Potential carbon storage in soil after exogenous organic matter applications
Year: 2010
Type: dissertation
Abstract: L’apport au sol de matières organiques exogènes (MOEs) d’origine résiduaire issues d’activités agricoles, urbaines ou industrielles permet d’augmenter les teneurs en matière organique du sol (MOS) et d’améliorer leur fertilité. De plus l’apport au sol de MOEs pourrait contribuer à la limitation des émissions nettes de gaz à effet de serre en séquestrant du C dans les sols. Le développement d’outils de prédiction est nécessaire pour une meilleure estimation du devenir à long terme des MOEs apportées au sol. De plus, il est important de savoir sous quelles formes la matière organique (MO) des MOEs est incorporée dans la MO du sol, ceci conditionnant la pérennité des accumulations de C après apports répétés de MOEs. Cette étude qui vise à mieux comprendre et prédire la dynamique d’incorporation de la MO de MOEs dans la MOS s’est déroulée en trois étapes : (i) le développement et l’amélioration de méthodes de caractérisation de laboratoire permettant d’estimer le devenir des MOEs dans le sol, (ii) la fourniture de coefficients de partition des MOEs dans le modèle RothC pour simuler l’accumulation de C dans un sol suite à l’apport de MOEs de types divers et (iii) l’étude des changements de composition de la MOS suite à des apports répétés de MOEs. La composition et la biodégradabilité de la fraction soluble (SOL) du fractionnement biochimique par la méthode Van Soest ont tout d’abord été étudiées en utilisant une méthode d’extraction alternative permettant la caractérisation des MO extraites. Cette fraction de la MO augmente avec le degré de stabilité d’un compost ne peut être assimilée à un compartiment facilement biodégradable comme dans les résidus végétaux. La caractérisation des fractions extraites et des résidus d’extraction a révélé que la fraction SOL évoluait au cours du compostage. Cette fraction de MO est très riche en composés polysaccharidiques en début de compostage et s’enrichit en MO riches en composés azotés au cours du compostage qui pourraient être stabilisées par complexation avec des ions métalliques. Le potentiel de la spectroscopie proche infra-rouge (SPIR) pour la caractérisation de MOEs et de leur devenir dans le sol a ensuite été étudié. Un jeu de données regroupant 300 MOEs représentatives de la diversité des MOEs utilisées en agriculture à été utilisé. Des prédictions satisfaisantes ont été obtenues pour les teneurs en C et N des MOEs ainsi que pour les fractions biochimiques Van Soest des MOEs à l’exception de la fraction hémicellulose. L’indicateur de stabilité de la MO (ISMO), estimateur de la fraction résiduelle de MO des MOEs à long terme dans les sols, a été prédit de manière satisfaisante. Généralement, les variables liées à la minéralisation du C au cours d’incubation à long terme ont été moins bien prédites, à l’exception de l’indicateur ISMO basé sur des caractéristiques analytiques bien définies, probablement en raison de l’augmentation de la complexité et des interactions entre les facteurs gouvernant la minéralisation des MOEs en fonction de la durée d’incubation. Puis, la potentialité de stockage de C à long terme dans un sol soumis à des apports répétés de MOEs a été étudiée en utilisant des résultats d’essais au champ de moyenne à longue durée. Les résultats de l’essai au champ Qualiagro ont tout d’abord été utilisés pour étudier l’accumulation du C dans un sol limoneux suite à des apports répétés de 1998 à 2009 d’un compost d’ordures ménagères résiduelles (OMR), d’un compost de déchets verts + boue (DVB), d’un compost de biodéchets (BIOD) et d’un fumier (FUM), apportés à une dose cible de 4 Mg C.ha-1 tous les deux ans. Des augmentations significatives des stocks de C du sol ont été mesurées après 11 ans d’apport, allant jusqu’à 19.6 Mg C.ha-1 pour 27 Mg C.ha- 1 de compost DVB apportés. Une reproduction satisfaisante des cinétiques d’accumulation du C du sol a été obtenue avec RothC après l’ajustement des coefficients de partition du C des MOEs dans les compartiments d’entrée labile (DPM), résistant (RPM) et humifié (HUM) du modèle (fDPM, fRPM et fHUM, respectivement). L’extrapolation des simulations a permis de calculer des rendements d’accumulation du C dans le sol (% des apports de C additionnels comparés au témoin accumulés dans le sol) après 20 ans d’apport de MOE de 20, 34, 37 et 40% pour OMR, FUM, DVB et BIOD, respectivement. La quantité de C contenue dans la fraction de MOS > 50 μm a été préférentiellement augmentée par les apports de composts alors que l’apport de fumier a entrainé des proportions équivalentes de C accumulées dans les fractions de MOS de taille > 50 μm et 0-50 μm. Une bonne correspondance a été trouvée entre les proportions de C accumulées dans les compartiments DPM+RPM et BIO+HUM de RothC et les proportions de C dans les fractions de taille > 50 μm et 0-50 μm, respectivement. Les données de trois autres essais (Askov, Danemark, 31 ans, SERAIL, France, 14 ans et Ultuna, Suède, 51 ans) ont été ajoutées aux données de l’essai Qualiagro afin de développer des équations de régression pour prédire les coefficients de partition du C des MOEs dans le modèle RothC (fDPM, fRPM et fHUM) à partir de l’indicateur ISMO calculé avec des valeurs de caractérisations des MOEs au laboratoire. L’utilisation des coefficients de partition ainsi prédits dans RothC a permis de simuler de façon satisfaisante l’accumulation du C suite aux apports de MOEs dans les différents essais au champ. Enfin, la composition chimique de la MO du sol est modifiée par les apports de MOEs. Dans l’essai Qualiagro, des techniques de pyrolyse-CG/SM et de spectroscopie moyen infra-rouge en réflexion diffuse (DRIFT) montrent un enrichissement de la MO particulaire en lignine dans les parcelles amendées avec DVB et BIOD et FUM comparé aux parcelles témoin du aux apports de MOEs mais aussi à l’augmentation des résidus de culture et en composés azotés dans les parcelles amendées avec le compost BIOD, en relation avec la forte proportion de ces composés dans les MOEs épandues. Des changements dans la composition des MO de taille 0-50 μm ont également été détectées, présentant moins de relations directes avec la composition des MOEs épandues.
Source: HAL
Author: Clément Peltre
Language: English
Subfield: Soil Science
Domain: Life Sciences
SDGs: Climate action, Life on land
Open Access status: green
OpenAlex ID: W2587419236