Post on 11-Sep-2018
Dynamique des matières organiques auniveau de la parcelle agricole
C. ChenuP. Barré, A. Chabbi, MF Dignac, C. Girardin, B.Guenet, S. Juarez, N.Nunan, D. Rasse, C. Rumpel,BioemcoM. Balabane, F. van Oort, PessacS. Houot, EGCet al.
Les sols et les nouveaux enjeux de l’agriculture
De nouveaux défis pour les sols
– Maîtriser les pollutions– Éliminer des déchets– Valoriser des sols pollués– De nouvelles productions
non alimentaires– Réguler les flux d’eau– Préserver la biodiversité– Limiter les émissions de
GES et stocker du C MatièresOrganiques
des Sols(MOS)
– Préserver, voire restaurer, laqualité des sols
Répondre à de nouvellesdemandes… Et une préoccupation
croissante
Qualité de l’air (CO2,N2O, CH4..)
Qualité de l’eau(nitrates, phosphate,
pesticides, métaux)
Qualité physique dessols (structure…)
Fertilité biologiquedes sols (ressourcetrophique)
Fertilité chimiquedes sols (nutrition desplantes)Matières
organiquesActivités
biologiques
Cycles C, N, P,polluants, ect
Matières organiques des sols : des fonctionsessentielles
C.C
henu
200
8
Une très forte interaction matières organiques et activitésbiologiques
OO
OO
O
HO
OHO
HO OO
O
OO
OOH
OO O
OHO
OO
O
OH
OH OO
OOOH
O
OH
O
OO
OH
O
HO
HO
OOHOH
O
OO
OO
O
HO
OHO
HO OO
O
OO
OOH
OO O
OHO
OO
O
OH
OH OO
OOOH
O
OH
O
OO
OH
O
HO
HO
OOHOH
O
OO
OO
O
HO
OHO
HO OO
O
OO
OOH
OO O
OHO
OO
O
OH
OH OO
OOOH
O
OH
O
OO
OH
O
HO
HO
OOHOH
O
Un ensemble complexe et hétérogène qui serenouvelle constamment…
par apports et biodégradation
Entrées de Corg
macromoléculesdébris organiques
petites molécules
organismes vivants
CO2
MOS Che
nu, 2
003
Quels enjeux spécifiques pour les MOS ?
• Prévoir l’évolution des MOSNouvelles pratiques, nouveaux systèmes de culture,Changements climatiques
• Gérer les MOS– Quantité Augmenter la teneur en MOS
Quels seuils de teneur en MOS?– Qualité Quelles MO pour quelles fonctions ?– Localisation Dans le profil– Dynamique Stockage / minéralisation
Dynamique des fonctions associées(N, stabilité structure)
Quels outils ?
• Essais de longue durée
• Outils de quantification de la dynamique du C et N(in situ) 13C, 14C, 15N
• Outils de caractérisation des matières organiques:méthodes chimiques, fractionnements physiques
• Modèles
Préservation sélectiveRécalcitrance
carbonisatsmacro-molécules
Interaction avec des ionsou surfaces minérales
Protectionphysique
Humification.complexation
Adsorption Inaccessibilité,conditions
physiques locales
nature des entrées type de solmode d’occupationpratiques culturales
Régulationsbiologiques
Processus de stabilisation des MO dans les sols
sché
ma
C.C
henu
Différents processus, décrits, mais dont l’importancerelative et les interactions sont mal connus
OO
OO
O
HO
OHO
HO OO
O
OO
OOH
OO O
OHO
OO
O
OH
OH OO
OOOH
O
OH
O
OO
OH
O
HO
HO
OOHOH
O
OO
OO
O
HO
OHO
HO OO
O
OO
OOH
OO O
OHO
OO
O
OH
OH OO
OOOH
O
OH
O
OO
OH
O
HO
HO
OOHOH
O
OO
OO
O
HO
OHO
HO OO
O
OO
OOH
OO O
OHO
OO
O
OH
OH OO
OOOH
O
OH
O
OO
OH
O
HO
HO
OOHOH
O
La lignine est t’elle stable dans les sols?
Prop
ortio
n re
nouv
elée
dan
s le
sol
(%)
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 81 3 5 7 9Années
Lignines
Carbone total
Peut t’on identifier des composés récalcitrants ?
Abondance naturelle en 13CChronoséquence C3/C4 Les Closeaux INRA VersaillesIsotopie du 13C à l’échelle moléculaire
Dignac et al. 2005, Bahri et al2006, 2008, Rasse et al. 2006
Essai des Closeaux
©JP
Pet
raud
La nature chimique seule n’expliquepas la stabilisation à long terme
Stabilisation importante du C de composésvégétaux solublesMarquage préférentiel des solubles Incubation en microcosmes
Enrichis en 13C(!13Csolu= 226‰ !13Cstruct= 53‰)
Girardin et al. 2009 RCMGirardin 2009 thèse
!
!"#
!"$
!"%
!"&
'
! #! $! %! &!!"#$%&'()*+",-./*&01/"#23
4#/5
/#./*
&#%26-*6%&2"#
7&"*
)6$&'%
&8
soluble
structurel
La stabilisation des MOS à long termedépendrait plus de leur interaction avec lamatrice & du fonctionnement microbien,que de la nature chimique des entrées
CO2
Che
nu e
t al.
2001
, BFS
bactérie
10 µm
Des régulations biologiques encore très malconnues• Les apports de MO fraîche peuvent induire une sur-
minéralisation des MO du sol
Sol + MO fraîche
CO2 - MOS
CO2 - MO fraîche(enrichie en 13C)
CO2 - MOS
Sol témoin
Sur- minéralisation“priming effect”
schéma d’après Kuzyakov et al., 2000
0 10 20 30 40 50 600
1
2
3
4
5
Sol C
- C
O2
(% s
ol C
)
jours
Salomé et al. 2010 GBC
+ fructose
Horizon surface, Closeaux
Quel est l’impact de la gestion et qualité desapports organiques sur les stocks ?
Un exemple:
Des fractions organiques sensibles à l’usage des sols ?
• Ex. Différents systèmesde culture, La CageVersailles, 0-30 cm
Une méthode normalisée en 2007: NF X 31-516
• Séparation des matières organiques particulaires
Des indicateurs précoces d’évolution des MOS
©JP
Pét
raud
Che
nu, 2
003
Balabane et al. 2005
Peut t’on quantifier et isoler le C stable des sols ?
C
Temps (an)5025 75 100
Clabileet lent
C stable
C lent
C labile année
décennie
siècle, millénaire
« measuring the modellable, modelling the measurable ?»Elliott 96
Carbosoil
Peut t’on quantifier et isoler le C stable des sols ?• Utilisation de jachères nues de longue durée
C
Temps (an)5025 75 100
Clabileet lent
0
C stable
Jachère nue
C lent
C labile
Barré et al. soumis ->
Les 42 parcelles à Versailles
Réseau européende jachères nuesde longue durée
Importance des essais de longue durée
0 cm
30 cm
180 cm
un stockde C = austock C 0-30 cm
C. Moni, 2007
Dynamique des MOS dans les horizons profonds des sols
Chabbi et al., 2009, SBBSalomé et al, 2010, GCB
Moni et al., 2010 Geoderma
1 % an-1
1/2 % an-1
1/4 % an-1
Carbone organique du sol d’origine maïs (%)
Rasse et al. 2006 SSAJ
En profondeur: un stock de C important,et qui se renouvelle lentement
Essai des Closeaux VersaillesAbondance naturelle en 13C
Conclusion
• Les matières organiques sont une ressource etune composante essentielle des sols
• Des outils :– nouveaux : 13C, couplages méthodes chimiques /
physiques et isotopiques, nouvelle génération demodèles prédictifs, outils de la microbiologie...
– un intérêt renouvelé pour des essais au champ delongue durée.
• Agroécologie:– la gestion des matières organiques (et donc de leur
dynamique) est un des leviers d’action majeurs