, chargées d’absorber les éléments nutritionnels libérés par la minéralisation de la matière organique, qui se produits dans les 40 premiers centimètres du sol, en général,
-       Les racines profondes, connectées à de grosses racines qui descendent vers les grandes profondeurs du sol, chargées en particulier de l’alimentation en eau qu’elles vont chercher aussi profondément que nécessaire.


L’agronomie traditionnelle a largement étudié le mode de pénétration des éléments nutritionnels de la solution du sol vers l’intérieur des poils absorbants, ces milliards de minuscules racines qui jouent un rôle prépondérant dans la vie de la plante. On connait donc relativement bien la relation de la racine avec son environnement minéral.

Ce qu’on connait par contre très mal, c’est la relation de la racine avec son environnement biologique. Je vous ai parlé très récemment de la relation entre les plantes fixatrices d’azote et le rhizobium dans un bénéfice mutuel. Je vous parlerai un jour des mycorhizes, ces champignons microscopiques du sol, qui vivent en symbiose avec les plantes, en utilisant les bénéfices de la photosynthèse, en échange d’une transformation du phosphore du sol que la plante a beaucoup de mal à absorber seule.
Il existe de très nombreux autres microorganismes dans le sol, dont on ne connait pas les interactions avec les plantes. Ils jouent pourtant un rôle méconnu mais probablement très important, à la fois dans la vie des sols et dans la vie des plantes.

C’est donc une très bonne nouvelle, que d’apprendre que plusieurs équipes scientifiques américaines vont recevoir des fonds importants pour financer la recherche sur ces relations, en travaillant sur le panic érigé (Panicum virgatum). http://www.ardmoreite.com/article/20151213/NEWS/151219821  

Cette graminée vivace, native d’Amérique du Nord, longtemps considérée comme mauvaise herbe, largement éliminée pour céder la place au maïs et au blé, et dotée d’un système racinaire très puissant, représente une culture potentielle intéressante pour l’avenir. C’est une grande consommatrice de carbone, et une plante dont les potentialités vont de la biomasse à l’alimentation du bétail, avec la capacité de pousser sur des terres peu fertiles. Son très grand développement permet d’obtenir des volumes importants de récolte avec peu de ressources.
Elle rentre dans la catégorie des céréales vivaces qui pourraient trouver une nouvelle place dans une agriculture d’avenir, moins consommatrice de ressources hydriques, nutritionnelles et de terres fertiles.

Bref, dans années, nous en saurons un peu plus sur ces interactions. Ces découvertes influenceront très certainement profondément  l’agriculture dans sa gestion des sols, des ressources hydriques et dans la nutrition végétale.


JOYEUX NOEL !
Image de Michael Halbert