Field mesocosms for assessing biotic processes in soils: How to avoid side effects

Field mesocosms can overcome the simplicity and deficiencies of laboratory based experimental designs. This study deals with a number of possible side effects of a mesocosm technique that involves deep-freezing of soil monoliths to eliminate soil fauna, wrapping in nets of various mesh-size to control faunal immigration and replanting in the field. We used Berlese-Tullgren sets in the field to directly inoculate mesocosms with microarthropods. After 6 months of exposure, the number of collembolans equalled control level whereas immigration and inoculation of oribatids accounted for only 30% of the control. The number of ciliates, their distribution into feeding groups, and the numbers of nematodes, tardigrades and rotifers were not significantly affected by the elimination of mesofauna. We also did not detect significant treatment specific effects on microclimatic conditions within the litter layer of the mesocosms. Furthermore, we compared the monolith approach with a technique using sieved soil as a time-saving alternative. Water capacity and infiltration rate of mesocosms made of sieved soil did not differ from mesocosms made of monoliths, but NH4+ losses were significantly higher in sieved soil when defaunated by deep-freezing. We conclude that the investigated mesocosm technique has little side effects and recommend the use of monoliths in mesocosm studies. Résumé La mise en œuvre de mésocosmes au champ peut être une alternative pour pallier la simplicité et aux imperfections des expérimentations en laboratoire. Cette étude aborde les différents effets secondaires potentiellement générés par une approche en mésocosmes, impliquant successivement i) une défaunation des monolithes de sol par congélation intense, ii) leur enrobage au moyen dʹune toile de vide de mailles dans le but de contrôler lʹimmigration de la faune, iii) leur replacement au champ. À lʹaide dʹappareils de Berlèse-Tullgren utilisés sur place, les mésocosmes ont été ensuite directement inoculés avec les micro-arthropodes extraits. Après 6 mois dʹincubation, lʹabondance des collemboles est similaire à celle observée initialement dans le sol témoin alors que lʹabondance des oribates, par immigration et inoculation, atteint seulement 30% de lʹabondance observée dans le sol témoin. Lʹélimination de la mésofaune nʹa pas affecté le nombre de ciliés et leur distribution dans les différents groupes trophiques, ni le nombre de nématodes, de tardigrades et de rotifères. De même, nous nʹavons pas mis en évidence de manière significative dʹeffets secondaires, spécifiques au prétraitement des monolithes sur les conditions microclimatiques régnant au sein de la couche de litière dans les mésocosmes. Lʹapproche en monolithes de sol est aussi comparée avec une approche par tamisage du sol, en tant que technique alternative permettant un gain de temps. La capacité de rétention en eau et le taux dʹinfiltration mesurés dans les mésocosmes constitués de sol tamisé et ceux constitués de monolithes de sol ne différent pas, mais les pertes en NH4+ sont significativement plus élevées dans les mésocosmes faits de sol tamisé, après lʹétape de défaunation par forte congélation. Nous concluons que la technique mésocosme proposée ici présente peu dʹeffets secondaires et nous recommandons lʹutilisation de monolithes de sol pour des études en mésocosmes. Résumé La mise en œuvre de mésocosmes au champ peut être une alternative pour pallier la simplicité et aux imperfections des expérimentations en laboratoire. Cette étude aborde les différents effets secondaires potentiellement générés par une approche en mésocosmes, impliquant successivement i) une défaunation des monolithes de sol par congélation intense, ii) leur enrobage au moyen dʹune toile de vide de mailles dans le but de contrôler lʹimmigration de la faune, iii) leur replacement au champ. À lʹaide dʹappareils de Berlèse-Tullgren utilisés sur place, les mésocosmes ont été ensuite directement inoculés avec les micro-arthropodes extraits. Après 6 mois dʹincubation, lʹabondance des collemboles est similaire à celle observée initialement dans le sol témoin alors que lʹabondance des oribates, par immigration et inoculation, atteint seulement 30% de lʹabondance observée dans le sol témoin. Lʹélimination de la mésofaune nʹa pas affecté le nombre de ciliés et leur distribution dans les différents groupes trophiques, ni le nombre de nématodes, de tardigrades et de rotifères. De même, nous nʹavons pas mis en évidence de manière significative dʹeffets secondaires, spécifiques au prétraitement des monolithes sur les conditions microclimatiques régnant au sein de la couche de litière dans les mésocosmes. Lʹapproche en monolithes de sol est aussi comparée avec une approche par tamisage du sol, en tant que technique alternative permettant un gain de temps. La capacité de rétention en eau et le taux dʹinfiltration mesurés dans les mésocosmes constitués de sol tamisé et ceux constitués de monolithes de sol ne différent pas, mais les pertes en NH4+ sont significativement plus élevées dans les mésocosmes faits de sol tamisé, après lʹétape de défaunation par forte congélation. Nous concluons que la technique mésocosme proposée ici présente peu dʹeffets secondaires et nous recommandons lʹutilisation de monolithes de sol pour des études en mésocosmes.