MINÉRALISATION DE L’AZOTE ET DU PHOSPHORE ......ii libération de 14,3 kg P ha-1 a été suivie...

FRÉDÉRIQUE DUGUET

MINÉRALISATION DE L’AZOTE ET DU PHOSPHORE DANS LES SOLS ORGANIQUES

CULTIVÉS DU SUD-OUEST DU QUÉBEC

Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures de l'Université Laval

dans le cadre du programme de maîtrise en sols et environnement pour l'obtention du grade de maître ès sciences (M. Sc.)

Département des sols et du génie agroalimentaire FACULTÉ DES SCIENCES DE L’AGRICULTURE ET DE L’ALIMENTATION

UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC

MARS 2005

© Frédérique Duguet, 2005

i

Résumé court Cette étude a permis d’évaluer les quantités d’azote et de phosphore potentiellement

minéralisables dans 34 sols organiques cultivés du Sud-Ouest du Québec. Les sols ont

libéré en moyenne de 380 kg N ha-1 an-1 et moins de 2 kg P ha-1 an–1. Ils ont été classés en

deux groupes de minéralisation. Un seuil critique de minéralisation de 0,8 mg N kg-1 j-1

correspondant à une teneur en carbone de 372 g kg-1 et à un rapport C/N maximal de 30

classait les sols avec un taux de succès de 85 %. Un seuil de minéralisation de 0,04 mg P

kg-1 j.-1 correspondant à une teneur en carbone critique de 425 g C kg-1 classait les sols avec

un taux de succès de 94 %. En serre, des plants de ray-grass prélevaient jusqu’à 3 fois plus

d’azote sur certains sols très minéralisateurs que sur des sols pauvres. La richesse en

phosphore des sols a conduit à une absence de réponse à la fertilisation.

Résumé long Les sols organiques cultivés occupent 145 000 ha dans la plaine du Saint-Laurent et

soutiennent d’importantes productions maraîchères. Celles-ci sont associées à une

fertilisation élevée des sols, qui peut conduire à une dégradation du réseau hydrographique

avoisinant. Or en milieu bien aéré, la minéralisation de la matière organique (M.O.) de ces

sols peut conduire à une libération de N et de P sous forme disponible pour les plantes.

Cette étude consistait à évaluer la capacité de minéralisation de 34 sols organiques du Sud-

Ouest du Québec et à la relier à leurs caractéristiques physiques et chimiques, ainsi qu’au

prélèvement de N et de P et à la biomasse de plants de ray-grass cultivés en serre. Au cours

d’une incubation sur 240 jours, à 25°C, 0,6 kg kg-1 d’humidité des sols et 80 % d’humidité

relative de l’air, les sols ont libéré 250 kg N ha-1 en moyenne avec un taux constant de 0,84

mg N kg-1 j-1, correspondant à une cinétique linéaire. Les paramètres de minéralisation ont

aussi été estimés au moyen d’une cinétique de premier ordre. Le potentiel de minéralisation

No était en moyenne de 2374 mg N kg-1 et le taux de minéralisation a été estimé à 0,008

jour-1. Les sols organiques libéraient ainsi l’azote à un rythme lent mais avec un potentiel

très élevé sur une longue durée. La dynamique de minéralisation du phosphore était

beaucoup plus faible : une phase de minéralisation peu intense du P conduisant à la

ii

libération de 14,3 kg P ha-1 a été suivie d’une immobilisation de 12,2 kg P ha-1. Un taux

constant de minéralisation de 0,063 mg P kg-1 j-1 a été mesuré entre les jours 20 et 150 de

l’incubation. La minéralisation du N augmentait avec le contenu en M.O., ainsi qu’avec les

teneurs en C et en N dans le sol entier et dans la fraction légère de la M.O. La

minéralisation du P augmentait avec la teneur en M.O. et celle en C dans le sol et dans la

fraction légère, et diminuait avec la teneur en P inorganique (Pi) dans le sol. Un classement

des sols selon leur pouvoir de minéralisation du N et du P a été réalisé au moyen de la

procédure de partition de Cate-Nelson. Des seuils critiques de minéralisation de 0,80 mg N

kg-1 j-1 et de 0,040 mg P kg-1 j-1 ont été établis. Les propriétés des sols telles que le carbone,

l’azote, les rapports logarithmiques Vc et VN et l’indice de déséquilibre nutritif χ2 basé sur

deux ou trois éléments (C et N organiques ou C, N et P organiques) ont permis de classer

les sols avec un taux de succès de 76 à 88 % dans le cas de l’azote et de 85 à 97 % dans le

cas du phosphore. Le carbone du sol permettait de classer les sols à la fois pour leur

capacité de minéralisation du N et du P avec un taux de succès de 76 %. L’essai en serre a

mis en évidence que la minéralisation du N a eu un effet positif bien que faible sur la

croissance et les prélèvements azotés des plants, ainsi les plants de ray-grass poussant sur

des sols fortement minéralisateurs ont eu un prélèvement azoté et une croissance

significativement plus importants que les plants poussant sur des sols peu minéralisateurs.

La faible contribution de la minéralisation au prélèvement azoté était probablement due aux

conditions d’humidité et de température des serres qui ont empêché l’expression du

potentiel de minéralisation du N, ainsi qu’à la culture en pot qui a limité la croissance des

racines. A l’opposé, alors que la minéralisation du P était faible, la fertilisation phosphatée

n’a permis qu’un léger accroissement des rendements. Cependant, c’est la richesse du sol

en P disponible qui était à l’origine des résultats obtenu et qui constituait le facteur

prépondérant pour la croissance des plants.

Cette étude a démontré que les sols organiques possèdent un potentiel élevé de

minéralisation de l’azote. Dans des conditions de champs, avec une Longue Période de

végétation, les quantités d’azote minéralisable pourraient combler une partie des besoins

des cultures en fertilisant azoté.

iii

Avant-propos

Je tiens à remercier les docteurs Léon-Etienne Parent et Adrien N’Dayegamiye, mes

directeur et co-directeur, qui m’ont accompagné tout au long de ces deux années par leur

conseils judicieux et leurs commentaires. Je les remercie pour la confiance qu’ils m’ont

témoignée, leur soutien et leur patience lors des lectures successives de mes écrits.

Ma reconnaissance va également à Marie-Hélène Lamontagne et à Nicolas Samson, pour

leur complicité et leur support technique. Ils ont contribué à la réussite de cet exercice.

Je remercie également toutes les personnes qui m’ont permis de mener à bien mon projet,

notamment Claire Potvin et Jacqueline Faubert à l’IRDA ainsi que Daniel Marcotte à

l’université Laval.

Finalement j’exprime ma gratitude envers mes camarades Cargèle N’Duwamungu et César

Chléla qui m’ont guidé par leurs suggestions et leurs remarques.

Ce travail a été réalisé avec le soutien financier de l’IRDA.

iv

Table des matières Résumé court .......................................................................................................................... i Résumé long............................................................................................................................ i Avant-propos......................................................................................................................... iii Table des matières................................................................................................................. iv Liste des tableaux.................................................................................................................. vi I. Introduction.................................................................................................................... 1

I.1. Objectifs de l’étude ................................................................................................ 2 I.1.1. Objectif général.......................................................................................... 2 I.1.2. Objectifs spécifiques.................................................................................. 3

I.2. Hypothèses de recherche....................................................................................... 3 II. Revue de littérature ........................................................................................................ 4

II.1. Étendue, origine et décomposition des sols organiques......................................... 4 II.2. Formes d’azote et de phosphore dans les sols organiques..................................... 5

II.2.1. Cas de l’azote............................................................................................. 5 II.2.2. Cas du phosphore....................................................................................... 6

II.3. Teneurs et minéralisation de N et P dans les sols organiques................................ 7 II.4. Facteurs affectant la minéralisation de la matière organique................................. 8

II.4.1. Niveau de la nappe phréatique................................................................... 8 II.4.2. Température et humidité ............................................................................ 9 II.4.3. Composition et nature de la matière organique ....................................... 10 II.4.4. Humification ............................................................................................ 11 II.4.5. Composition élémentaire du sol............................................................... 12 II.4.6. Fertilisation .............................................................................................. 13 II.4.7. Activité biologique................................................................................... 14

II.5. Modélisation de la minéralisation de l’azote et du phosphore............................. 15 III. Matériel et méthodes.................................................................................................... 18

III.1. Caractérisation des sols organiques ..................................................................... 19 III.1.1. Analyses physiques.................................................................................. 19 III.1.2. Analyses chimiques ................................................................................. 19 III.1.3. Fraction légère de la matière organique................................................... 20 III.1.4. Degré de décomposition .......................................................................... 20 III.1.5. Activité enzymatique ............................................................................... 21

III.2. Étude en incubation longue.................................................................................. 21 III.3. Modélisation de la minéralisation........................................................................ 23 III.4. Dispositifs expérimentaux pour l’étude de la réponse à la fertilisation : essais en

serre.................................................................................................................... 24 III.5. Analyses statistiques ............................................................................................ 27

III.5.1. Analyses de variance................................................................................ 27 III.5.2. Transformation des données .................................................................... 28 III.5.3. Classification............................................................................................ 28 III.5.4. Modélisation de la minéralisation............................................................ 29

v

IV. Résultats et discussion ................................................................................................. 30 IV.1. L’azote ................................................................................................................. 30

IV.1.1. Caractérisation des sols organiques ......................................................... 30 IV.1.2. Dynamique de minéralisation de l’azote organique................................. 35

IV.1.2.1. Teneurs en azote minéralisé ................................................................. 35 IV.1.2.2. Modélisation selon une cinétique d’ordre nul ...................................... 37 IV.1.2.3. Modélisation selon une cinétique de premier ordre.............................. 38

IV.1.3. Mise en relation avec les propriétés des sols ........................................... 41 IV.1.4. Classification des sols selon le taux de minéralisation de N ................... 42 IV.1.5. Analyse des sols après incubation............................................................ 48 IV.1.6. Prélèvements en éléments nutritifs par les plantes .................................. 49

IV.1.6.1. Analyse des sols utilisés en serre.......................................................... 49 IV.1.6.2. Minéralisation des sols utilisés en serre ............................................... 49 IV.1.6.3. Prélèvement, teneur en azote et production de biomasse .................... 51

IV.1.6.3.1. Effet du sol.......................................................................... 51 IV.1.6.3.1. Effet du temps..................................................................... 55

IV.1.7. Conclusion ............................................................................................... 56 IV.2. Le phosphore........................................................................................................ 57

IV.2.1. Caractérisation des sols............................................................................ 57 IV.2.2. Dynamique de minéralisation du phosphore organique........................... 59 IV.2.3. Mise en relation avec les propriétés des sols ........................................... 64 IV.2.4. Classification des sols selon le taux de minéralisation de P .................... 65 IV.2.5. Analyse des sols après incubation............................................................ 68 IV.2.6. Prélèvements en éléments nutritifs par les plantes .................................. 69

IV.2.6.1. Analyse des sols utilisés en serre.......................................................... 69 IV.2.6.2. Minéralisation des sols utilisés en serre ............................................... 70 IV.2.6.3. Prélèvement, teneur en phosphore et production de biomasse ............. 71

IV.2.6.3.1. Effet du sol.......................................................................... 71 IV.2.6.3.2. Effet du temps..................................................................... 75

IV.2.7. Conclusion ............................................................................................... 76 IV.3. Synthèse : Classification des sols selon leur capacité de minéralisation du N et du

P ......................................................................................................................... 76 Conclusion générale............................................................................................................. 79 Bibliographie........................................................................................................................ 81 Annexe 1 : Identification des sols étudiés............................................................................ 90 Annexe 2 : Localisation des sites d’échantillonnage ........................................................... 91 Annexe 3 : Caractéristiques physiques et chimiques des sols étudiés ................................. 93 Annexe 4 : Analyse des sols après 240 d’incubation........................................................... 96

vi

Liste des tableaux Tableau 1 : Estimation des paramètres de minéralisation du modèle cinétique de premier

ordre obtenus dans différentes études ................................................................... 18 Tableau 2 : Identification des sols utilisés dans les essais en serre ..................................... 25 Tableau 3 : Apports d’éléments fertilisants dans les essais en serre avec le ray-grass au

semis. .................................................................................................................... 26 Tableau 4 : Propriétés physiques, biochimiques et indices d’équilibre des sols organiques.

............................................................................................................................... 32 Tableau 5 : Analyses de fertilité et analyses chimiques des sols organiques. ..................... 33 Tableau 6 : Coefficients de corrélation de Pearson entre différentes propriétés des sols.... 34 Tableau 7 : Teneurs en azote extrait et minéralisé aux points de contrôle de l’incubation de

240 jours................................................................................................................ 36 Tableau 8 : Taux de minéralisation journalier moyen de l’azote (TN), calculé selon une

cinétique d’ordre nul. ............................................................................................ 38 Tableau 9 : Paramètres de minéralisation de l’azote des 34 sols, déterminés selon une

cinétique de premier ordre. ................................................................................... 39 Tableau 10 : Coefficients de corrélation de Pearson entre les paramètres de minéralisation

et les propriétés des sols........................................................................................ 40 Tableau 11 : Coefficients de corrélation de Pearson entre le taux de minéralisation de

l’azote et les propriétés des sols............................................................................ 42 Tableau 12 : Normes CND pour les simplex (C, N, R) et (C, N, P, R) de la matière

organique............................................................................................................... 44 Tableau 13 : Comparaison des taux de minéralisation moyens des classes discriminées. .. 45 Tableau 14 : Taux de succès du classement des sols. .......................................................... 46 Tableau 15 : Caractéristiques chimiques des sols utilisés dans l’essai de fertilisation azoté.

............................................................................................................................... 49 Tableau 16 : Tableau récapitulatif de l’analyse de la variance pour l’essai de fertilisation

azotée, après correction de Box. ........................................................................... 51 Tableau 17 : Comparaison des sols pour le prélèvement total et la teneur en azote............ 52 Tableau 18 : Prélèvement total (mg N/ pot), concentration en azote (g N kg-1 de matière

sèche) et production de biomasse sèche (g/ pot) dans le ray-grass par sol et par traitement. ............................................................................................................. 52

Tableau 19 : Évolution temporelle de la teneur (g N kg-1) et du prélèvement (mg N/ pot) en azote et de la production de biomasse sèche (g /pot) du ray-grass par traitement.56

Tableau 20 : Teneurs en phosphore extrait et minéralisé aux différents points de contrôle de l’incubation de 240 jours ...................................................................................... 61

Tableau 21 : Taux de minéralisation du phosphore durant la phase de stabilisation (20-150j)............................................................................................................................... 63

Tableau 22 : Coefficients de corrélation de Pearson entre le taux de minéralisation de P et les propriétés des sols............................................................................................ 65

Tableau 23 : Comparaison des taux de minéralisation moyens des classes discriminées. .. 67 Tableau 24 : Taux de succès du classement des sols. .......................................................... 68 Tableau 25a : Propriétés des sols utilisés dans les essais de fertilisation. ........................... 69 Tableau 25b : Propriétés des sols utilisés dans les essais de fertilisation (suite)…………..69

vii

Tableau 26 : Variations des teneurs en phosphore dans les sols lors de l’échantillonnage

d’automne par rapport à celui de printemps (en %)............................................. 70 Tableau 27 : Tableau récapitulatif de l’analyse de la variance pour l’essai de fertilisation

phosphatée, après correction de Box. ................................................................... 72 Tableau 28 : Prélèvements totaux (mg P /pot), concentration en phosphore (mg P kg-1 de

matière sèche) et production de biomasse du ray-grass par sol. ........................... 72 Tableau 29 : Comparaison entre les sols pour le prélèvement et la teneur en phosphore. . 74 Tableau 30 : Évolution temporelle de la teneur (en mg P kg-1) et du prélèvement (en mg

P/pot) en phosphore du ray-grass.......................................................................... 75 Tableau 31 : Classement des sols selon leur pouvoir de minéralisation de l’azote et du

phosphore, basé sur la teneur en carbone et l’indice de déséquilibre χ32 .............. 77

viii

Liste des figures Figure 1 : Dynamique de minéralisation de l’azote dans le sol ........................................... 14 Figure 2 : Émissions moyennes d’azote (N-NO3 et N-NH4) au cours de l’incubation de 34

sols organiques...................................................................................................... 38 Figure 3 : Relation entre le taux de minéralisation de l’azote et la teneur en carbone du sol.

............................................................................................................................... 43 Figure 4 : Relation entre le taux de minéralisation de l’azote et la teneur en carbone dans la

fraction légère du sol............................................................................................. 43 Figure 5 : Relation entre le taux de minéralisation de l’azote et la teneur en azote du sol.. 44 Figure 6 : Relation entre le contenu en fraction légère de la matière organique et le taux de

minéralisation de l’azote. ...................................................................................... 47 Figure 7 : Relation entre le contenu en fraction légère de la matière organique et le contenu

en carbone du sol. ................................................................................................. 48 Figure 8 : Minéralisation de l’azote des sols utilisés dans l’essai de fertilisation azotée. ... 50 Figure 9 : Relation entre le prélèvement d’azote par le ray-grass et le taux de minéralisation

global de l’azote des sols (la flèche indique le seuil critique de minéralisation).. 53 Figure 10 : Relation entre le prélèvement en azote des plants de ray-grass et la teneur en

azote du sol (la flèche indique le seuil critique de minéralisation)....................... 53 Figure 11 : Relation entre le prélèvement en azote des plants de ray-grass et la teneur en

carbone du sol (la flèche indique le seuil critique de minéralisation)................... 54 Figure 12 : Émissions moyennes de phosphore au cours de l’incubation de 34 sols

organiques (la barre verticale représente deux erreurs type). ............................... 63 Figure 13 : Relation entre le taux de minéralisation du phosphore durant la période

stationnaire et la teneur en carbone....................................................................... 66 Figure 14 : Relation entre le taux de minéralisation du phosphore durant la phase

stationnaire et Vc. ................................................................................................. 67 Figure 15 : Minéralisation du phosphore des sols utilisés dans l’essai de fertilisation

phosphatée............................................................................................................. 71 Figure 16 : Relation entre le prélèvement en phosphore par les plants de ray-grass et la

minéralisation du phosphore. ................................................................................ 74 Figure 17 : Relation entre le prélèvement en phosphore et la teneur en phosphore

disponible.............................................................................................................. 75

1

I. Introduction

Les sols organiques occupent 10 % de la surface totale du Canada, soit 927 100 km2

(Lévesque et al., 1981). Environ 60 % de ces sols sont des pergélisols. Dans la plaine du

Saint-Laurent, les tourbières profondes (plus de 1,6 m de profondeur) occupent 145 000 ha,

dont 10 940 ha de tourbières humiques et 10 460 ha de tourbières fibriques et mésiques

dans les comtés de Châteauguay, d’Huntingdon et de Napierville, en Montérégie (Equipe

pédologique du Québec, 1988).

Les sols organiques québécois mis en valeur soutiennent deux secteurs économiques, celui

de l’industrie, avec la production de tourbe, et celui de l’agriculture, par le biais de la

production maraîchère essentiellement. Les sols supportant des productions maraîchères

sont intensément cultivés et généralement surfertilisés. Or une fertilisation excessive

entraîne des pertes importantes en éléments fertilisants provoquant la pollution des nappes

souterraines et des cours d’eau. Les recommandations de fertilisation en N et en P sont

basées sur le renforcement et le maintien de la fertilité des sols, les prélèvements

d’éléments nutritifs par les cultures et les analyses de sols, selon des approches

développées pour des sols minéraux (CRAAQ, 2003). Hamilton et Bernier (1975) ont mis

en évidence l’absence de réponse à la fertilisation de trois cultures maraîchères (céleri,

carotte, oignon) produites en sol organique au cours de trois années successives

d’expérimentation. Cette absence de réponse démontre une libération suffisante d’éléments

nutritifs disponibles par les sols organiques. En outre, suite à l’application des doses

recommandées en N et en P, 60 % des nitrates du sol et 50% du P soluble se sont

accumulés dans la couche supérieure du sol tandis que de larges proportions se sont

accumulées dans les couches inférieures, devenant non accessibles aux plantes. Ces essais

ont ainsi mis en évidence le gain économique et environnemental que représenterait un

réajustement à la baisse de la fertilisation azotée et phosphorée en sol organique.

En outre, en milieu aéré et drainé, l’affaissement des sols organiques par des processus

irréversibles de décomposition de la matière organique (M.O.) (Millette, 1976) conduit à

une libération de quantités élevées de N et de P organiques, qui peuvent devenir

2

disponibles pour la plante (Parent et Khiari, 2003). Cette minéralisation de la matière

organique devrait être prise en compte dans les pratiques de fertilisation. Le potentiel de

minéralisation des sols organiques dépend des caractéristiques physico-chimiques et

biologiques et de la qualité de la matière organique. Par exemple, plusieurs études ont

démontré que la minéralisation de l’azote dépendrait fortement des rapports C/N et de la

teneur en matière organique (Hacin et al., 2001 ; Janssen, 1996). Il est donc nécessaire de

caractériser la matière organique dans les sols organiques, en relation avec la libération de

N et de P par minéralisation.

La connaissance de la dynamique de minéralisation de l’azote et du phosphore a souvent

été évaluée par des études en incubation prolongée pour des sols minéraux, forestiers et

différents résidus organiques (composts, fumiers, engrais verts, boues résiduelles)

(Abdallahi et N’Dayegamiye, 1999 ; N’Dayegamiye et al., 1997 ; Whalen et al., 2001 ;

Grierson et al, 1999; Saggar et al., 1998). Les connaissances ainsi obtenues ont permis de

gérer la fertilisation azotée et phosphatée après l’incorporation de ces résidus organiques

dans le sol. L’étude de la dynamique de minéralisation du N et du P dans les sols

organiques cultivés permettrait de développer des indicateurs de libération de ces éléments

nutritifs pour les cultures.

I.1. Objectifs de l’étude

I.1.1. Objectif général Cette étude visait principalement à caractériser les sols organiques de la région de

Montérégie Ouest de manière à proposer une classification de ces sols selon leur potentiel

de minéralisation de l’azote et du phosphore. Nous voulions relier la dynamique de

minéralisation de N et de P de ces sols à des caractéristiques physiques et chimiques plus

facilement mesurables. Ceci permettrait de proposer des critères nécessaires pour une

fertilisation minérale des sols organiques qui tienne compte du potentiel de fourniture du

sol en azote et en phosphore.

3

I.1.2. Objectifs spécifiques

1. Dresser un portrait des sols organiques de la Montérégie Ouest portant sur leurs

caractéristiques physiques et chimiques ainsi que sur leur capacité de minéralisation

de l’azote et du phosphore.

2. Proposer une classification des sols étudiés selon leur pouvoir de minéralisation et

établir des relations entre la minéralisation et les caractéristiques physico-chimiques

des sols, ainsi que des seuils critiques de minéralisation.

3. Évaluer le rendement et les teneurs en azote et en phosphore du ray-grass en serre

afin de déterminer la capacité de ces sols à fournir du N et du P tout au long de la

croissance et analyser la relation entre la quantité et les teneurs en N et P des plants

cultivés et le pouvoir de minéralisation des sols.

I.2. Hypothèses de recherche Trois hypothèses soutiennent cette étude :

1. Les sols organiques présentent un pouvoir élevé de minéralisation de N et de P.

2. La minéralisation de N et P dépend des caractéristiques physiques et chimiques des

sols organiques.

3. La minéralisation permet une réduction des doses usuelles d’engrais N et P par

substitution avec les éléments minéralisés.

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II. Revue de littérature

II.1. Étendue, origine et décomposition des sols organiques

Les sols organiques du Sud-Ouest du Québec s’étendent sur plus de 20 000 ha,

essentiellement dans la zone située dans un rayon de 20 km autour de Barrington, entre

Napierville, Sainte-Clotilde et Hemmingford. Les sols organiques sont formés

principalement de résidus végétaux à des stades plus ou moins avancés de décomposition.

Ces résidus se sont accumulés dans des dépressions remplies d’eau supportant le

développement de plantes aquatiques. Les conditions d’humidité et d’acidité empêchaient

la dégradation de la M.O. qui, en s’accumulant, a progressivement comblé la dépression.

Les joncs et les laîches ont progressivement remplacé les plantes aquatiques, suivis des

mousses ou des carex et des graminées en milieux moins acides. Ces sols sont donc

excessivement riches en M.O., celle-ci pouvant représenter jusqu’à plus de 90 % de la

matière sèche (Browne, 1951). Dans leur rapport pédologique, McKibbin et Stobbe (1936)

indiquaient que les sols organiques de la région de Sherrington - Sainte Clotilde,

correspondant à notre région d’échantillonnage, sont « égaux et supérieurs [en qualité] à

ceux de toute autre région examinée [au Sud-Ouest du Québec] », quant à leur degré de

décomposition, à l’origine de la M.O. qui les constitue, à leur profondeur et à leur acidité.

Le sol minéral sous-jacent provient d’un grès calcaire et est de texture loameuse, mis à part

dans certaines zones restreintes où elle est plus ou moins sableuse ou argileuse. La couche

de terre noire est profonde presque partout (plus de 1,20 m). La décomposition est

intermédiaire en surface et avancée à partir d’une profondeur de 60 cm (McKibbin et

Stobbe, 1936).

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II.2. Formes d’azote et de phosphore dans les sols organiques

II.2.1. Cas de l’azote

Dans la couche supérieure du sol, 92 à 97 % de l’azote se trouve sous forme organique

(No) (Stevenson, 1986), dont 3 à 20 % sont inclus dans la biomasse microbienne (Williams

et Sparling, 1984). Seules de faibles quantités de N sont donc directement disponibles

(NO3- et NH4

+ échangeables). Environ 50 % du No du sol existe sous une forme non

déterminée, notamment en association avec les substances humiques (Stevenson, 1986).

Par hydrolyse acide de sols organiques, Sowden (1978) ont séparé les différentes formes

d’azote organique à des fins d’identification. La teneur en azote total (Nt) était de 15 à 30

mg N g-1 de matière sèche. Les principaux composés identifiables étaient les acides aminés

et les sucres aminés. L’azote se trouvait cependant majoritairement sous forme d’acides

aminés (35 à 50 % de l’azote total) et le pourcentage d’azote sous cette forme était plus

élevé dans les sols mésiques que dans les sols humiques. Les sucres aminés constituaient de

5 à 11 % du Nt et les formes ammoniacées constituaient 8 à 15 % de Nt. Les formes

insolubles constituaient 20 à 30 % de Nt, et les formes hydrolysables non identifiées 5 à 15

% de Nt. Les sols humiques contenaient plus de composés azotés non hydrolysables, en

relation avec le processus d’humification plus poussé dans ces sols. L’azote insoluble dans

l’acide pourrait former des ponts entre des quinones de l’humus (Stevenson, 1986).

De nombreux processus biochimiques règlent les équilibres entre les différentes formes de

N dans le sol. En particulier, la minéralisation et l’assimilation assurent l’équilibre entre les

formes minérales et les formes organiques de l’azote, en fonction des paramètres

physiques, chimiques et biologiques du sol. Isirimah et Keeney (1973) suggèrent que la

majeure partie de l’azote minéralisable provient de la fraction organique soluble dans

l’acide. De 1 à 3 % de l’azote organique serait ainsi minéralisé durant une saison de

croissance, devenant donc disponible pour les plantes. Du fait du turn-over rapide du N,

seule une faible part (0,1 %) du N total serait disponible à un moment donné (Stevenson,

1986).

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II.2.2. Cas du phosphore

Dans les sols organiques du Québec, 67 % du phosphore se trouverait sous forme

organique (Parent et Khiari, 2003). De nombreux auteurs ont quantifié les différentes

formes de phosphore organique (Po) du sol par fractionnement séquentiel. Bowman et Cole

(1976) se sont intéressés à la proportion des différentes classes de stabilité du Po dans cinq

sols sous prairie. Les proportions de Po variaient entre 41 % et 88 % du phosphore total.

Les formes stables constituaient 59 % du Po. La fraction fulvique contribuait à une large

part du Po (47,4 %) et pourrait provenir de matériaux organiques récemment incorporés

aux sols. La fraction humique, quant à elle, était moins importante (11,6%). Les formes

labiles représentaient 41 % du Po.

Les formes de Po les plus courantes dans les conditions naturelles sont les esters d’acide

orthophosphorique (mono- et diesters-P). Les monoesters P sont essentiellement constitués

d’inositol-P (Anderson, 1980) qui peuvent provenir de la végétation de surface ou être

inclus dans la biomasse microbienne et leurs produits métaboliques. Ils se trouvent surtout

sous forme d’hexophosphates, constituant plus de 60 % du Po (Ivanoff et al., 1998).

Certains diesters-P tels que les phospholipides, glycérol phosphates, phosphatidyl choline

et acides nucléiques ont été identifiés en faible quantité (1 à 2 % du Po du sol) et sont

probablement contenus dans la biomasse microbienne (Stewart et Tiessen, 1987, Ivanoff et

al., 1998). Les quantités des différentes formes de Po dépendent généralement du mode

d’extraction choisi, du type de sol, et de sa mise en valeur. Environ la moitié du Po du sol

existe sous une forme qui n’a pas encore été déterminée. La plupart de ces composés non

déterminés pourraient être constituées d’orthophosphates faiblement adsorbés sur les

substances humiques ou liés à celles-ci par des ponts métalliques (Stevenson, 1994).

Le phosphore inorganique est présent surtout à l’état oxydé, principalement sous forme de

complexes avec Ca, Fe, Al et avec les minéraux silicatés. En sol organique, il est

essentiellement fixé sur Al et Fe (Kaila, 1959) et de ce fait le taux de saturation en P de ces

sols pourrait être défini par le rapport molaire (P/ (Al + Fe))MIII (Sims et al., 2002). Les

formes de l’ion phosphate varient avec le pH. Pour des pH de 5 à 8, les formes H3PO4 et

7

PO43- sont négligeables et laissent place à l’équilibre chimique entre H2PO4

- et HPO42-. A

pH 6, 90% des phosphates sont sous forme H2PO4-, contre 60% à pH 7 (Stevenson, 1986).

Seule une petite partie du P du sol est directement ou rapidement disponible pour les

plantes. Elle est constituée par du P soluble, du Po facilement minéralisable et du P

inorganique faiblement adsorbé sur les colloïdes argileux (Stevenson, 1986).

II.3. Teneurs et minéralisation de N et P dans les sols organiques

Les sols organiques contiennent en moyenne 14 Mg N ha-1 (5 à 27 Mg N ha-1),

essentiellement sous forme organique, dans les vingt premiers centimètres du sol (Kaila,

1958 ; Scheffer, 1976). Dans une étude d’incubation aérobie de sols organiques du

Minnesota, Bridgham et al. (2001) ont trouvé une minéralisation, sur 59 semaines et à

30°C, de 67 à 552 mg N kg-1 de sol, représentant 7,8 à 12,3 % de l’azote total du sol. En

comparaison, dans des sols minéraux sous prairie, Sbih et al. (2003) ont trouvé une

minéralisation, sur 56 semaines et à 25°C, de 88 à 235 mg N kg-1 de sol, représentant 6,6 à

22 % de l’azote total de ces sols.

Une fois drainés et cultivés, les sols organiques libèrent d’importantes quantités d’azote.

Ainsi, des pertes annuelles de 37 à 245 kg N ha-1 ont été rapportées en Ontario (Miller,

1979). Les sols organiques peuvent libérer jusqu’à 2000 kg NO3- ha-1 an-1 en Israël

(Avnimelech, 1978) et de 800 à 1500 kg NO3- ha-1 an-1 aux Etats-Unis, ce qui représente

1,3 à 4,2 % de l’azote total du sol (Terry, 1980 ; Guthrie et Duxbury, 1978 ; Terry et Tate,

1980).

Au Québec, les sols organiques contiennent en moyenne 1078 mg P kg-1 (350 à 1960 mg P

kg-1), dont 67 % se trouvent sous forme organique (Parent, 1992). En Caroline du Nord, ils

contiennent en moyenne 730 mg P kg-1 dont 75 % sous forme organique. Bridgham et al.

(2001), dans l’étude d’incubation précédemment citée, ont trouvé une minéralisation de 1,4

à 11,4 mg P kg-1 de sol, représentant 0,7 à 23,8 % du phosphore total du sol.

8

Les pertes de phosphore par lessivage en sols organiques sont plusieurs fois supérieures à

celles enregistrées en sols minéraux. Elles peuvent être attribuées soit à une surfertilisation

soit à la faible proportion des composés de Ca, Al et Fe qui sont des agents de fixation du P

inorganique dans les sols organiques (Porter et Sanchez, 1992). Ainsi, Miller (1979)

rapporte des pertes de 2 à 37 kg P ha-1 an-1 dans les eaux de drainage en Ontario alors

qu’en Floride, 16 à 168 kg P ha-1 sont perdus annuellement, représentant 1 à 20 % du

phosphore total du sol (Reddy, 1993). Le phosphore libéré dans les eaux de drainage

provient de la solubilisation de phosphore inorganique ou de la minéralisation du

phosphore organique. Reddy (1993) rapporte des quantités de phosphore minéralisé de 16 à

185 kg P ha-1 an-1 selon la localisation et les fluctuations saisonnières.

II.4. Facteurs affectant la minéralisation de la matière organique

II.4.1. Niveau de la nappe phréatique Hacin et al. (2001) ont étudié l’effet du niveau de la nappe souterraine sur la minéralisation

de l’azote dans un histosol sous prairie de pH 6,5 à 7 et montrant un rapport C/N de 13-20

et un contenu en M.O. de 27 à 40 %. Ils ont mis en évidence que la minéralisation de

l’azote était proportionnelle à la teneur en M.O. et qu’elle était de 10 à 40 % plus élevée

lorsque le niveau de la nappe était inférieur à 50 cm sous la surface que dans le cas d’une

nappe souterraine située plus près de la surface. Cela confirmait les observations de

Groffman et al. (1996) qui avaient déterminé que les prédicteurs les plus puissants de

l’activité et de la biomasse microbienne étaient le contenu en M.O. et le niveau de la nappe

d’eau. Dans une incubation in situ, Humphrey et Pluth (1996) ont observé une relation

inverse entre la minéralisation de l’azote de tourbières de type fen et la teneur en eau du

sol.

9

II.4.2. Température et humidité

La conversion de N et de P organiques en formes minérales se produit par des

transformations biochimiques effectuées par des micro-organismes. Elle est par conséquent

influencée par les facteurs qui affectent l’activité microbienne. Les facteurs principaux

affectant la minéralisation de l’azote sont la température et l’humidité (Browder et Volks,

1978). Les processus microbiens sont les plus actifs, globalement à des températures

variant de 20 à 35 °C (Kaila et al., 1953 ; Avnimelech, 1971). Grierson et al. (1999) ont

montré que, dans un sol de pinède, une élévation de la température de 15°C à 38 °C

conduisait à une augmentation de 13 à 53 % de la teneur en phosphore minéralisée. Une

élévation de la température de 24 °C à 36 °C double la nitrification (Avnimelech, 1971).

Ainsi la température optimale serait de 30 °C et, en dessous de 5 °C, presque aucune

formation de nitrate ne se produirait par minéralisation (Stevenson, 1986).

L’oxygène et le CO2 nécessaires aux micro-organismes nitrificateurs sont contenus dans

les pores du sol ; par conséquent, une humidité excessive saturant les pores réduit l’aération

du sol et l’activité nitrifiante (Stevenson, 1986). Le maximum de minéralisation serait

atteint à une humidité correspondant à 60 à 80 % de la capacité de rétention d’eau, tandis

que le pic de dénitrification se produirait pour une humidité égale à la rétention en eau

maximale (Scheffer, 1976). Grierson et al (1999) ont montré qu’une augmentation du

potentiel hydrique de -10 kPa à -0,1 kPa, correspondant à une diminution de l’humidité

relative du sol de 35 % à 10 %, conduisait à une augmentation de 38 à 239 % du phosphore

minéralisé dans un sol forestier. L’humidité relative était définie comme le pourcentage du

poids de l’eau dans le sol frais. En sol inondé, la minéralisation anaérobie remplace la

minéralisation aérobie du phosphore, mais le taux de minéralisation est généralement plus

faible (Tate, 1985).

10

II.4.3. Composition et nature de la matière organique

D’un point de vue agronomique, la matière organique peut être répartie en deux groupes,

soient la fraction rapidement minéralisable (fraction légère) et la fraction récalcitrante

(fraction dense) (Tate, 1987). La fraction légère (F.L.) est constituée de la biomasse

microbienne et de la M.O. faiblement décomposée. La fraction dense est constituée par

l’humus. Les contenus en N et en P sont plus élevés dans la fraction à haut poids

moléculaire (P.M.) que dans la fraction à faible P.M. En revanche, les processus de

dégradation conduisent à une perte préférentielle de N et de P de la F.L. (Swift et Posner,

1972). La F.L. présente de fortes teneurs en carbone ainsi qu’un rapport C/N plus élevé

que le sol pris dans son ensemble (Theodorou, 1990). En outre, elle n’est pas reliée à la

matrice minérale du sol (Greenland et Ford, 1964), contrairement à l’humus. Par

conséquent, elle est plus légère et peut être séparée par flottaison. Cette fraction active joue

un rôle majeur dans la dynamique des éléments nutritifs dans le sol car, du fait de l’absence

de protection par les colloïdes du sol, elle présente une vitesse de renouvellement plus

élevée que l’ensemble de la M.O. du sol (Greenland et Ford, 1964). Elle est ainsi

considérée comme très labile (Janzen et al., 1992) et contient une quantité considérable de

matériel végétal subissant une décomposition active conduisant à la minéralisation des

éléments ou à leur conversion en biomasse microbienne ou en substances humiques. Janzen

et al. (1992) ont observé une relation étroite entre la F.L. et la respiration du sol, suggérant

que la F.L. est une source importante de C pour les micro-organismes du sol. Cependant, la

relation entre la F.L. et la minéralisation du N est moins évidente (Boone, 1994). Sollins et

al. (1984) suggèrent que le rapport C/N élevé de la F.L. conduit à une immobilisation de N

en sol forestier. A l’inverse, Curtin et Wen (1999) indiquent que le N de la F.L. est bien

corrélé avec le N potentiellement minéralisable dans un large éventail de sols de la

Saskatchewan. Ils notent pourtant que cette fraction contribue tardivement à la libération de

N indiquant un taux lent de décomposition de la F.L. vis-à–vis de l’azote. Dans une étude

d’incubation de 56 semaines sur des sols minéraux, Sbih (1999) a déterminé que l’azote de

la fraction légère de la M.O. avait diminué de 77 %, tandis que les sols avaient perdu 82 %

de l’azote microbien. Sbih et al. (2003) ont mesuré jusqu’à un tiers de l’azote

11

potentiellement minéralisable libéré durant les 5 premières semaines d’incubation.

L’humus participe dans une moindre mesure à la libération d’éléments : 2 à 5 % du carbone

de l’humus peut être minéralisé chaque année (Fortin et al., 1982). Il constitue plutôt un

réservoir d’éléments nutritifs dans le sol. Ainsi, l’azote libéré pendant les premières

semaines correspond à la fraction active de la M.O., tandis qu’au cours des mois suivants il

y a minéralisation de la fraction plus stable de la M.O.

Les différentes composantes de la M.O. ne se dégradent pas à la même vitesse. Pour les

végétaux, l’ordre est le suivant : protéines > hydrates de carbones > cellulose et

hémicellulose > lignine (Stevenson, 1986). Ainsi, la teneur en ces différents composés

influence directement le taux global de minéralisation de la M.O. Dinesh et al. (2001) ont

trouvé que les teneurs en lignine et en polyphénols influençaient très fortement la

minéralisation de l’azote de sols ayant reçu différents amendements d’engrais verts. Ainsi,

le rapport (lignine + polyphénol) / N expliquait la vitesse de minéralisation et la quantité de

N minéralisé avec un coefficient de corrélation de – 0,80 à – 0,84. La lignine intervient en

formant des complexes avec les protéines, rendant celles-ci résistantes à la minéralisation.

L’inhibition par les polyphénols est en revanche moins bien comprise.

II.4.4. Humification

Le drainage des sols organiques produit des transformations pédogénétiques irréversibles

dans les horizons de surface qui évoluent de la tourbe vers la terre noire (Okruszko et

Illnicki, 2003). Durant la phase initiale de la pédogénèse, la terre noire de surface est

encore riche en fibres et a une épaisseur inférieure à 20 cm. A la fin du processus, elle

atteint une épaisseur supérieure à 30 cm et montre parfois une couche dégradée constituée

de matière organique illuviée et déshydratée (Illnicki et Zeitz, 2003). Pour les sols

eutriques, le taux de minéralisation de l’azote serait de 0,21 à 0,27 kg N ha-1 j-1 durant la

phase initiale de transformation, de 0,77 à 1,35 kg N ha-1 j-1 durant une phase intermédaire

et de 0,47 à 1,01 kg N ha-1 j-1 durant la phase avancée. En présence d’une couche dégradée

et déshydratée, le taux de minéralisation serait de 0,27 à 0,51 kg N ha-1 j-1. L’exploitation

12

agricole peut contribuer à augmenter cette minéralisation d’environ 20 % par rapport à un

sol naturel (Illnicki et Zeitz, 2003). Donc, les sols organiques minéralisent plus fortement

durant les phases intermédiaires et finales du processus de décomposition que durant la

phase initiale et la phase finale en présence d’une couche dégradée, ce qui laisse présager

deux ou trois classes de minéralisation de l’azote.

Par ailleurs, Bridgham et al. (1998) ont trouvé que la densité des sols organiques, associée

à leur humification (Illnicki et Zeitz, 2003), expliquait la minéralisation du carbone et de

l’azote avec un coefficient de détermination de 0,75 à 0,89, tandis que la minéralisation du

phosphore dépendait positivement du pH et des bases échangeables. Le pH joue également

un rôle majeur puisqu’une élévation du pH augmente les taux de minéralisation de C, N et

P en favorisant l’activité microbienne (Halstead et al., 1963). D’autres auteurs indiquent

que la nitrification est très faible à un pH au CaCl2 inférieur à 4,5 (Scheffer, 1976).

II.4.5. Composition élémentaire du sol Les teneurs en azote, en carbone et en phosphore des sols sont les facteurs qui interviennent

de la façon la plus explicite dans la minéralisation du N et du P. Des études ont mis en

évidence une relation positive entre la minéralisation de l’azote et le contenu en C (Griffin

et Laine, 1983) et en N (Marion et Black, 1987) dans les sols. Ainsi, Puustjarvi (1970)

propose un seuil de 17 g N kg-1 au-delà duquel la minéralisation de l’azote organique se

produit. En terme de teneurs en P, l’immobilisation nette survient quand le matériel qui se

décompose contient moins de 0,2 à 0,3 % de phosphore (Stevenson, 1986). Cependant,

bien plus que les teneurs en ces éléments, ce sont leurs rapports qui sont utilisés pour

prévoir la minéralisation de la M.O. Ainsi, Ford et al. (1989) suggèrent que le rapport C/N

du sol est le meilleur prédicteur de la minéralisation de la M.O. Janssen (1996) ont trouvé

une relation linéaire négative la quantité d’N organique minéralisable et le rapport C/N du

sol. Le maximum de décomposition de la M.O. est associé à un rapport C/N inférieur à 29

en sol organique (Puustjarvi, 1970). L’incorporation de résidus de rapport C/N supérieur à

29 conduit à une immobilisation nette de l’azote du sol tandis que l’incorporation de

résidus de rapport C/N inférieur à 10-15 conduit à une minéralisation nette, libérant des

13

quantités importantes d’azote pour la culture subséquente (Alexander, 1977 ; Aulakh et al.,

1991). Parent et Khiari (2003) ont proposé une valeur seuil théorique de VN de – 0,8 au

delà de laquelle la minéralisation se produirait, VN étant le rapport logarithmique centré de

la teneur en azote dans le sol, qui tient compte des teneurs en carbone et en phosphore

organique. D’autres études ont montré que la minéralisation de l’azote de résidus de culture

dépend non seulement de leurs rapports élémentaires mais aussi de leur contenu en

polyphénol et en lignine (Fox et al., 1990 ; Palm et Sanchez, 1991 ; Clément et al., 1995 ;

Hadas et al., 1998). Les résidus lignifiés auraient des effets plus limités sur le taux de

minéralisation de l’azote.

Concernant la minéralisation du phosphore, le rapport C/P organique (C/Po) est un facteur

déterminant (Blair, 1988). Plusieurs auteurs ont trouvé une relation négative entre la

minéralisation du P dans le sol et les fumiers et leur rapport C/Po (Saggar, et al., 1998 ;

Mafongoya et al., 2000). En sol minéral, Stevenson (1986) propose un rapport C/Po

critique de 300 au-delà duquel l’immobilisation nette du P est dominante tandis qu’en

dessous de 200, il y aurait minéralisation nette de P. En sol organique, Daughtrey et al.

(1973) ont trouvé que des sols présentant un rapport C/Po inférieur à 560 subissaient une

minéralisation quatre fois plus importante que des sols dont le rapport C/Po était supérieur

à 1000. Finalement Saggar et al. (1998) ont déterminé un seuil critique de minéralisation du

P correspond à un rapport C/Po de 550 pour un échantillonnage de sols forestiers. Parent et

Khiari (2003) ont proposé une valeur seuil théorique située entre – 4,45 et – 4,20 pour VP,

au-delà de laquelle la minéralisation du Po est observée. VP est le rapport logarithmique

centré de la teneur en phosphore organique dans le sol, qui tient compte des teneurs en

carbone et en azote organique.

II.4.6. Fertilisation

Gurlevik et al. (2004) ont trouvé qu’une fertilisation azotée (224 kg N ha-1) et phosphatée

(56 kg P ha-1) conduisait à une augmentation de 24 % de l’azote minéralisé par rapport au

témoin. Une fertilisation de 400 kg N ha-1 a multiplié par deux à trois fois la minéralisation

14

de l’azote durant les quatre années suivant l’application (Raison et al., 1992). Cette

augmentation pourrait être due au « priming effect », où l’azote ajouté stimulerait la

minéralisation de l’azote natif (Jenkinson et al., 1985). Elle pourrait également être causée

par une immobilisation de l’azote ajouté, suivie de sa minéralisation par décomposition de

la biomasse végétale nouvellement formée (Raison et al., 1992).

En revanche, l’effet de l’ajout de phosphore inorganique par fertilisation sur la

minéralisation de Po est variable. Des auteurs ont rapporté des effets d’immobilisation, de

minéralisation ou l’absence d’effet (Tate, 1985). Grierson et al. (1999) ont trouvé qu’une

fertilisation minérale complète et modérée dans un sol de pinède augmentait la

minéralisation du phosphore de 2 à 70 %. Polglase et al. (1992) ont observé des résultats

similaires. Par contre, Whalen et al. (2001) ont déterminé qu’une application de lisier de

bovins conduisait d’abord à une minéralisation du P suivie d’une immobilisation.

II.4.7. Activité biologique

La minéralisation de l’azote organique en azote minéral utilise plusieurs réactions

chimiques catalysées par différentes enzymes microbiennes (Figure 1).

N organique NH3 NH4

+ NO2- NO3

-

Figure 1 : Dynamique de minéralisation de l’azote dans le sol

Le processus d’ammonification est dirigé essentiellement par des peptidases et des

protéases (Stevenson, 1986) qui transforment l’azote organique en ammoniaque. Ensuite

survient la nitrification, impliquant les bactéries Nitrosomonas et Nitrobacter (Stevenson,

1986), qui conduit à la formation de nitrate, composé final de la minéralisation. La

minéralisation est presque toujours accompagnée d’immobilisation, mais peut également

Nitrosomonas Nitrobacter

Ammonification Nitrification

réorganisation minéralisation

15

être accompagnée de dénitrification en conditions humides ou en présence de matière

organique très fermentescible. La dénitrification consiste en une libération de N2 ou N2O

dans l’atmosphère à partir de NO2-. De ce fait, les teneurs en No accumulées sont le résultat

de la minéralisation nette de la M.O., qui dépend de l’immobilisation de l’azote par la

biomasse du sol. On considère généralement que la quantité d’azote libérée est déterminée

par le taux d’accumulation de l’azote dans le sol défini par le taux de nitrification moins le

taux de dénitrification (Avnimelech, 1971).

Les principales enzymes responsables de la minéralisation du phosphore organique du sol

sont les phosphatases intracellulaires (phosphatases alcalines) et extracellulaires

(phosphatases acides), qui sont responsables de la réaction finale conduisant à la libération

de phosphates à partir d’esters phosphatés (Stevenson, 1986). Les phosphatases acides

présentent leur optimum d’activité à des pH compris entre 4 et 6 tandis que les

phosphatases alcalines sont les plus actives aux pH 9-11 (Stevenson, 1986). En sols

organiques, acides, ce sont donc les phosphatases acides qui sont les plus importantes pour

la minéralisation de Po. L’activité des phosphatases est liée au contenu en carbone

organique du sol, et affecté par l’humidité, le pH et la fertilisation phosphatée du sol

(Stevenson, 1986). L’activité de la phosphatase du sol est inhibée par le cuivre (Mathur et

al., 1980).

II.5. Modélisation de la minéralisation de l’azote et du phosphore

La prévision de la fertilisation azotée et phosphatée repose sur l’évaluation des principaux

termes du bilan de N et de P minéraux des sols. Toutefois, lorsque l’on considère les sols

organiques notamment, il manque un terme important constitué par les quantités de N et de

P libérées suite à la minéralisation de la M.O. et qui peuvent contribuer à l’alimentation des

végétaux. Ainsi, la rationalisation de la fertilisation nécessite une bonne connaissance des

quantités produites et de leur libération au cours de la saison. Cela suppose la connaissance

de la cinétique de minéralisation. Les incubations sous des conditions standard constituent

des méthodes de prédiction de la disponibilité en N et en P du sol car elles utilisent les

16

mêmes agents biologiques qui agissent en conditions réelles. Ces méthodes d’incubation

permettent de caractériser les stocks de N et de P potentiellement minéralisables et leurs

vitesses de dégradation. La détermination séparée de ces deux paramètres exige une durée

d’incubation d’au moins quatre mois (Mary et Rémi, 1979). Frossard et al. (1996)

considère cependant que l’adsorption rapide et difficilement réversible du phosphore sur les

surfaces inorganiques de la matrice du sol rend peu efficace l’approche par incubation pour

déterminer un indice de disponibilité du phosphore dans le sol.

L’utilisation de la production cumulative d’azote inorganique (NH4+, NO3

-) au cours d’une

incubation aérobie à long terme a été pour la première fois proposée par Stanford et Smith

(1972). Ces auteurs ont utilisé la cinétique de premier ordre pour expliquer la quantité

d’azote minéralisé (Nm) au cours du temps (t) en fonction de la quantité d’azote

potentiellement minéralisable (No) et du taux de minéralisation (k) :

Nm = No (1-exp(-kt)) (1)

No : potentiel de minéralisation du sol

k : taux de minéralisation

t : temps en jour

Ce modèle simple considère un compartiment pour l’ensemble des fractions organiques

minéralisables. D’autres modèles plus complexes peuvent considérer deux ou plusieurs

compartiments, mettant alors en jeu des compartiments plus ou moins réfractaires à la

minéralisation dans lesquels le processus d’humification est plus ou moins avancé (fraction

active vs humus) (Deans et al., 1986 ; Bonde et Lindberg, 1988 ; Juma et al., 1984).

Les conditions d’incubation, la durée de l’incubation et le pré-traitement des échantillons

influencent l’estimation des paramètres de minéralisation. Le séchage à l’air des

échantillons suivi d’une re-humectation entraîne une minéralisation intense durant les

premiers jours de l’incubation (Benbi et Richter, 2002). Des changements importants de

température et d’humidité et la manipulation du sol activent aussi la minéralisation durant

les jours suivant la mise en incubation (Stevenson, 1986). Ainsi, Stanford et Smith (1972)

suggèrent que l’azote minéralisé durant les 7 à 14 premiers jours de l’incubation n’est pas

17

représentatif du potentiel de minéralisation du sol du fait de la forte influence du pré-

traitement des échantillons sur la stabilité des échantillons durant cette période. Au cours

de l’incubation, l’alternance de l’hydratation et de l’assèchement augmente la

minéralisation du P (Stevenson, 1986). La température augmente la valeur estimée de No.

La méthode d’extraction et l’humidité du substrat affectent également l’estimation des

paramètres (Benbi et Richter, 2002). La durée de l’incubation pouvant varier de 6 semaines

(Beauchamp et al., 1986) à 56 semaines (Sbih, 1999) conduit à une diminution de

l’estimation de No et à une augmentation de celle de k pour les plus courtes durées (Benbi

et Richter, 2002).

Les paramètres de minéralisation varient grandement d’un type de substrat à un autre. Le

potentiel de minéralisation (No) est généralement plus élevé dans les substrats riches en

matière organiques, tels que les composts, les sols arctiques et les boues d’épuration, où il

peut atteindre plusieurs centaines de milligrammes d’azote par kilogramme (tableau 1). Il

est généralement inférieur à 250 mg N kg-1 dans les sols minéraux. L’incorporation de

fumiers, de résidus végétaux ou d’engrais verts contribue à augmenter le potentiel de

minéralisation et le potentiel initial de minéralisation k*No (Burket et Dick, 1998 ; Janzen,

1987 ; Abdallahi et N’Dayegamiye, 2000). Le potentiel initial de minéralisation est

considéré comme un meilleur indice que No et k pour évaluer la qualité de la M.O.

(Campbell, 1991), et la disponibilité de l’azote (Griffin et Laine, 1983). Il est utile pour

distinguer le pouvoir de minéralisation entre plusieurs systèmes d’exploitation sur un même

sol mais ne permet pas de comparer plusieurs sols de teneurs en M.O. différentes (Burket et

Dick, 1998). En outre, il est fortement relié au carbone et à l’azote du sol (Simard et

N’Dayegamiye, 1993). Des auteurs ont trouvé que la fertilisation inorganique diminuait

(Burket et Dick, 1998) ou augmentait (Campbell et al., 1991) le potentiel initial de


18

Tableau 1 : Estimation des paramètres de minéralisation du modèle cinétique de premier

ordre obtenus dans différentes études

Type de substrat No (mg N kg-1)

k (jours-1)

No* k (mg N kg-1 jours-1)

Référence

Chernozems 35-255 0,005 -0,023 0,59-1,54 Juma et al. (1984) Chernozems noir 103-153 0,014- 0,024 1,56-3,53 Campbell et al. (1991)

Loam 67-106 0,017- 0,020 1,33-2,06 Beauchamp et al. (1986) Sol de grandes

cultures 27-229 0,004- 0,010 0,77-1,80 Mary et Rémi (1979)

Boues d’épuration 145-438 0,003- 0,012 0,89-2,96 Griffin et Laine (1983) Sols de toundra 121-1610 0,032- 0,055 0,43-101,29 Marion et Black (1987)

Compost de fumiers 369-789 0,006- 0,010 2,13-7,17 N’Dayegamiye et al. (1997)

III. Matériel et méthodes

Des échantillons de sols ont été prélevés à une profondeur de 0-20 cm dans 34 sites de sols

organiques cultivés choisis parmi l’ensemble des terres noires situées en Montérégie Ouest,

sans tenir compte de la culture implantée. L’identification et la localisation des sites sont

présentées dans les annexes 1 et 2. Cet échantillonnage, effectué de manière à couvrir

l’ensemble de la région, est basé sur l’historique de défrichement et assure une bonne

représentativité de l’ensemble de terres noires de la région en terme de niveau de

décomposition. Les échantillons ont été caractérisés sur le plan physico-chimique et soumis

à une incubation de longue durée. Parmi ces sols, certains ont ensuite été sélectionnés selon

leur potentiel de minéralisation et utilisés pour des essais en serre avec le ray-grass.

19

III.1. Caractérisation des sols organiques

III.1.1. Analyses physiques

La masse volumique apparente a été mesurée par séchage à 105 °C d’un volume connu de

terre prélevé au moyen d’un cylindre métallique (Culley, 1993). La conductivité électrique

a été déterminée selon la méthode du CPVQ (1988a).

III.1.2. Analyses chimiques Le pourcentage de matière organique a été déterminé par calcination (perte au feu) à

480 °C (CPVQ, 1988b). La détermination du pH (pH tampon, pH au CaCl2) a été effectuée

avec un rapport sol : solution de 1 : 4 (m : v) et un temps d’équilibre de 30 min (Van Lierop

et al., 1983, Van Lierop, 1990). Les éléments totaux ont été extraits selon la méthode de Ali

et al., (1988) par calcination et dissolution dans un mélange d’acide chlorhydrique 5 M et

d’acide nitrique concentré. Le carbone, l’azote et le soufre totaux ont été déterminés par

l’analyseur CNS-Leco 2000. Les éléments disponibles ont été extraits selon la méthode

Mehlich III (Mehlich, 1984; CPVQ, 1988c) tandis que les formes peu solubles ont été

extraites à l’oxalate acide d’ammonium selon la méthode de McKeague (1978). Le

phosphore total (Pt) et le phosphore inorganique (Pi) ont été extraits avec de l’acide

sulfurique (H2SO4 0,5 M), une calcination à 480 °C précédant l’extraction pour l’analyse

du phosphore total (Kuo, 1996). Le phosphore organique a été calculé par différence entre

le Pt et le Pi (Kuo, 1996). Le dosage a été réalisé par spectrophotométrie d’absorption

atomique pour les éléments Ca, Mg, Fe, Mn, Al, Zn, et Cu et par émission dans la flamme

pour K et Na. Le phosphore a été dosé par colorimétrie à 660 nm par la méthode bleue pour

Pi et Pt (Wanatabe et Olsen, 1965) et par la méthode du PB-PC pour l’extraction Mehlich 3

(CPVQ, 1988c).

20

III.1.3. Fraction légère de la matière organique

Un fractionnement densimétrique a été réalisé pour séparer la fraction légère de la fraction

dense (Janzen, 1987, Janzen et al., 1992). Trois g de sol sec ont été broyés et tamisés à

travers un tamis de 0,15 µm, puis mis dans des tubes à centrifugeuse de 30 ml contenant 25

ml de NaI (densité 1,58 g cm-3). Après une agitation de cinq min, une centrifugation de 30

min à 5 000 tours min-1 a été effectuée. La suspension a été filtrée sous vide puis rincée. La

fraction légère ainsi récupérée a été séchée à 70 °C pendant 24 h puis pesée. La

détermination du carbone et de l’azote de la fraction légère a été réalisée au moyen du

CNS-Leco 2000, tandis que le phosphore total a été extrait et dosé comme précédemment

(Kuo, 1996; Wanatabe et Olsen, 1965).

III.1.4. Degré de décomposition

Le degré de décomposition des sols organiques est une propriété importante pour leur

classification et l’utilisation qui en sera faite (Parent et Caron, 1993). Il a été évalué par

plusieurs méthodes physiques et chimiques visant à mesurer le contenu en fibres ou en

humus du sol. L’indice de décomposition au pyrophosphate a été obtenu par la lecture de

l’absorbance à 550 nm, multipliée par 100, d’une solution de matière organique extraite au

pyrophosphate de sodium Na4P2O7 0,025 M (Parent et Caron, 1993). Le pourcentage

volumique de fibres a été mesuré selon la méthode décrite par Parent et Caron (1993). Les

fibres regroupaient l’ensemble des débris, généralement végétaux, retenus par un tamis à

mailles de 150 µm. Le tamisage s’est fait à travers un courant d’eau, avec le matériel frais.

Brièvement, un échantillon frais de 5 ml était déposé dans une demi-seringue et pressé

légèrement pour en extraire l’excès d’eau. Le volume fut évalué visuellement, puis le

matériel fut transféré sur un tamis de 150 µm, lavé sous l’eau courante et frotté légèrement

entre le pouce et l’index jusqu’à ce que l’effluent apparaisse clair. Il fut à nouveau transféré

dans la seringue puis pressé pour en faire sortir l’excès d’eau. Le volume restant

correspondait au volume de fibres frottées. Finalement, le pourcentage de cellulose brute a

21

été déterminé en utilisant un analyseur de fibres Ankom200/220. Un filtre de poids connu

contenant un g de sol tamisé à 1 mm a été plongé à deux reprises dans de l’acétone pour

éliminer les corps gras, séché, puis plongé dans une solution de H2SO4 0,255 N à 100 °C et

agité durant 45 min. Il a ensuite été rincé trois fois durant 10 min chacune dans de l’eau

bouillante sous agitation, puis plongé dans une solution de NaOH 0,313 N, à 100 °C durant

45 min sous agitation. Après rinçage, le filtre fut à nouveau plongé dans l’acétone puis

séché à 105 °C pendant 4 h et pesé. Le pourcentage de cellulose brute fut déterminé comme

le pourcentage du poids final sur le poids de M.O. pondéré par la teneur en matière sèche.

III.1.5. Activité enzymatique

L’activité enzymatique de la phosphatase d’un sol traité au toluène, a été déterminée en

incubant un g de sol à 37 °C en présence d’une solution tamponnée à pH 6,5 ou 11,0 de P

nitro-phényl tétrahydrate de sodium (Tabatabai, 1982). Dû à l’activité enzymatique, il y a

transformation du P nitrophényl incolore en P nitrophénol (jaune). On a mesuré

quantitativement la production de P-nitrophénol liée à l’activité enzymatique de la

phosphatase, par colorimétrie à 410 nm. Les données ont été exprimées en mg P-

nitrophénol kg-1 h-1. L’utilisation de témoins a permis de tenir compte de la coloration

jaune provenant de la M.O. soluble présente dans les extraits.

III.2. Étude en incubation longue

La minéralisation des 34 sols organiques a été étudiée durant une incubation de 240 jours, à

l’obscurité, dans des conditions optimales de température et d’humidité. Des échantillons

de sols frais (400 g) ont été placés dans des contenants d’un litre ouverts et incubés à 25°C

avec une humidité de l’air fixée à 80 %. L’humidité des sols était maintenue autour de 0,6

kg kg-1 par des apports réguliers d’eau distillée. Des extractions périodiques de N et de P

22

ont été effectuées à 9 reprises aux temps 0 jours (0 j), 10 j, 20 j, 30 j, 40 j, 60 j, 90 j, 150 j et

240 j, afin de déterminer les quantités de N et P minéralisées. A chaque date d’extraction,

on a effectué deux répétitions par sol, pour un total de 34 sols * 9 dates * 2 répétitions =

612 échantillons incubés. Chaque échantillon fut utilisé une seule fois.

L’humidité des sols a été maintenue constante de la manière suivante. Au temps 0, des

échantillons de 400 g de chacun des 34 sols ont été introduits dans des contenants percés,

placés dans une bassine d’eau. Par capillarité, l’eau monte dans les pores du sol. Au bout

d’une demi-heure, les sols étaient saturés et les contenants ont été sortis de la bassine de

manière à laisser écouler l’eau en excès. Chaque contenant a été pesé pour déterminer la

capacité de rétention en eau. Comme on souhaite une humidité approximative de 50 à 60 %

de la capacité de rétention en eau, pour chaque sol, la moitié de l’augmentation de poids

observée a été ajoutée à l’ensemble des contenants mis en chambre d’incubation. Le poids

résultant constitue le poids auquel devaient être maintenus les échantillons tout au long de

l’expérience. Pour cela, de l’eau distillée fut apportée tous les quatre jours. Cette fréquence

assurait un minimum de variation d’humidité dans les contenants.

Exemple de calcul : Poids initial pour le sol 1 : 400 g

Poids au bout d’une demi-heure dans la bassine : 498 g

Poids auquel seront maintenus les pots contenant le sol 1 :

400 + 98/2 = 449 g

L’azote minéral (NH4+ et NO3

-) et le phosphore minéral issus de la minéralisation des sols

ont été extraits avec du KCl 2 N (rapport sol : solution de 1 : 5) (adapté de Keeney et

Nelson, 1982) après agitation de 30 min, puis dosés par colorimétrie sur Autoanalyseur

Technicon (Technicon Industrial Systems, 1977; Technicon Industrial Systems, 1978). A la

fin de l’essai d’incubation, les deux derniers échantillons de chaque sol ont été séchés et

analysés pour le pourcentage de M.O., les teneurs en C, N, P totaux, Po, Pi, et l’indice au

pyrophosphate suivant les méthodes énoncées précédemment.

23

III.3. Modélisation de la minéralisation

Une première modélisation de la minéralisation a été effectuée selon une cinétique d’ordre

nul, par la méthode des moindres carrés.

Ne = Ni + T* t (2)

où T est le taux de minéralisation de l’azote (ou du phosphore) exprimé en mg N kg-1 j-1

(ou en mg P kg-1 j-1), Ne est la quantité d’azote extraite au temps t (en mg N k-1) et Ni est la

quantité d’azote extraite au temps initial (en mg N k-1).

Le taux de minéralisation entre deux dates d’extraction est calculé de la façon suivante :

T(tn+1-tn) =nn

nn

tttMexttMext

−−

+

+

1

1 )()( (3)

où T(t2-t1) est le taux de minéralisation moyen entre les temps d’incubation tn et tn+1 et Mext

est la matière minérale (azote ou phosphore) extraite aux temps tn et tn+1.

Une seconde modélisation de la dynamique du N et du P a été effectuée à l’aide du modèle

de minéralisation à un compartiment développé par Stanford et Smith (1972). Les

paramètres estimés étaient les potentiels de minéralisation (No, Po) et les taux de

minéralisation (kn, kp) de l’azote et du phosphore. La modélisation a été réalisée avec la

procédure NLIN du logiciel SAS 8.2. Cette procédure fonctionne par itérations à partir de

valeurs initiales fixées (Campbell et al., 1993). La qualité de l’ajustement a été évaluée au

moyen du coefficient de détermination (r2 = 1 - SCE/SCT ; SCE : somme des carrés de

l’erreur, SCT : somme des carrés totaux).

Ne = No(1-exp(-kt))+Ni (4)

où Ne est la quantité de N (ou P) extraite au temps t (en mg N kg-1), No le potentiel de

minéralisation, k le taux de minéralisation, t le temps et Ni la quantité de N extraite au

24

temps initial (en mg N kg-1). La modélisation a été effectuée à partir des données

d’extraction Ne et non de minéralisation (Nm = [Ne-Ni], la quantité de N (ou P) minéralisé

au temps t), afin d’éviter la présence de données négatives, qui rendraient impossible la

régression exponentielle. Le taux de minéralisation a été exprimé en jour-1. Le potentiel de

minéralisation, de même que Nm, Ne et Ni ont été exprimés en mg N kg-1 (ou en mg P kg-

1) de sol séché à 105 °C.

III.4. Dispositifs expérimentaux pour l’étude de la réponse à la fertilisation : essais en serre

Des essais en serre ont été effectués avec du ray-grass annuel italien (Lolium multiflorum

Lam.), afin de tester la contribution des sols organiques à la nutrition azotée et phosphatée

des plantes en comparaison avec une fertilisation minérale. Le ray-grass est une graminée

qui répond très bien à la fertilisation et qui repousse rapidement après des coupes

successives (Chaminade, 1960 ; Lemaire, 1977). Ainsi, on peut effectuer jusqu’à 6 coupes

dans une saison, ce qui permet de multiplier les mesures d’absorption des éléments nutritifs

par la plante.

Deux essais simultanés ont été conduits, l’un portant sur l’étude de la réponse à la

fertilisation azotée, l’autre sur l’étude de la réponse à la fertilisation phosphatée. Pour

chaque essai, six sols représentatifs de l’ensemble des sols initiaux à l’égard de leur

capacité de minéralisation ont été testés. Le tableau 2 montre les sols qui ont été utilisés

lors des deux essais de fertilisation. L’échantillonnage des sols pour les essais en serre a été

réalisé en automne 2003, après la saison de culture, alors que la caractérisation des sols

avait été réalisée à partir d’un échantillonnage au printemps 2003. Une caractérisation

brève de ces sols a donc été réalisée afin de s’assurer de la conformité entre ces sols et ceux

qui ont été incubés.

Minéralisation de N ou de P Forte

Faible

Tableau 2 : Identification des sols utilisés dans les essais en serre

Dans l’essai sur l’azote, nous tes

la fertilisation azotée. Pour cha

d’azote et un second traitement

l’établissement (au semis) puis l

Tous les autres éléments (P, K, o

non excessive afin qu’ils ne con

sur le phosphore fut effectué se

maintenue à 18°C la nuit et 20

lampes à haute pression de sod

chaque essai. Pour chaque essa

mesures répétées, comprenant ci

six sols et quatre répétitions, pou

18 cm de hauteur, avec un diam

six premiers cm ont été comblés

un rapport perlite : sol de 1 : 2,

finement broyés pour améliorer l

incorporés au sol tamisé à 5 mm

régulièrement déposées en surfac

semis fut fixée à 30 graines par

favoriser le contact sol - semence

des plants furent élagués afin d

effectué par le bas.

Sols utilisés dans l’essai Azote

Sols utilisés dans l’essai Phosphore

19* 8 4 19 2 23

23 4 16 11 9 18

1
* les sols sont identifiés conformément à l’annexe
25

tions la fourniture en azote des sols étudiés et la réponse à

que sol, un traitement témoin ne recevait aucune forme

était fertilisé selon les recommandations en azote pour

’entretien d’une prairie (à chaque coupe) (CRAAQ, 2003).

ligo-éléments) étaient apportés en quantité suffisante mais

stituent pas un facteur limitant dans l’expérience. L’essai

lon le même protocole. La température de la serre était

°C le jour, l’humidité de l’air était fixée à 55 %. Quatre

ium libérant 400 W m-2 étaient installées au-dessus de

i, le dispositif était un plan entièrement aléatoire avec

nq coupes répétées, deux doses d’azote ou de phosphore,

r un total de 48 pots par essai. Les pots utilisés mesuraient

ètre de 16,5 cm à l’ouverture et de 13,5 cm à la base. Les

avec du sol tamisé à 5 mm mélangé avec de la perlite dans

pour réduire le compactage du substrat. Les engrais furent

eur solubilité et l’homogénéité du mélange sol - engrais, et

sur les dix centimètres supérieurs. Les semences furent

e puis recouvertes d’une fine couche de sol. La densité de

pot. L’ensemble fut finalement légèrement compacté pour

. Le volume total de sol était de 2,8 L. Au stade 3 feuilles,

e conserver 18 plants par pot. Un arrosage régulier fut

26

Au semis, les engrais furent apportés à raison de 50 kg N ha-1 sous forme de nitrate

d’ammonium calcique (CAN) (27,5-0-0), 25 kg P2O5 ha-1 sous forme de Super Phosphate

Triple (0-46-0) et 50 kg K2O ha-1 sous forme de muriate de potassium (0-0-60) (tableau 3)

(CRAAQ, 2003). Une dose de 0,13 g d’oligo-éléments fut également apportée. La

composition du mélange était la suivante : Mg (4,70 %), Fe (7 %), Zn (0,40 %), Cu

(0,10 %), B (1,30 %), Mo (0,06 %). Les traitements témoins ne recevaient d’azote ni au

semis, ni après les coupes. La première coupe eut lieu après 32 jours, lorsque les feuilles

atteignirent 30 cm de hauteur. Les plants coupés furent à nouveau fertilisés. A chaque

coupe, le potassium et l’azote ou le phosphore furent apportés à raison de 25 kg ha-1. Ces

apports au semis puis à chaque coupe correspondent aux besoins pour l’établissement et

l’entretien d’une prairie en sol minéral (CRAAQ, 2003). Les feuilles coupées furent pesées,

séchés à 60°C pendant 48 h puis broyées. La matière sèche fut pesée et broyée pour

l’analyse des tissus foliaires. La même opération fut répétée tous les 18 jours durant 4

autres coupes. Les paramètres mesurés étaient les teneurs en N et en P totales des plants,

ainsi que le rendement en matière humide et en matière sèche. L’azote a été analysé avec le

CNS-Leco (CNS Leco 2000). Le phosphore a été obtenu par une digestion à l’acide

nitrique et au peroxyde d’hydrogène (adapté de Anton Paar, 2002), suivie d’un dosage

colorimétrique au vanado-molybdate d’ammonium (Tandon et al., 1967).

Tableau 3 : Apports d’éléments fertilisants dans les essais en serre avec le ray-grass au

semis.

N P K kg N ha-1 kg P2O5 ha-1 kg K2O ha-1

Essai azote 0 ou 50 25 50 Essai phosphore 50 0 ou 25 50

Exemple de calcul des doses d’engrais :

Recommandation : 50 kg N ha-1, soit en CAN : 50*100 / 27,5 = 181 kg CAN ha-1

Densité de semis : 12 kg ha-1 (Représentant en grande culture, Synagri,

communication personnelle)

Poids de 18 graines : 0,0845 g

27

Dose de CAN pour 18 graines : 181 kg CAN ha-1 * 0,0845 g (graines), le tout divisé

par 12.103 g (graines) ha-1= 1,27 g

Selon le même calcul, il a été ajouté 0,77 g de Super Phosphate Triple et 0,58 g de

muriate de potassium au semis et 0,65 g N, 0,38 g de Super Phosphate Triple et

0,29 g de muriate de potassium à chaque coupe.

III.5. Analyses statistiques

III.5.1. Analyses de variance

Pour l’essai d’incubation, compte tenu d’un échelonnement de mesure sur 9 dates

d’extraction, les données ont été soumises à une analyse de variance selon un plan en

mesures répétées. Comme les intervalles de temps entre les dates d’extraction étaient

inégaux, la dépendance entre les dates a été modélisée avec plusieurs matrices de

variances-covariance à l’aide de la procédure mixed de S.A.S. 8.01 (S.A.S. Institute, 1990a

et 1990b). La matrice de variance-covariance modélisant le mieux la dépendance entre les

dates était celle dont le critère d’information de Akaike (AIC) était le plus faible. Les

coefficients des contrastes polynomiaux ont été calculés à l’aide de la procédure IML.

Pour l’expérience en serre, l’échelonnement de mesures est réalisé sur 5 dates de coupes,

régulièrement espacées dans le temps. Les données ont été soumises à une analyse de

variance selon un plan en mesures répétées. Pour cela, la procédure des modèles linéaires

généraux du logiciel S.A.S. 8.01 a été utilisée. Le degré d’indépendance des erreurs

expérimentales fut déterminé par un test de sphéricité. Dans le cas où l’indépendance des

erreurs n’était pas assurée, nous avons utilisé la correction conservatrice de Box sur les

degrés de liberté, qui est la correction la plus sévère.

28

III.5.2. Transformation des données

Les données de composition de la matière organique (C, N et Po) ont été transformées en

rapports C/N et C/P, et en valeurs logarithmiques centrées (VC, VN et VP) en utilisant une

valeur de remplissage R3 pour trois composantes connues et une moyenne géométrique de

la façon suivante (Parent et Khiari, 2003) :

R3 = 1000-(C + N + Po) (g kg-1) (5)

G = (C *N *Po *R)0,25 (6)

Vc3 = ln (C/G) (7)

VN3 = ln (N/G) (8)

VPo3 = ln (Po/G) (9)

L’indice de déséquilibre élémentaire est calculé comme suit:

IC3 = (VC – VC*)/(SC*) (10)

où VC* et SC* sont la moyenne et l’écart-type de la sous-population fortement émettrice de

nitrate ou de phosphate. L’indice de déséquilibre global, qui est distribué comme une

valeur de khi-carré avec autant de degré de liberté que de variable (Ross, 1987) est calculé

comme suit :

χ32 = I 2

3C + I 23N I 2

3Po + I 23R avec 4 degrés de liberté (11)

L’indice de déséquilibre a été calculé de la même façon pour le simplex (C, N).

III.5.3. Classification

Un seuil d’efficacité de la minéralisation a été déterminé en fonction des variables qui y

sont les plus fortement corrélées par la procédure de partition mathématique de Cate-

Nelson (Nelson et Anderson, 1977). Cette procédure a été développée pour ségréguer des

29

données de rendement en deux groupes, selon une caractéristique du sol mesurée, un

groupe pour lequel la probabilité de réponse à la fertilisation est grande, l’autre pour lequel

elle est faible. Par extension, elle peut être utilisée pour séparer une population productive

d’une population moins productive en maximisant la différence entre ces deux populations.

Cette procédure a permis de déterminer un groupe de sols pour lequel la minéralisation est

grande, l’autre pour lequel elle est faible. Un ajustement graphique, visant à maximiser le

nombre de points dans les quadrants positifs était utilisé pour corriger la présence de

données aberrantes. Les moyennes des deux classes ont été comparées à l’aide d’un test de

Student, avec réduction du nombre de degrés de liberté si les variances des classes de sols

étaient significativement différentes les unes des autres d’après le test de Levene.

III.5.4. Modélisation de la minéralisation

La modélisation de la minéralisation a été réalisée à partir des données d’extraction selon

une équation exponentielle :

Nextrait = No(1 – exp(-kt)) + Ninitial. (12)

Nm était ensuite obtenu de la façon suivante :

Nm = Nextrait +Ninital. (13)

Nous avons utilisé la procédure NLIN de S.A.S. 8.01 (S.A.S. Institute, 1990 a et 1990b) qui

fonctionne par itérations successives. Les valeurs de No et k ont été fixées au début de

l’itération respectivement à 1,5 fois la valeur de la teneur en N minéralisé en fin

d’incubation et à 0,1 j-1 respectivement (Campbell et al., 1993).

30

IV. Résultats et discussion

IV.1. L’azote

IV.1.1. Caractérisation des sols organiques

Les statistiques descriptives des caractéristiques physiques et chimiques des sols figurent

dans les tableaux 3 et 4. Les résultats détaillés pour chaque sol se trouvent dans l’annexe 3.

Le contenu des sols en M.O., évalué par la perte au feu, variait entre 292 et 866 g kg-1 de la

matière sèche de ces sols. L’azote total constituait en moyenne 18 g kg-1 avec un écart-type

de 0,3 g kg-1 (tableau 5), soit environ 22,3 Mg N ha-1 (détail du calcul ci-dessous), ce qui

correspond aux valeurs indiquées par Parent et Khiari (2003) qui ont rapporté un intervalle

compris entre 5,2 et 26,6 Mg N ha-1. Le rapport C/N se situait entre 16 et 31, mais

seulement 2 sols avaient un rapport supérieur à 29. Ainsi, on peut s’attendre à ce que la

plupart des sols présentent une bonne capacité de minéralisation, le seuil supérieur de

minéralisation observé dans les sols organiques se situant autour de 29 (Puustjarvi, 1970).

Calcul de la conversion des mg kg-1 aux kg ha-1 :

1 ha = 10 000 m2

Profondeur moyenne de l’horizon Oh : 31 cm

(Parent et al., 1989)

Masse volumique apparente moyenne des sols considérés : 0,4 g cm-3 soit 0,4 Mg m-3

(tableau 4)

Donc 1 ha représente 0,4 Mg m-3 * 31.102 m3, soit 0,4 * 31.102 *103 kg de sol

1 mg kg-1 = 10-6 kg *(0,4 * 31.102 * 103) = 10

31*4,0 kg ha-1 = 1,24 kg ha-1

La conversion est :

1 mg kg-1 = 1,24 kg ha-1

Volume de sol dans un ha : 10 000 * 0,31 = 31.102 m3

31

L’azote organique était significativement relié à l’activité des phosphatases acides et

alcalines du sol (r = 0,48, P < 0,01 et r = 0,34, P < 0,05 respectivement) (tableau 6), qui

sont des indicateurs de l’activité biologique du sol (Parent et MacKenzie, 1985). La

fraction légère (F.L.) de la M.O. constituait entre 23 et 739 g kg-1 du poids du sol (tableau

4) Il s’agit de la fraction de la M.O. qui est impliquée dans les processus de minéralisation

(Sbih et al., 2003). De fait, des corrélations négatives significatives ont été observées entre

la teneur en N de la F.L. et le rapport C/N du sol (r = -0,49, P < 0,01). Ainsi, un faible

rapport C/N était associé à de fortes teneurs en N facilement minéralisable. Le rapport C/N

de la fraction légère était aussi corrélé avec la teneur en N de la F.L. (r = -0,90, P < 0,01).

Le rapport C/N du sol était relié positivement à la quantité de fraction légère dans la M.O.

(r = 0,77, P < 0,01) et à sa teneur en carbone (r = 0,56, P < 0,01) (tableau 6). La fraction

légère de la matière organique est pauvre en cendres et donc généralement plus riche en

carbone que le sol dans son ensemble (Theodorou, 1990), ce qui explique ces dernières

corrélations.

L’indice de décomposition (indice au pyrophosphate) variait entre 16 et 88. Il existait une

corrélation négative (r = -0,52, P < 0,01) entre le pourcentage de cellulose brute et l’indice

au pyrophosphate, ainsi plus la M.O. était condensée, moins il y avait de cellulose brute. En

revanche, on ne notait aucune corrélation significative entre le pourcentage de fibres

volumique et le pourcentage de cellulose brute (tableau 6).

Le pH au CaCl2 des sols séchés à 105 °C, peu variable, était en moyenne de 5,9 (tableau 5),

soit 4 dixièmes plus élevé que ce qu’avaient mesuré Karam et al. (2003) pour un

échantillonnage de 28 sols organiques du Sud-Ouest du Québec. Les valeurs du pH était

corrélées négativement avec la M.O. (r = -0,46, P < 0,01), la fraction légère du sol (r = -

0,55, P < 0,01), ainsi qu’avec la phosphatase acide (r = -0,56, P < 0,01). Dans nos échelles

de pH mesurés (5,5 - 6,5), le pH faible pourrait donc faciliter la minéralisation de la M.O.

32

Tableau 4 : Propriétés physiques, biochimiques et indices d’équilibre des sols organiques.

Propriétés Unités Moyenne Écart-type Médiane Minimum Maximum Analyses pédologiques

Humification - 53,9 18,9 55,2 16,2 88,5 Masse volumiqueapparente g ml-1 0,371 0,101 0,351 0,219 0,653 Fibres frottées % volume 23,3 7,6 25,4 4,4 41,7 Cellulose g kg-1 72 43 73 9 178 M.O. g kg-1 709 140 769 292 866

Analyses biologiques Fraction légère (F.L.) g kg-1 227 164 160 23 739 CF.L g kg-1 481 23 487 404 513 NF.L. g kg-1 18,9 2,8 18,9 15,2 30,5 CF.L / NF.L. - 25,5 8,0 25,6 16,1 31,7 CF.L. / Ctotal - 27,2 16,8 21,7 3,6 78,6 N F.L. / Ntotal - 24,20 17,10 18 3 78 PF.L. mg kg-1 1026 504 988 429 1876 PF.L. / Ptotal - 15,4 10,9 11,4 3,3 51,3 Phosphatase alcaline mg kg-1h-1 613 126 611 273 844 Phosphatase acide mg kg-1h-1 1146 255 1154 448 1929

Rapports organiques élémentaires ou multiples C/N - 22,0 3,2 21,6 16,8 31,2 C/P - 892,0 271,8 856,1 466,1 1435,3 N/P - 40,5 10,9 40,6 23,1 68,6 Po/Pt - 0,32 0,11 0,32 0,14 0,60 Vc2(C, N) - -2,202 0,109 -2,198 -2,495 -1,982 VN2(C, N) - 0,879 0,145 0,900 0,467 1,128 Vc3(C, N, P) - 2,343 0,164 2,353 2,018 2,603 VN3(C, N, P) - -0,737 0,115 -0,742 -0,945 -0,511 VP3(C, N, P) - -4,401 0,215 -4,424 -4,837 -3,948

33

Tableau 5 : Analyses de fertilité et analyses chimiques des sols organiques.

Propriétés Unités Moyenne Écart-type Médiane Minimum Maximum Analyses de fertilité

pH (0,01 M CaCl2) - 5,86 0,36 5,96 4,95 6,57 pH tampon - 6,19 0,38 6,29 5,27 6,88 Conductivité électrique dS *m-1 4,35 2,19 3,65 2,54 13,71 NKCl mg kg-1 39 42 23 5 214 PKCl mg kg-1 20 17 19 1 83 POlsen mg kg-1 239 109 210 81 457 PM3 mg kg-1 366 171 344 120 854 CaM3 mg kg-1 12611 2180 12699 6507 17080 MgM3 mg kg-1 1605 562 1662 638 3419 KM3 mg kg-1 678 242 677 152 1190 FeM3 mg kg-1 609 106 591 426 835 MnM3 mg kg-1 32 10 31 16 57 AlM3 mg kg-1 270 267 150 0 1194 ZnM3 mg kg-1 27 8 27 8 45 CuM3 mg kg-1 20 8 19 7 40 P/(Al+Fe)M3 - 0,61 0,25 0,59 0,13 1,25

Extractions à l'oxalate d'ammonium acide P mg kg-1 933 512 796 181 2246 Al mg kg-1 1757 831 1433 770 5184 Fe mg kg-1 4675 2084 4762 1459 9164 P/(Al+Fe) - 0,20 0,07 0,18 0,08 0,40 Mn mg kg-1 278 149 226 57 659

Extractions au pyrophosphate de sodium Al mg kg-1 307 138 261 109 879 Fe mg kg-1 618 376 581 62 1569

Analyses élémentaires totales C g kg-1 385 74 410 171 486 N g kg-1 17,6 3,3 17,7 8,8 24,5 P mg kg-1 1585 648 1436 682 3479 P inorganique (Pi) mg kg-1 1118 573 1025 279 3004 P organique (Po) mg kg-1 467 155 457 216 871 Ca mg kg-1 30213 6267 30755 13190 45760 Mg mg kg-1 3316 1220 3040 1520 7040 K mg kg-1 1362 661 1095 602 3547 Fe mg kg-1 7339 3695 6305 2190 16880 Mn mg kg-1 338 169 305 71 818 Zn mg kg-1 91 29 88 44 168 Cu mg kg-1 61 19 59 21 102 Al mg kg-1 4641 2676 3662 1769 12216 Na mg kg-1 271 125 244 145 679

Tableau 6 : Coefficients de corrélation de Pearson entre différentes propriétés des sols.

Humifica Fraction Fraction Légère Pase Pase

N C/N pH M.O. C/Po tion Pt Pi Po légère P C N alcaline acide C 0,70** 0,52** -0,48** 0,99** 0,43* 0,02 -0,32 -0,43* 0,22 0,68** -0,47** 0,80** 0,16 0,15 0,48* N -0,23 -0,20 0,73** 0,04 0,07 -0,01 -0,13 0,44* 0,13 -0,20 0,45** 0,61** 0,34* 0,48** C/N -0,40* 0,47** 0,52** -0,08 -0,44** -0,43* -0,22 0,77** -0,39* 0,56** -0,49** -0,20 0,06 pH -0,46** -0,38* -0,02 0,46** 0,50** -0,09 -0,55** 0,49** -0,51** -0,17 0,00 -0,56** M.O. 0,40* -0,13 -0,31 -0,41* 0,23 0,63** -0,46** 0,76** 0,17 0,19 0,48** C/Po -0,13 -0,65** -0,54** -0,74** 0,53** -0,60** 0,45** -0,00 -0,35* -0,05 Humification 0,26 0,24 0,22 -0,100 0,32 -0,12 -0,23 0,68** 0,17 Pt 0,98** -0,57** -0,44** 0,89** -0,48** -0,11 0,35* 0,00 Pi -0,38* -0,47** 0,92** -0,56** -0,15 0,25 -0,11 Po -0,12 0,41* 0,08 0,10 0,52** 0,42* Fraction légère -0,42* 0,70** 0,01 -0,18 0,327 P(F.L.) -0,43* -0,19 0,39* 0,04 C(F.L.) 0,21 0,06 0,47** N(F.L.) 0,06 0,33 Phosphatase alcaline 0,51** Phosphatase acide

C M.O. N C/N Humification pH Phosphatase

alcaline Phosphatase

acide Fraction légère C(F.L.) N(F.L.)

Fibres (vol.)

Fibres (vol.) 0,55** 0,52** 0,38* 0,26 -0,21 -0,22 -0,21 0,28 0,37* 0,60** 0,10 1,00 Cellulose brute -0,33 -0,36* -0,38* 0,01 -0,52** -0,05 -0,51** -0,21 0,13 0,03 0,27 0,09

** corrélation significative au seuil de 1 % * corrélation significative au seuil de 5 % 34

35

IV.1.2. Dynamique de minéralisation de l’azote organique

IV.1.2.1. Teneurs en azote minéralisé

L’azote minéralisé durant les 240 jours d’incubation (Eq. 13) variait entre 20 et 470 mg N

kg-1, représentant entre 30 et 580 kg N ha-1 (en moyenne 261 kg N ha-1) (Tableau 7). Sept

sols ont libéré entre 300 et 470 mg N kg-1. Les trois quarts des sols ont libéré entre 100 et

290 mg N kg-1 en 240 jours. Ces quantités d’azote minéralisées étaient semblables à celles

qu’avaient mesurées Bridgham et al. (1998) en sols organiques naturels. Cependant, elles

représentaient 0,15 à 2,75 % de l’azote total des sols, contre 3,6 à 12,4 % de Nt dans la

précédente étude. Elles étaient également semblables aux quantités d’azote minéralisées en

sol minéral (Simard et N’Dayegamiye, 1993; Abdahalli et N’Dayegamiye, 2000; Whalen et

al., 2001) et dans les composts (N’Dayegamiye et al., 1997). Par contre, les quantités

minéralisées représentaient de 6 à 30 % de Nt dans les sols minéraux durant une incubation

d’environ 390 jours (Sbih et al., 2003; Simard et N’Dayegamiye, 1993). Ainsi, même si les

quantités d’azote minéralisées étaient équivalentes, les sols organiques montraient un

pouvoir de minéralisation plus élevé à long terme du fait de leur plus grande richesse en

azote. La conversion d’azote organique en nitrates a très largement dominé, puisque seuls

de rares cas ont été observés, en début d’incubation, pour lesquels il y a eu également

production d’ammonium (jusqu’à 100 mg NH4+ kg-1 de sol au temps initial pour le sol no.

8). En deux mois d’incubation, période correspondant à la saison de culture de la laitue, qui

est une production majeure dans les sols organiques du Sud-Ouest du Québec, 10 sols

avaient libéré plus 100 kg N ha-1 et 7 sols avaient libéré entre 50 et 100 kg N ha-1. Or, en

considérant un rendement moyen de la laitue, toutes variétés confondues, de 45 T ha-1

(Prisme consortium, communication personnelle) et un prélèvement azoté de moyen de 2,2

kg N Mg-1 (CRAAQ, 2003), la laitue prélève 100 kg N ha-1 par saison de croissance. La

contribution de la minéralisation à la fertilité des sols est donc très importante.

Tableau 7 : Teneurs en azote extrait et minéralisé aux points de contrôle de l’incubation de 240 jours Azote extrait au cours de l'incubation Azote minéralisé au cours de l'incubation

sol 0j 10j 20j 30j 40j 60j 90j 150j 240j 10j 20j 30j 40j 60j 90j 150j 240j 1 82 68 108 110 105 114 136 110 381 -14 26 27 23 32 53 28 299 2 20 25 56 35 42 66 88 203 251 4 36 14 22 46 67 183 230 3 46 69 68 73 120 98 326 296 220 23 21 27 74 52 280 250 174 4 20 32 37 45 76 104 138 218 329 12 17 25 56 84 118 199 309 5 18 11 11 14 17 27 25 52 119 -7 -7 -4 -2 9 7 34 101 6 127 185 170 160 162 168 166 281 279 58 43 33 35 41 39 154 152 7 8 8 11 9 8 4 7 17 59 0 4 1 0 -4 -1 9 51 8 214 162 286 308 266 366 476 654 511 -51 72 94 52 153 263 441 297 9 27 23 12 15 10 5 6 27 51 -4 -14 -12 -17 -22 -21 0 24

10 64 83 89 96 118 148 183 230 193 19 25 33 54 85 119 166 129 11 30 20 34 29 36 31 43 57 201 -10 4 -1 6 2 13 27 171 12 22 40 27 44 30 29 97 108 223 17 4 22 8 6 75 85 200 13 106 123 164 174 176 333 224 323 326 16 57 68 69 227 118 216 220 14 76 93 59 93 79 86 136 172 205 17 -18 16 3 10 60 96 129 15 28 29 26 27 29 19 42 69 138 1 -2 -1 1 -9 14 40 109 16 12 18 10 20 19 12 21 66 105 6 -2 8 8 0 10 54 93 17 5 6 8 11 13 24 35 49 126 1 4 6 9 19 31 44 121 18 11 6 7 9 18 56 31 65 172 -5 -5 -2 7 44 19 53 160 19 39 53 77 96 158 158 164 311 304 14 37 57 119 119 124 271 264 20 30 47 59 74 105 145 128 272 503 17 29 44 75 115 99 242 473 21 7 18 26 28 54 74 125 133 177 10 19 21 47 67 118 126 169 22 28 26 18 18 20 4 22 82 185 -3 -11 -11 -9 -24 -6 53 157 23 23 35 30 19 26 38 47 124 325 13 8 -4 3 16 25 102 302 24 24 36 48 46 98 119 128 214 185 12 24 21 73 95 103 190 161 25 85 103 81 101 189 146 171 258 283 18 -3 17 104 62 86 173 198 26 21 19 41 31 65 109 141 115 328 -1 20 10 44 88 120 95 307 27 9 26 23 23 59 41 66 79 189 17 14 14 51 32 57 70 180 28 22 40 41 41 17 118 145 65 134 18 19 19 -5 95 122 42 112 29 18 41 33 34 109 130 149 162 454 23 15 16 90 111 131 144 436 30 9 13 22 39 61 34 89 110 246 4 13 30 52 25 80 101 237 31 28 38 30 19 18 17 65 115 164 9 2 -10 -10 -12 37 86 136 32 20 29 27 31 28 56 99 70 134 9 7 11 8 36 80 50 114 33 23 27 29 25 17 51 82 101 159 5 6 3 -5 29 60 79 137 34 37 73 91 128 123 114 217 272 504 36 55 91 86 77 181 236 467

36

37

IV.1.2.2. Modélisation selon une cinétique d’ordre nul

L’analyse de la variance en mesures répétées de l’azote extrait des sols incubés pour chaque

période d’échantillonnage a été réalisée au moyen de la matrice de variance-covariance de

type non structuré (un(2)), qui assurait le critère de Akaike le plus petit (3105,0). Les sols

montraient un effet significatif (P < 0,01), ainsi que la date d’extraction (P < 0,01) et

l’interaction entre la date et le sol (P < 0,05). Seul l’effet linéaire du temps était significatif

(P < 0,01), indiquant que la comparaison entre les sols devrait être faite en considérant les

taux d’émission d’azote, ou taux de minéralisation (Eq. 3). Une cinétique d’ordre nul a été

appliquée aux données d’extraction de chaque sol (Eq. 2). La médiane du coefficient de

détermination était de 0,88, indiquant un bon ajustement du modèle linéaire aux données.

L’évolution linéaire moyenne des émissions de l’azote dans les 34 sols organiques du

Québec est présentée à la figure 2. Tabatabai et Al Khafaji (1980) et Addiscott (1983)

avaient déjà trouvé que la cinétique d’ordre nul s’ajustait mieux que la cinétique de premier

ordre à des données de minéralisation prises sur des sols n’ayant subi aucun séchage à l’air

avant la mise en incubation. Les taux de minéralisation moyens estimé selon le modèle

d’ordre nul étaient échelonnés entre –0,16 et 1,91 mg N kg-1 j-1 (soit entre –0,20 et 2,37 kg

N ha-1 j-1) (tableau 8), et la teneur moyenne initiale montait en moyenne à 39 mg N kg-1.

Cinq sols ont présenté un taux de minéralisation moyen sur 240 jours supérieur à 2 kg N ha-

1 j-1, et dix sols avaient un taux de minéralisation moyen compris entre 1 et 2 kg N ha-1 j-1.

Un seul sol présentait un taux de minéralisation de l’azote négatif (-0,16 mg N kg-1 j-1), qui

traduit une immobilisation nette de l’azote. Or c’était le seul sol dont le rapport C/N

dépassait 30, ce qui appuie la valeur C/N critique de 29 proposée par Puustjarvi (1970) pour

la minéralisation du N en sol organique. Le taux de minéralisation était en moyenne de 0,84

mg N kg-1 j-1, ce qui correspondait à 1,04 kg N ha-1 j-1 ou 385 kg N ha-1 an-1 (de 171 à 486

kg N ha-1 an-1). Lors d’une incubation en colonne à 23°C de quatre sols organiques de l’État

de New York pendant 29 jours, trois sols montraient une émission linéaire moyenne

extrapolée à 365 jours de 536 kg N-NO3 ha-1 an-1 et un sol montrait 301 kg N-NO3 ha-1 an-1

(Guthrie et Duxbury, 1978). La plus faible minéralisation fut attribuée à un drainage

déficient de la colonne de sol.

38

y = 0,84x + 38,53R2 = 0,999

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240Temps (jours)

Em

issi

on d

e ni

trate

s (m

g N

kg-1

)

Figure 2 : Émissions moyennes d’azote (N-NO3 et N-NH4) au cours de l’incubation de 34

sols organiques (la barre verticale représente deux erreurs-types soit 2* )2*34/(MCE ).

Tableau 8 : Taux de minéralisation journalier moyen de l’azote (TN), calculé selon une cinétique d’ordre nul.

sol TN R2 sol TN R2 sol TN R2 sol TN R2 mg N kg-1 j-1 mg N kg-1 j-1 mg N kg-1 j-1 mg N kg-1 j-1

1 0,76 0,74 10 1,06 0,72 19 1,80 0,87 28 0,60 0,452 0,82 0,95 11 0,32 0,80 20 1,74 0,97 29 1,77 0,903 1,57 0,51 12 0,56 0,92 21 1,00 0,91 30 0,94 0,944 1,34 0,99 13 1,61 0,64 22 0,14 0,81 31 0,24 0,895 0,19 0,90 14 0,41 0,90 23 0,59 0,87 32 0,49 0,846 0,70 0,78 15 0,20 0,88 24 1,23 0,79 33 0,40 0,967 0,07 0,72 16 0,23 0,90 25 1,35 0,86 34 1,89 0,978 1,91 0,68 17 0,36 0,94 26 1,20 0,89 9 -0,16 0,43 18 0,43 0,89 27 0,80 0,91

IV.1.2.3. Modélisation selon une cinétique de premier ordre

L’ajustement à une cinétique de premier ordre (Eq. 4) a été réalisé pour chacun des 34 sols

à l’étude. Les paramètres estimés et les coefficients de détermination figurent dans le

tableau 9. Le coefficient de détermination moyen était faible (r2 = 0,56), ce qui provient

essentiellement du fait qu’au bout de 240 jours, le plafond de minéralisation n’avait pas

encore été atteint. Le potentiel de minéralisation No valait 2374 mg N kg-1 en moyenne,

39

représentant 12,5% de l’azote total. Le taux k était quant à lui de 0,008 jours -1. Les taux de

minéralisation étaient plutôt faibles si on les comparent avec les valeurs retrouvées dans la

littérature comprises entre 0,02 à 0,15 semaine-1 (soit 0,003 à 0,020 j-1) (Juma et al., 1984;

Burket et Dick, 1998; N’Dayegamiye et al.,1997; Sbih et al., 2003) (Tableau 1). En

revanche, les potentiels de minéralisation étaient nettement plus élevés qu’en sols minéraux

où un maximum de 250 mg N kg-1 est généralement observé (Juma et al., 1984; Campbell

et al., 1991; Beauchamp et al., 1986; Sbih et al., 2003). Les sols organiques libéreraient

donc une très grande quantité d’azote sur une plus longue durée et à un rythme lent. La

vitesse initiale de minéralisation (k*No) constitue un indice du pouvoir de minéralisation

du sol (Campbell et al., 1991). En moyenne, elle était de 0,91 mg N kg-1 j-1, ce qui était

similaire au taux de minéralisation moyen estimé en considérant une cinétique d’ordre nul,

dans la section précédente, qui était de 0,84 mg N kg-1 j-1. La vitesse initiale de

minéralisation était comprise entre –1,46 et 3,84 mg N kg-1 j-1. L’intervalle retrouvé dans la

littérature est de 0,43 à 101,9 mg N kg-1 j-1 mais la plupart des valeurs étaient inférieures à

3,57 mg N kg-1 j-1 (Juma et al., 1984 ; Beauchamp et al., 1986 ; Griffin et Laine, 1983;

Campbell et al., 1991 ; N’Dayegamiye et al., 1997 ; Marion et Black, 1987).

Tableau 9 : Paramètres de minéralisation de l’azote des 34 sols, déterminés selon une cinétique de premier ordre.

Sol No (mg N

kg-1) k

(jour-1) k*No

(mg N kg-1 j-1) r2 Sol No (mg N kg-1)

k (jour-1)

k*No (mg N kg-1 j-1) r2

1 2441 0,0002 0,50 0,41 18 1447 0,0002 0,26 0,472 15607 0,0000 0,69 0,75 19 335 0,0075 2,51 0,663 243 0,0119 2,89 0,52 20 8603 0,0001 1,22 0,694 8104 0,0002 1,32 0,95 21 217 0,0063 1,38 0,905 764 0,0002 0,16 0,51 22 665 0,0002 0,13 0,256 270 0,0038 1,02 0,60 23 2113 0,0002 0,41 0,347 245 0,0002 0,05 0,25 24 200 0,0096 1,92 0,828 420 0,0091 3,84 0,60 25 305 0,0046 1,42 0,739 -9 0,1700 -1,46 0,03 26 5492 0,0001 0,81 0,67

10 159 0,0126 2,00 0,82 27 3823 0,0001 0,45 0,6611 975 0,0002 0,19 0,35 28 103 0,0136 1,40 0,2912 2705 0,0002 0,43 0,40 29 6744 0,0002 1,11 0,7013 229 0,0149 3,41 0,72 30 4119 0,0002 0,62 0,7314 4948 0,0001 0,35 0,48 31 1413 0,0002 0,26 0,5115 615 0,0002 0,12 0,32 32 267 0,0022 0,58 0,6116 278 0,0002 0,05 0,45 33 3433 0,0001 0,34 0,5717 1413 0,0002 0,26 0,63 34 2036 0,0001 0,15 0,64

40

Les paramètres de minéralisation de l’azote ont été corrélés entre eux et avec les propriétés

des sols (tableau 10). Le potentiel et la vitesse de minéralisation (No et k) étaient

indépendants l’un de l’autre (r = -0,19). Un tel constat avait déjà été réalisé par Curtin et

Wen (1999). Le potentiel de minéralisation de l’azote (No) était corrélé avec les teneurs en

azote du sol et de la fraction légère (r = 0,41, P < 0,05 et r = 0,43, P < 0,05

respectivement), et avec la phosphatase alcaline (r = 0,46, P < 0,05). Il dépendait donc

essentiellement de la richesse du sol en N et de l’activité microbienne. Le taux de

minéralisation (k) était fortement corrélé au pourcentage de fraction légère et au rapport

C/N. Ainsi, une grande quantité de matériel facilement décomposable et riche en carbone

(fraction légère) conduisait à une minéralisation intense de la M.O. qui se traduisait par un

fort taux de minéralisation k. Le potentiel initial de minéralisation (k*No) était fortement

corrélé avec le taux moyen de minéralisation de l’azote (TN) (r = 0,76, P < 0,01). Les deux

grandeurs expriment un taux quotidien de minéralisation de l’azote, l’un selon une

cinétique de premier ordre et l’autre selon une cinétique linéaire. Ces deux modélisations de

la minéralisation sont donc bien reliées entre elles.

Tableau 10 : Coefficients de corrélation de Pearson entre les paramètres de minéralisation

et les propriétés des sols.

k k*No TN C N C/N pH F.L. C (F.L.) N(F.L.) FibresPase

alcaline Pase acide

No -0,19 -0,09 0,21 0,13 0,41* -0,30 0,17 -0,14 0,09 0,43* -0,03 0,46* 0,30

k -0,26 -0,22 0,24 -0,12 0,53** -0,28 0,58** 0,24 -0,17 0,05 -0,28 0,02

k*No 0,76** 0,32 0,27 0,06 -0,41* 0,15 0,36* 0,23 0,35* -0,02 0,17 ** corrélation significative au seuil de 1 % * corrélation signitificative au seuil de 5 %

Comme la minéralisation de l’azote est le mieux expliquée par une cinétique d’ordre nul,

c’est le taux de minéralisation estimé par cette méthode qui sera le paramètre de

minéralisation étudié dans les sections suivantes.

41

IV.1.3. Mise en relation avec les propriétés des sols

Une analyse de corrélation entre les taux de minéralisation TN et les propriétés des sols a

été effectuée (Tableau 11). La minéralisation du N était positivement corrélée à la M.O. (r

= 0,45, P < 0,01), de même qu’à la teneur en carbone et en azote (r = 0,45, P < 0,01 et r =

0,46, P < 0,01, respectivement). Cela confirme le résultat de Bridgham et al. (2001), qui

avaient déterminé que la minéralisation de l’azote en sol organique était fortement corrélée

à la richesse en N du sol. Cependant, ce sont les teneurs en C et en N dans la fraction légère

de la M.O. qui étaient les propriétés des sols les plus fortement reliées à la minéralisation

du N (r = 0,51, P < 0,01, dans les deux cas). Ce résultat est en accord avec ceux de Janzen

(1987) et Sbih (1999) qui montrent que la fraction légère de la M.O. est fortement

minéralisable et contribue à la dynamique du carbone et de l’azote du sol. Les indices

d’équilibres nutritifs (χ 22

et χ32 ) étaient aussi corrélés avec le taux de minéralisation de

l’azote. En revanche, le degré d’humification des sols n’était pas déterminant. C’était

également le cas du rapport C/N, contrairement aux observations de plusieurs chercheurs

(Janssen, 1996 ; Mafongoya et al., 2000; Aulack et al., 2000). Notons que l’éventail des

rapports C/N de notre étude était assez faible (22 en moyenne, avec un écart-type de 4) par

rapport à celui des études précédemment citées (écart-types de 8,3 à 11,6 pour des

moyennes de 19,7 à 25,2), et il se situait dans un intervalle favorable à la minéralisation du

N (Allison, 1973 ; Aulack et al., 1991), ce qui pourrait expliquer que ce facteur fut non

discriminant dans notre situation. En revanche, les rapports logarithmiques VN2 et VN3

étaient fortement reliés au taux de minéralisation (r = 0,43 et 0,47, respectivement, P < 0,01

dans les deux cas). Ces rapports expriment la teneur en N par rapport à l’ensemble des

autres composantes chimiques du sol et non seulement par rapport au carbone comme dans

le cas du rapport C/N. La minéralisation du N dépendrait donc bien de l’équilibre entre

l’azote et les autres éléments nutritifs du sol. Le pH était négativement corrélé à la

minéralisation de l’azote. Dans un intervalle de pH de 3,6 à 6,6, Verhoeven et al. (1990)

avaient également trouvé une faible relation négative entre la minéralisation de l’azote et du

phosphore des tourbes et leur pH. Généralement, une augmentation du pH favorise la

minéralisation de la M.O. par stimulation de l’activité biologique (Halstead et al., 1963).

42

Ainsi, les sols ayant un pH élevé ont subi une minéralisation qui a conduit à une diminution

des quantités de N minéralisable et donc de la minéralisation. En revanche, les sols

présentant un pH plus faible contenaient encore un pool potentiellement minéralisable

important, qui a été minéralisé en présence de conditions de température et d’humidité

favorables à l’activité microbienne. Cela expliquerait la relation négative entre le pH et la

minéralisation de N et du P.

Tableau 11 : Coefficients de corrélation de Pearson entre le taux de minéralisation de l’azote et les propriétés des sols.

TN Coefficient de corrélation Valeur P

M.O. r = 0,45 P < 0,01 C r = 0,45 P < 0,01 N r = 0,46 P < 0,01

C/N r = 0,06 P > 0,05 F.L. r = 0,22 P > 0,05 C(F.L.) r = 0,51 P < 0,01 N(F.L.) r = 0,51 P < 0,01 pH r = -0,50 P < 0,01

pH tampon r = -0,49 P < 0,01 Phosphatase acide r = 0,43 P < 0,05

Fibres r = 0,35 P < 0,05 Cellulose r = 0,37 P < 0,05

Humification r = -0,11 P > 0,05 VC3 r = 0,37 P < 0,05 VN3 r = 0,47 P < 0,01 χ

32 r = -0,40 P < 0,05

VC2 r = 0,38 P < 0,05 VN2 r = 0,43 P < 0,05 χ

22 r = -0,39 P < 0,05

IV.1.4. Classification des sols selon le taux de minéralisation de N

La procédure de partition de Cate et Nelson (Nelson et Anderson, 1977) a été réalisée à

partir des taux de minéralisation de l’azote TN et des caractéristiques du sol qui y étaient

bien corrélées (Tableau 11), soient les pourcentages de carbone et d’azote totaux et dans la

fraction légère, ainsi que les rapports logarithmiques VC2, VN2, VC3 et VN3 et les indices de

déséquilibre nutritif. Les relations entre le C du sol et de la fraction légère et le taux de

minéralisation de l’azote (figures 3 et 4) indiquaient que la sous-population fortement

43

minéralisatrice produirait plus de 0,80 mg N kg-1 j-1, soit plus de 0,99 kg N ha-1 j-1. La

relation entre le taux de minéralisation du N et la teneur en N dans le sol (figure 5)

permettait de fixer un seuil de minéralisation légèrement plus faible (0,73 mg N kg-1 j-1). Le

seuil critique d’efficacité de la minéralisation serait donc proche du taux moyen de

minéralisation des 34 sols considérés, situé à 0,84 mg N kg-1 j-1.

Figure 3 : Relation entre le taux de minéralisation de l’azote et la teneur en carbone du sol.

Figure 4 : Relation entre le taux de minéralisation de l’azote et la teneur en carbone dans la

fraction légère du sol.

- 0 ,2

0 ,0

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

1 ,0

1 ,2

1 ,4

1 ,6

1 ,8

2 ,0

1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0T e n e u r e n C d u s o l (g C k g -1 )

Taux

de

min

éral

isat

ion

du N

(mg

N k

g-1 j-1

)

-0 , 2

0 , 0

0 , 2

0 , 4

0 , 6

0 , 8

1 , 0

1 , 2

1 , 4

1 , 6

1 , 8

2 , 0

4 0 0 4 2 5 4 5 0 4 7 5 5 0 0 5 2 5C F .L (g C k g -1 )

Taux

de

min

éral

isat

ion

du N

(mg

N k

g-1

j-1)

44

Figure 5 : Relation entre le taux de minéralisation de l’azote et la teneur en azote du sol.

Les normes CND ont été calculées à partir de la sous-population ayant un fort pouvoir de

minéralisation (TN supérieur à 0,80 mg N kg-1 j-1). Ces normes correspondent aux moyennes

et aux écart-types des valeurs logarithmiques centrées de C, N et P organiques de cette

sous-population (tableau 12). Elles permettent de calculer les indices de déséquilibre

nutritif des sols basés sur les simplex organiques (C, N, R) ou (C, N, P, R) (Eq 10 et 11).

Tableau 12 : Normes CND pour les simplex (C, N, R) et (C, N, P, R) de la matière

organique.

Variable Moyenne Ecart-type VC2 -2,152 0,08 VN2 0,957 0,09 VR2 1,204 0,06 VC3 2,416 0,14 VN3 -0,685 0,10 VP3 -4,414 0,19 VR3 2,683 0,06

La valeur critique de VN3 était de –0,80, tel que le proposaient Parent et Khiari (2003). La

valeur critique de l’azote était de 17,2 g N kg-1 confirmant celle de 17 g N kg-1 proposée par

Puustjarvi (1970). La valeur critique de 6,80 déterminée pour l’indice de déséquilibre

nutritif basé sur deux éléments χ 22 a été validée en utilisant le seuil de minéralisation de 17

g N kg-1 et le rapport C/N critique de 29 proposés par Puustjarvi (1970). Ces deux valeurs,

-0 ,2

0 ,0

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

1 ,0

1 ,2

1 ,4

1 ,6

1 ,8

2 ,0

5 1 0 1 5 2 0 2 5T e n e u r e n N d u s o l ( g N k g -1 )

Taux

de

min

éral

siat

ion

du N

(mg

N k

g-1

j-1)

45

associées à une teneur en carbone de 49 g C kg-1, étaient caractérisées par une valeur de

χ 22 de 6,80, ce qui valide à la fois notre seuil critique de 6,80 et les normes CND que nous

avons établies.

Les taux de minéralisation moyens des classes de minéralisation faible et forte distinguées à

partir des valeurs seuils de C, N, CF.L., NF.L., M.O., les rapports logarithmiques et les indices

de déséquilibre ont été comparés afin de déterminer si ces propriétés permettaient de

discriminer les sols selon leur taux de minéralisation (tableau 13). Ainsi, le carbone de la

fraction légère et l’indice de déséquilibre distribué comme une variable du χ2 et évalué avec

deux ou trois propriétés (C et N, ou C, N, et Po) étaient les propriétés qui assuraient la

meilleure discrimination (t de Student > 5).

Tableau 13 : Comparaison des taux de minéralisation moyens des classes discriminées.

Propriétés Seuil Taux de minéralisation moyen

Intervalle de valeurs < seuil > seuil

t de Student

C 372 g kg-1 171 à 486 0,434 (13 §) 1,091 (21) 4,37, P < 0,01 N 17,2 g kg-1 8,8 à 24,5 0,511 (14) 1,070 (20) 2,97 , P < 0,01

CF.L. 474 g kg-1 404 à 513 0,364 (11) 1,067 (23) 5,11, P < 0,01 NF.L. 19,7 g kg-1 15,2 à 30,5 0,699 (27) 1,382 (7) 2,99, P < 0,05 M.O. 678 g kg-1 292 à 866 0,433 (13) 1,091(21) 4,37, P < 0,01

VN2 (¡) -2,213 -2,495 à -1,98 0,681 (15) 0,965 (19) 1,39, P > 0,05

VC2 0,835 0,47 à 1,13 0,514 (13) 1,042 (21) 2,72, P < 0,05 χ

22 6,80 0,08 à 246 1,154 (20) 0,391 (14) 5,21, P < 0,01

VC3 2,30 2,02 à 2,60 0,574 (13) 1,005 (21) 2,36, P < 0,05 VN3 -0,80 -0,94 à -0,51 0,362 (11) 1,068 (23) 4,85, P < 0,01 χ

32 5,16 0,25 à 212 1,206 (18) 0,428 (16) 5,10, P < 0,01

§ : nombre de sols dans la classe (¡)VN2, VC2, VC3, VN3, rapports logarithmiques centrés ; χ

22 , χ

32 , indices de déséquilibre nutritif

Le tableau 14 montre le taux de succès de la discrimination entre les classes de

minéralisation faible et forte distinguées selon les propriétés significativement

discriminantes au seuil de 5 %. Le taux de succès pour chaque propriété a été évalué

comme le pourcentage de sols correctement classés. Un sol correctement classé était situé

dans les cadrans supérieur droit ou inférieur gauche dans les diagrammes de répartition du

taux de minéralisation en fonction des propriétés des sols, la limite entre les cadrans

46

correspondant aux seuils critiques de minéralisation (figures 3, 4 et 5). L’indice de

déséquilibre évalué avec deux ou avec trois propriétés fut la propriété qui assurait le plus

grand succès dans le classement des sols (85 % et 88 % respectivement). L’indice χ 23

assurait de meilleurs résultats que l’indice χ 22 , cependant il nécessite de déterminer la

teneur en phosphore organique dans l’échantillon, ce qui ne fait généralement pas partie des

analyses de routine des sols. En outre, le calcul des indices nécessite la prise en compte

d’une population de tête ainsi que des données de minéralisation de l’azote. Il est donc

souvent plus intéressant de considérer des propriétés plus facilement mesurables. Parmi

celles-ci, la teneur en C dans le sol permettait le meilleur succès dans le classement des sols

(82 %). Comme le sol montrant un rapport C/N supérieur à 30 était mal classé selon les

teneurs en C, l’ajout de la condition C/N < 30 améliorait le taux de succès du classement à

85 % pour le C. Dans la plupart des cas, les sols dont les propriétés avaient des valeurs

supérieures aux valeurs seuils (ou inférieures dans la cas des indices de déséquilibre

nutritif) étaient plus difficiles à classer que les sols dont les propriétés avaient des valeurs

inférieurs aux valeurs seuils.

Tableau 14 : Taux de succès du classement des sols.

Propriétés Seuil Minéralisation < 0,8 mg N kg-1 j-1

Minéralisation > 0,8 mg N kg-1 j-1

Succès

< valeur seuil > valeur seuil < valeur seuil > valeur seuil C 372 g kg-1 13 6 0 15 82 % N 17,2 g kg-1 12 5 2 15 79 %

CF.L. 474 g kg-1 11 7 0 16 79 % NF.L. 19,7 g kg-1 19 1 8 6 74 % M.O. 678 g kg-1 13 7 0 14 79 %

VC2 (¡) -2,213 12 1 7 14 76 % χ

22 6,80 5 14 15 0 85 %

VC3 2,30 12 8 1 13 74 % VN3 -0,80 11 8 0 15 76 % χ

32 5,16 4 16 14 0 88%

(¡) VC2, VC3, VN3, rapports logarithmiques centrés ; χ22 , χ

32 , indices de déséquilibre nutritif

La fraction légère (F.L.) de la M.O. était également reliée, quoique faiblement, à la

minéralisation de l’azote (figure 6). Comme il s’agit d’un paramètre difficile à acquérir, une

47

relation a été établie entre la F.L. et le contenu en C du sol (figure 7). Les valeurs critiques

de la F.L. (160 g kg-1) et du contenu en C (372 g kg-1) séparant les sols selon leur taux de

minéralisation de l’azote correspondaient au début de l’inflexion de la courbe qui décrit un

enrichissement rapide de la fraction légère avec un enrichissement du carbone du sol

(figure 7). Les sols contenant moins de 372 g C kg-1 présentaient une faible minéralisation

de l’azote : il s’agit probablement de sols dégradés par une culture intensive (Olson et

Lowe, 1990). Ils étaient biologiquement moins actifs en raison de leur faible contenu en

fraction légère. A l’opposé, le sol qui contenait le plus de fraction légère était aussi celui

dont le rapport C/N dépassait 30 et il montrait une immobilisation nette de l’azote durant

l’essai d’incubation. Les sols peu décomposés, montrant un rapport C/N supérieur à 30,

étaient donc peu propices à la minéralisation de l’azote. Donc, le besoin en N des cultures

serait élevé dans les sols nouvellement défrichés de rapport C/N > 30 et chez les sols

dégradés contenant moins de 372 g C kg-1 ou moins de 678 g M.O. kg-1.

Figure 6 : Relation entre le contenu en fraction légère de la matière organique et le taux de


-0,4

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

0 100 200 300 400 500 600 700Fraction légère (g kg-1)

Taux

de

min

éral

siat

ion

du N

(m

g N

kg-1

j-1)

C/N >30

48

y = 0,0001x3 - 0,0545x2 + 15,0950x - 1263,9296R2 = 0,70

0

100

200

300

400

500

600

700

800

150 200 250 300 350 400 450 500 550Teneur en C (g kg-1)

Frac

tion

légè

re (g

kg-1

de

sol)

Figure 7 : Relation entre le contenu en fraction légère de la matière organique et le contenu

en carbone du sol.

IV.1.5. Analyse des sols après incubation

A la suite de l’essai en incubation, le contenu en matière organique a baissé en moyenne de

2,5 %, confirmant la minéralisation de celle-ci (Annexe 4). Parallèlement, on note une

augmentation moyenne de 23 % de l’indice au pyrophosphate qui indique une humification

de la M.O. D’une façon générale, les sols se sont légèrement acidifiés, avec une légère

baisse de 4 centièmes du pH en moyenne. Cette acidification s’est faite en relation avec

l’humification de la M.O. des sols (r = 0,39, P < 0,05). La teneur en carbone a diminué de

1,4 %. La teneur en azote total a légèrement augmenté (1,3 %), ce qui est probablement dû

à une concentration des éléments du fait de la perte de M.O. lors de la minéralisation.

Toutefois, la variation de la teneur en N était très fortement reliée à celle du C (r = 0,94, P

< 0,01), indiquant une évolution conjointe des deux propriétés. Le rapport C/N a diminué

en moyenne de 1,5 %. Il se situait à 21,7 à la fin comparativement à 22,0 au début. La

diminution du rapport C/N traduit la baisse de la teneur en carbone. Un tel rapport C/N

maintenait les sols dans une situation favorable à la minéralisation, ce qui confirme que la

minéralisation n’était pas achevée après 240 jours d’incubation.

49

IV.1.6. Prélèvements en éléments nutritifs par les plantes

IV.1.6.1. Analyse des sols utilisés en serre

Une caractérisation sommaire a été réalisée sur les sols échantillonnés à l’automne 2004

pour les essais en serre (tableau 15). D’une façon générale, les teneurs en M.O, en carbone

et en azote ainsi que le pH ont présenté des variations inférieures à 5 % par rapport à

l’échantillonnage de printemps.

Tableau 15 : Caractéristiques chimiques des sols utilisés dans l’essai de fertilisation azoté.

sol pH M.O. C N Po PM3 C/N VC3 (¡) VN3 VP3

CaCl2 --------g kg-1------- g kg-1 mg kg-1 19 6,2 782 466 18 0,44 281 26 2,53 -0,72 -4,444 5,5 806 454 18 0,56 435 25 2,44 -0,77 -4,252 6,3 751 417 19 0,16 617 21 2,66 -0,40 -5,22

23 6,1 761 455 19 0,40 335 24 2,52 -0,67 -4,5216 6,4 475 273 14 0,40 1296 19 2,12 -0,84 -4,379 5,2 866 511 16 0,35 161 33 2,72 -0,78 -4,58

(¡) VC3, VN3, VP3, rapports logarithmiques centrés

IV.1.6.2. Minéralisation des sols utilisés en serre

Au bout de 90 jours d’incubation, durée des essais en serre, les maxima de minéralisation

de l’azote s’échelonnaient de 0 à 124 mg N kg-1 (figure 8). Le sol no. 9 n’avait montré

aucune minéralisation du N, les sols no. 16 et 23 avaient libéré 9,6 et 24,6 mg N kg-1

respectivement tandis que les sols no. 4 et 19 avaient libéré plus de 80 mg N kg-1, soit plus

que le prélèvement en azote de la laitue durant une saison de culture. Le sol no. 2 était

intermédiaire (67 mg N kg-1) et fournissait 80 % des besoins en N de la laitue.

50

Minéralisation de N des sols utilisés en serre

-30

-10

10

30

50

70

90

110

130

0 20 40 60 80Temps (jours)

N m

inér

alis

é (m

g N

. kg-1

)2

4

9

16

19

23

Figure 8 : Minéralisation de l’azote des sols utilisés dans l’essai de fertilisation azotée.

Les sols no. 9, 16 et 23 présentaient un taux de minéralisation faible (moins de 0,80 mg N

kg-1 j-1), tandis que les sols no. 2, 4 et 19 avaient un fort pouvoir de minéralisation de

l’azote (taux de minéralisation > 0,80 mg N kg-1 j-1). Seul le sol no. 16 avait une teneur en

C inférieure à la valeur seuil de 373 g C kg-1 et un VN inférieur à –0,80. Il s’agissait d’un

sol dégradé. Le sol no. 9 était également dans la classe de minéralisation faible avec un taux

TN négatif (immobilisation nette). C’était un sol très jeune de rapport C/N supérieur à 30,

présentant une teneur en C supérieure à 372 g C kg-1. Finalement, bien qu’il présente un

taux de minéralisation inférieur à 0,80 mg N kg-1 j-1, sur le plan des propriétés chimiques

des sols (C, N, C/N), le sol no. 23 devrait être considéré comme un sol de forte capacité de

minéralisation du N. Ce sol a connu un retard important de son processus de minéralisation

durant les 90 premiers jours de l’incubation, puis il a ensuite rattrapé les sols les plus

fortement minéralisateurs. Il est donc possible que son taux de minéralisation, compilé sur

les 240 jours, ait été sous-estimé.

51

IV.1.6.3. Prélèvement, teneur en azote et production de biomasse

IV.1.6.3.1. Effet du sol

La teneur et le prélèvement en azote des feuilles de ray-grass ont varié entre 14 et 65 g N

kg-1 et entre 0,5 et 162 mg N par coupe, respectivement, selon le traitement de fertilisation

et le type de sol. Il existait une très forte corrélation entre la teneur en azote dans le

feuillage et le prélèvement total d’azote par les plants (r = 0,95, P < 0,01). Le sol a eu un

effet significatif sur les prélèvements (P < 0,05), la teneur en N (P < 0,01), la production de

M.S. (P < 0,01) et de M.F. (P < 0,01) (tableau 16).

Tableau 16 : Tableau récapitulatif de l’analyse de la variance pour l’essai de fertilisation

azotée, après correction de Box.

Source d.l. Concentration Prélèvement M.S. M.F. F P F P F P F P Sol 5 6,0 P <0,01 4,5 P <0,05 6,7 P <0,01 9,9 P <0,01 Fertilisation 1 206,7 P <0,01 334,3 P<0,01 569,0 P <0,01 501,2 P <0,01 Sol*fertilisation 5 4,2 P <0,05 2,0 P >0,05 2,5 P <0,05 1.8 P >0,05.

Coupe 1 125,4 P <0,01 17,5 P <0,01 96,7 P <0,01 15,5 P <0,01 Coupe * sol 5 1,3 P >0,05 0,8 P >0,05 1,4 P >0,05 0,6 P >0,05.

Coupe*fertilisation 1 6,1 P <0,01 14,1 P <0,01 43,9 P <0,01 3,9 P >0,05.

Coupe*sol* fertilisation

5 1,5 P >0,05 1,1 P >0,05 1,1 P >0,05 1,4 P >0,05.

d.l. Carré moyen de l’erreur 34 0,24 300,6 0,29 (35 d.l.) 14,9 (36 d.l.) Test de sphéricité d.l. χ2

9 17,37, P < 0,05 53,17, P< 0,01 35,3, P< 0,01 -

L’utilisation de comparaisons multiples selon le test de la plus petite différence

significative (PPDS) a permis de distinguer deux groupes distincts de sols pour le

prélèvement total. Le premier était constitué des sols no. 19, 23, 2 et 4 et le second des sols

9 et 16 (tableau 17). Les sols no. 9 et 16, en l’absence de fertilisation, conduisaient à des

prélèvements d’azote et une production de biomasse deux à trois fois plus faibles que les

autres sols (tableau 18). Or ces deux sols présentaient un faible pouvoir de minéralisation

en regard à la partition de Cate-Nelson (figure 9). Ainsi, les sols de faible capacité de

52

minéralisation ont permis un moindre prélèvement et une moindre production de biomasse

de ray-grass que ceux qui minéralisaient beaucoup. Le sol no. 23, qui se situe aussi en

dessous du seuil d’efficacité de la minéralisation (figure 9), enregistre un prélèvement

similaire aux sols no. 2, 4 et 19, ce qui confirme que son taux de minéralisation pourrait

avoir été sous-estimé. Le taux de minéralisation de l’azote était significativement corrélé au

prélèvement (r = 0,84, P < 0,01) et à la teneur en azote (r = 0,71, P < 0,01) par les plants de

ray-grass. Ce constat avait déjà été fait par Bridgham et al. (2001) pour un échantillonnage

de sols organiques naturels.

Tableau 17 : Comparaison des sols pour le prélèvement total et la teneur en azote.

*Les sols possédant la même lettre ne sont pas significativement différents selon la plus petite différence significative au seuil de 5% (PPDS).

Tableau 18 : Prélèvement total (mg N/ pot), concentration en azote (g N kg-1 de matière

sèche) et production de biomasse sèche (g/ pot) dans le ray-grass par sol et par traitement.

No. sol 23 4 19 2 16 9 Prélèvement témoin 99,0 91,8 89,1 68,5 64,4 31,9 (mg N / pot) fertilisé 294,8 291,4 335,0 323,1 214,4 259,2 fertilisé/témoin 3,0 3,2 3,8 4,7 3,3 8,1 Teneur témoin 23,9 22,7 23,2 21,4 21,9 18,7 (g N kg-1 M.S.) fertilisé 30,6 39,5 34,5 30,1 26,4 29,9 fertilisé/témoin 1,3 1,3 1,5 1,4 1,2 1,6 M.S. témoin 4,1 4,0 3,8 3,2 2,9 1,7 (en g/ pot) fertilisé 9,6 9,8 9,7 10,7 8,0 8,7

fertilisé/témoin 2,3 2,4 2,5 3,3 2,7 5,1

Sol TN (mg N kg-1 j-1)

Prélèvement en N (mg N/pot)

Sol TN (mg N kg-1 j-1)

Teneur en N (g N kg-1)

19 (a)* 1,80 212,0 19 (a) 1,80 28,9 23 (a) 0,59 196,9 23 (a)(b) 0,59 27,2 2 (a) 0,82 195,8 4 (b)(c) 1,34 26,1 4 (a) 1,34 191,6 2 (b)(c)(d) 0,82 25,8 9 (b) -0,16 145,6

9 (c)(d) -0,16 24,3 16 (b) 0,23 139,4 16 (d) 0,23 24,2

PPDS 38,25 PPDS 1,88

53

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

-0,20 0,30 0,80 1,30 1,80

Taux de minéralisation (mg N kg-1 j-1)

Pré

lève

men

t (m

g N

par

pot

)

Figure 9 : Relation entre le prélèvement d’azote par le ray-grass et le taux de minéralisation

global de l’azote des sols (la flèche indique le seuil critique de minéralisation).

Les valeurs critiques des propriétés des sols pour la minéralisation de l’azote se répercutent

sur le prélèvement en azote par les plants de ray-grass. Ainsi, les sols no. 9 et 16 étaient les

sols les plus pauvres en azote (tableau 15), et les quatre autres sols avaient des teneurs en N

supérieures à la valeur seuil de 17,2 g N kg-1. La figure 10 montre l’effet du seuil d’azote

sur le prélèvement en N. La prise en considération de la teneur en C et du rapport C/N du

sol permet également de discriminer les sols selon le prélèvement en N par les plants de

ray-grass, comme le montre la figure 11.

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

13 14 15 16 17 18 19 20Contenu en azote du sol (g N kg-1)

Prél

èvem

ent (

mg

N p

ar p

ot)

Figure 10 : Relation entre le prélèvement en azote des plants de ray-grass et la teneur en

azote du sol (la flèche indique le seuil critique de minéralisation).

54

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

200 250 300 350 400 450 500 550contenu en C du sol (g C kg-1)

Pré

lève

men

t (m

g N

par

pot

)

Figure 11 : Relation entre le prélèvement en azote des plants de ray-grass et la teneur en

carbone du sol (la flèche indique le seuil critique de minéralisation).

En considérant uniquement les traitements fertilisés, les sols no. 9 et 16 se distinguaient

significativement des autres sols par un prélèvement plus faible en azote de 236 mg par pot

contre 311 mg par pot pour les sols no. 2, 4, 23 et 19. Le besoin en azote des sols no. 16 et

9 serait donc encore plus élevé que la fertilisation ajoutée. L’interaction entre le sol et la

fertilisation était significative au seuil de 5 % pour la teneur en N et la production de

biomasse sèche (P < 0,05, dans les deux cas) (tableau 16). Cela signifie que la

minéralisation différentielle du N selon les sols étudiés a conduit à une différence de

comportement en regard à la réponse à la fertilisation. Ainsi, pour certains sols, la

fertilisation a apporté une plus forte contribution à la teneur en azote que pour d’autres sols

(tableau 18). C’est le cas du sol no. 9, dont le taux de minéralisation était négatif, pour

lequel la fertilisation a multiplié le prélèvement en azote par huit et accru la teneur en N de

60 %. Le sol no. 9 est aussi celui pour lequel la fertilisation a contribué le plus à

l’accroissement de la production de biomasse, avec une augmentation de 500 % par rapport

au traitement témoin. A l’opposé, la fertilisation a accru les rendements des sols no. 19, 4,

23 et 2 d’environ de 250 %.

La fertilisation a eu un effet significatif sur les prélèvements (P < 0,01), la teneur en N (P <

0,01), la production de M.S. (P < 0,01) et de M.F. (P < 0,01) (tableau 16). Le prélèvement

moyen d’azote par les plants fertilisés a été de 286 mg N pour une teneur azotée de 30 g N

kg-1, contre un prélèvement de 74 mg N et une teneur de 22 g N kg-1 dans les plants

C/N>30

55

témoins. Cet effet important de la fertilisation témoignait de l’incapacité des sols à fournir

suffisamment d’azote aux plants de ray-grass, et ce bien que les besoins en azote du ray-

grass (plus faibles que ceux de la laitue) auraient dus être entièrement comblés par la

minéralisation de l’azote de certains des sols (no. 19, 2 et 4). Tel que le mentionnent Benbi

et Richter (2002), les conditions d’humidité et de température influencent drastiquement le

comportement de minéralisation de l’azote. Il est donc probable que les conditions plus

fraîches et moins humides de la serre par rapport aux conditions environnementales

favorables à la minéralisation qui étaient maintenues en chambre d’incubation, aient

empêché l’expression du potentiel de minéralisation des sols. En outre, les essais en serre

sont effectués dans des pots de faible taille, ce qui pourrait limiter la croissance des racines

et un prélèvement maximal des éléments disponibles. Il est possible que le potentiel de

minéralisation de l’azote se reflète mieux sur les prélèvements azotés en champs.

IV.1.6.3.1. Effet du temps

La teneur et le prélèvement en azote ont varié de façon significative en fonction de la date

de coupe (P < 0,01, dans les deux cas, tableau 15). C'est aussi le cas pour la production de

M.S et de M.F (P < 0,01, dans les deux cas). L’effet du temps a été particulièrement

marqué entre la première et la deuxième coupe, où la teneur moyenne pour l’ensemble des

observations est passée de 40 à 22 g N kg-1 (tableau 19). Par la suite, la teneur en azote

s’est globalement stabilisée. Les prélèvements ont atteint leur maximum à la troisième

coupe avec un prélèvement total moyen de 50 mg de N par pot, tous plants confondus. Ce

prélèvement maximum à la troisième coupe correspondait au stade de maturité des plants.

L’effet de la fertilisation a également varié dans le temps. Les prélèvements en azote

augmentaient au cours du temps dans le cas des plants fertilisés tandis qu’ils diminuaient

chez les témoins. Ainsi, lors de la première coupe, le prélèvement était 2,3 fois plus élevé

en cas de fertilisation par rapport aux témoins et cette différence s’accentuait

progressivement pour finir à 6 fois plus dans les dernières coupes (tableau 19). La

production de biomasse est passée progressivement de 2 à 4 fois plus élevée dans les

56

traitements fertilisés par rapport aux témoins. Cet accroissement de la différence entre les

traitements fertilisés et les témoins traduisait l’épuisement des sols en azote disponible, qui

était détecté par la diminution progressive de la croissance et par le jaunissement des plants

témoins.

Tableau 19 : Évolution temporelle de la teneur (g N kg-1) et du prélèvement (mg N/ pot) en

azote et de la production de biomasse sèche (g /pot) du ray-grass par traitement.

IV.1.7. Conclusion

La dynamique de minéralisation de l’azote était décrite par une cinétique d’ordre nul, qui se

traduisait par une libération d’azote à taux constant sur 240 jours d’incubation. Le taux de

minéralisation moyen était de 306 mg N kg-1 an-1, équivalent à 380 kg N ha-1 an-1.

L’ampleur de cette libération justifie de prendre en compte les quantités de N minéralisées

dans les plans de fertilisation. Le taux de minéralisation journalier a été relié à des

propriétés du sol facilement mesurables par des analyses chimiques de routine (M.O., C,

Traitement Coupe 1 2 3 4 5

Teneur en N …………….……………g N kg-1………………….…….. total 39,6 21,8 25,4 25,5 24,3 fertilisé 47,03 25,06 30,12 29,81 28,17 témoin 32,25 18,55 20,75 20,89 20,09 ….…………………….Sans unité……….……………… fertilisé/témoin 14,58 13,51 14,51 14,27 14,02 Prélèvement en N ………………………mg N par pot……………………… total 27,5 32,5 50,0 39,2 33,7 fertilisé 38,3 48,3 78,6 65,5 55,6 témoin 16,7 16,6 21,5 10,6 9,8 Sans unité fertilisé/témoin 2,3 2,9 3,7 6,1 5,7 Matière sèche …………………….g M.S. par pot…………………… fertilisé 0,9 1,9 2,5 2,2 2,0 témoin 0,5 0,9 1,0 0,5 0,5 ………………………..Sans unité……….……………… fertilisé / témoin 1,8 2,2 2,5 4,4 4,3

57

N). Il est apparu qu’au-delà de 372 g C kg-1 les sols dont le rapport C/N était inférieur à 30

présentaient un taux de minéralisation du N supérieur à 1 kg N ha-1 j-1. Les sols dégradés,

moins riches en C, étaient peu propices à la minéralisation du N, de même que les sols très

jeunes dont le rapport C/N était supérieur à 30. L’essai en serre a permis de confirmer la

troisième hypothèse, puisque les plants de ray-grass poussant sur des sols fortement

minéralisateurs ont eu un prélèvement azoté et une croissance significativement plus

importants que les plants poussant sur des sols peu minéralisateurs. Toutefois, la différence

élevée de croissance entre les plants témoins et les plants ayant reçu une fertilisation azotée

indique que la minéralisation contribue faiblement à la croissance des plants, probablement

du fait de conditions environnementales (température, humidité) défavorables à la

minéralisation.

Concernant la méthodologie, certaines modifications devraient être apportées au protocole

expérimental utilisé pour l’essai en incubation. Compte tenu de la forte capacité de

minéralisation de l’azote des sols organiques, il serait souhaitable d’espacer plus

régulièrement les extractions sur la période d’étude. En outre, comme le mentionnent

Whalen et al. (2001), la ré-humectation hebdomadaire des sols conduit à une approximation

de la capacité réelle de minéralisation des sols, puisqu’elle conduit à une perte d’azote par

volatilisation et dénitrification. L’installation de coupelles remplies d’eau en dessous des

récipients contenant les sols pourrait être envisagée pour maintenir l’humidité constante au

cours du temps (Whalen et al., 2001).

IV.2. Le phosphore

IV.2.1. Caractérisation des sols

Le contenu en phosphore total variait de 682 à 3479 mg Pt kg-1 avec une moyenne de 1585

mg Pt kg-1 (tableau 5), ce qui était plus élevé que la valeur de 1078 mg Pt kg-1 rapportés par

Parent et Khiari (2003) pour les sols organiques du Québec. Le phosphore organique

58

constituait en moyenne 32 % du phosphore total (minimum : 14% ; maximum : 48 %).

Cette proportion était faible par rapport aux 67 % indiqués par Parent et Khiari (2003) pour

des sols organiques du Québec. La méthode d’extraction utilisée n’était cependant pas la

même. Dans le cas présent, la méthode par ignition de Kuo (1996) a été utilisée : le

phosphore organique est converti en phosphore inorganique par une oxydation à haute

température. Le phosphore organique est alors déterminé par la différence entre les

quantités de phosphore extraites par l’acide sulfurique des sols oxydés sous l’effet de la

température (Pt) et des sols non oxydés (Pi). Notons que la température élevée utilisée

(480°C) altère la solubilité du phosphore inorganique, affectant la précision de la mesure du

phosphore organique. En outre, l’acide peut hydrolyser une partie du phosphore organique

des échantillons non ignifiés, réduisant ainsi l’estimation du Po. Les données présentées par

Parent et Khiari (2003) provenait d’une sommation des fractions de phosphore organique

obtenues par fractionnement séquentiel. Le Po représentait en moyenne 0,07 % de la M.O.,

ce qui était inférieur au seuil minimal de 0,2-0,3 % proposé par Stevenson (1986) pour

observer une minéralisation nette du P organique. De même, le rapport N/P des sols était

supérieur à la valeur critique de 20 proposée par Parent et Khiari (2003), suggérant une

immobilisation nette du P (tableau 5). En outre, le rapport C/Po de 892 était supérieur au

seuil de 672 également proposé par Parent et Khiari (2003). D’après ces trois dernières

observations, nous pouvons nous attendre à une faible minéralisation du phosphore dans les

sols étudiés. Selon les grilles de références de CRAAQ pour les sols organiques (CRAAQ,

2003), 18 sols étaient excessivement riches en P, 6 étaient riches, 7 étaient bons, et 3 étaient

moyens.

Le phosphore organique était significativement relié à l’activité des phosphatases acides et

alcalines du sol (r = 0,42, P < 0,05 et r = 0,52, P < 0,01, respectivement) (tableau 6), qui

sont des indicateurs de l’activité biologique du sol. Il y avait une corrélation négative

significative enter le P de la fraction légère et C/Po (r = -0,60, P < 0,01). Ainsi, un faible

rapport C/Po était associé à de fortes teneurs en P facilement minéralisable. Comme le

rapport C/N, le rapport C/Po était relié positivement au pourcentage de fraction légère (r =

0,53, P < 0,01) et au carbone de la fraction légère (r = 0,45, P < 0,01) (tableau 6),

traduisant la richesse en C de la fraction légère de la M.O.

59

IV.2.2. Dynamique de minéralisation du phosphore organique

La minéralisation du phosphore a montré une dynamique différente de celle de l’azote. Des

pics de minéralisation (Eq. 13) survenaient tout au long de l’essai et s’échelonnaient de 0 à

90 mg P kg-1, avec une moyenne de 11 mg P kg-1, ce qui constituait en moyenne 1,1 % du

phosphore total des sols et 2,8 % du phosphore organique (Tableau 20). Ces valeurs étaient

inférieures aux résultats de Bridgham et al. (2001) pour des sols organiques naturels du

Minnesota, qui avaient montré une minéralisation atteignant 0,8 à 23,8 % du Pt. En

considérant une épaisseur de la couche arable de 31 cm (Parent et al., 1989) et une masse

volumique apparente de 0,4 g ml-1, les quantités minéralisées dans la présente étude

représentaient en moyenne 14,3 kg P ha-1. La phase de minéralisation était suivie d’une

phase d’immobilisation du phosphore. Pour 16 des 34 sols étudiés, des teneurs en

phosphore extractible au KCl inférieures à celles qui avaient été mesurées au temps initial

ont été observées en fin d’incubation, ce qui signifie qu’il y a eu une immobilisation nette

du P au cours des 240 jours de l’expérience atteignant jusqu’à 12 mg P kg-1.

L’immobilisation du P arrivait en contrecoup de la minéralisation, en effet, la quantité de P

minéralisée maximale (pic de minéralisation) était corrélée avec l’amplitude de

l’immobilisation (Pmax – P240) (r = 0,85, P < 0,01). L’amplitude de l’immobilisation se

situait en moyenne à 9 mg P kg-1 et atteignit un maximum de 50 mg P kg-1.

L’immobilisation nette, mesurée par la différence entre la quantité de phosphore qui fut

extraite au temps initial et la quantité de P extraite à 240 jours, était liée aux teneurs en Pi et

en P disponible (r = 0,40 et r = 0,33 respectivement, P < 0,05), ce qui signifie que la

disponibilité du P a stimulé l’activité microbienne et qu’elle a entraîné une immobilisation

du P. Un tel comportement d’immobilisation a déjà été observé par Ghoshal et Jansson

(1975) qui ont mis en évidence une immobilisation atteignant jusqu’à 12,8 mg P kg-1 suivie

d’une faible minéralisation dans des échantillons de tourbe de sphaigne incubés durant 30

jours. Cette immobilisation atteignait jusqu’à 80 mg P kg-1 pour les mêmes échantillons

ayant reçu des doses variables de fertilisants phosphatés et de glucose. Elle était liée à une

augmentation de l’activité biologique du sol. De leur côté, Whalen et al. (2001) au bout de

60

90 jours dans un essai d’incubation sur 20 semaines chez des sols minéraux ayant reçu une

fumure organique. Ils avaient associé cette immobilisation à une incorporation du

phosphore dans la biomasse microbienne et à un déclin de l’activité de la phosphatase du

sol. Il serait intéressant de mesurer ces paramètres dans des essais ultérieurs.

Tableau 20 : Teneurs en phosphore extrait et minéralisé aux différents points de contrôle de l’incubation de 240 jours sol Phosphore extrait au points de contrôle de l'incubation de 240 jours Phosphore minéralisé aux points de contrôle

0 10 20 30 40 60 90 150 240 10 20 30 40 60 90 150 2401 18,8 18,0 19,2 18,5 18,0 18,5 16,8 14,5 12,7 -0,8 0,3 -0,4 -0,8 -0,4 -2,0 -4,4 -6,12 19,2 20,5 23,6 22,9 23,0 24,2 20,4 19,8 18,4 1,4 4,4 3,8 3,9 5,1 1,3 0,6 -0,73 48,1 54,1 50,8 55,2 68,1 53,4 92,0 80,6 35,6 5,9 2,7 7,1 20,0 5,3 43,9 32,5 -12,54 4,0 6,8 8,3 7,4 7,0 7,6 6,8 7,0 5,5 2,8 4,3 3,4 3,0 3,6 2,8 3,0 1,55 1,5 2,6 3,0 2,4 2,0 2,0 1,9 2,0 1,4 1,1 1,5 0,8 0,4 0,5 0,3 0,4 -0,16 13,8 13,0 13,7 13,7 13,2 12,7 12,3 11,8 9,1 -0,8 -0,1 -0,1 -0,6 -1,1 -1,5 -2,0 -4,77 1,5 2,0 2,5 1,9 1,6 1,6 1,4 1,4 0,9 0,5 0,9 0,4 0,0 0,0 -0,1 -0,1 -0,68 83,4 143,8 156,4 147,3 118,0 160,0 163,2 174,2 130,6 60,4 73,0 63,9 34,6 76,7 79,9 90,8 47,29 34,0 35,6 43,3 40,1 38,9 40,6 40,0 54,6 27,5 1,6 9,4 6,1 5,0 6,7 6,0 20,6 -6,5

10 52,6 57,7 66,6 66,7 70,3 74,6 62,1 64,8 49,6 5,2 14,0 14,2 17,7 22,1 9,5 12,3 -2,911 19,5 20,3 22,6 20,4 20,8 20,5 19,3 15,8 17,8 0,8 3,1 0,9 1,3 0,9 -0,2 -3,7 -1,812 10,8 11,5 13,8 12,4 11,0 14,1 12,2 12,3 11,2 0,7 3,0 1,6 0,2 3,3 1,4 1,5 0,413 25,8 25,3 27,7 27,8 26,6 29,9 26,0 26,6 22,0 -0,5 1,9 2,0 0,8 4,1 0,2 0,8 -3,814 17,6 13,8 15,8 14,4 14,1 14,2 12,8 13,2 11,3 -3,8 -1,8 -3,2 -3,4 -3,4 -4,7 -4,3 -6,215 12,0 12,5 16,9 14,8 15,9 14,1 13,8 14,0 12,5 0,6 4,9 2,9 3,9 2,2 1,8 2,1 0,616 19,7 19,9 23,0 21,0 21,3 19,1 20,6 19,2 15,9 0,3 3,4 1,4 1,7 -0,5 1,0 -0,4 -3,717 2,1 3,4 3,8 3,1 3,4 4,8 4,1 4,0 3,5 1,3 1,7 1,0 1,4 2,7 2,1 1,9 1,418 19,6 18,9 19,3 18,6 16,9 16,9 14,8 14,1 15,1 -0,8 -0,3 -1,0 -2,7 -2,7 -4,9 -5,6 -4,519 23,5 26,8 33,9 33,2 41,8 42,3 35,1 50,4 32,1 3,3 10,4 9,7 18,3 18,8 11,6 26,9 8,620 19,6 21,9 23,1 23,5 24,2 22,6 23,0 25,8 25,3 2,3 3,5 3,9 4,6 3,0 3,4 6,2 5,721 30,1 38,8 40,8 38,6 45,4 46,2 55,2 43,9 34,8 8,7 10,7 8,6 15,3 16,1 25,1 13,8 4,722 37,4 40,2 41,8 40,6 46,7 32,4 35,6 48,4 37,4 2,9 4,4 3,2 9,3 -5,0 -1,7 11,1 0,123 23,2 27,3 29,3 26,2 30,5 33,9 34,9 27,4 25,4 4,1 6,1 3,0 7,3 10,7 11,7 4,2 2,224 23,4 24,5 27,9 25,4 31,1 30,6 29,4 28,0 21,9 1,1 4,5 2,0 7,7 7,2 6,0 4,6 -1,525 35,8 38,6 43,8 44,7 56,5 52,7 50,3 55,9 46,5 2,8 8,0 9,0 20,7 17,0 14,5 20,1 10,726 15,5 16,1 20,2 17,2 19,0 20,6 19,4 15,8 15,9 0,5 4,7 1,7 3,5 5,1 3,9 0,3 0,327 2,2 2,9 3,4 2,5 2,2 1,9 2,4 2,4 1,8 0,7 1,2 0,3 0,0 -0,3 0,2 0,2 -0,328 0,8 1,5 1,8 1,1 0,8 1,0 1,0 1,0 0,6 0,8 1,0 0,4 0,0 0,3 0,2 0,2 -0,129 24,3 42,7 34,9 33,5 37,8 52,5 29,5 27,1 32,7 18,4 10,6 9,2 13,4 28,2 5,2 2,8 8,430 3,3 4,6 5,3 4,9 4,6 5,3 5,3 5,3 4,7 1,3 2,0 1,6 1,3 2,0 1,9 2,0 1,331 22,3 26,9 27,3 27,1 33,6 30,2 39,3 38,1 26,8 4,6 5,0 4,8 11,4 7,9 17,0 15,8 4,532 4,1 6,5 7,0 6,6 6,4 7,2 7,3 6,6 5,8 2,4 2,9 2,6 2,4 3,2 3,2 2,5 1,733 3,4 6,2 6,3 5,1 5,7 7,3 6,1 5,7 5,2 2,8 2,8 1,7 2,3 3,9 2,7 2,3 1,834 16,0 24,9 26,7 26,8 24,6 27,1 29,1 27,1 27,7 9,0 10,7 10,8 8,6 11,1 13,2 11,1 11,8

61

62

Un seul sol présentait un pouvoir minéralisateur élevé (sol no. 8) qui a conduit à une

minéralisation de 90 mg P kg-1 au bout de 150 jours, suivie d’une immobilisation. Les

autres sols ont produit moins de 45 mg P kg-1. La différence entre le sol 8 et les autres sols

quant à la minéralisation du P était difficilement explicable. Ce sol présentait les plus fortes

teneurs en M.O. (866 g kg-1) et en carbone (486 g kg-1) et le plus faible pH (5,0).

Cependant, huit autres sols avaient également des teneurs en M.O. supérieures à 800 g kg-1

dont 5 avaient une teneur en M.O. supérieure à 840 g kg-1. C’était au niveau du pH tampon

que la différence était la plus marquée, le sol no. 8 ayant un pH tampon inférieur de 3

dixièmes au moins à celui de tous les autres sols. Concernant les autres propriétés

mesurées, ce sol no. 8 se situait dans la moyenne des 34 sols.

L’analyse de la variance en mesures répétées du P extrait des sols incubés pour chaque date

d’échantillonnage a été réalisée au moyen de la matrice de variance – covariance diagonale

de type non structuré (un(1)), qui assurait le critère de Akaike le plus petit (2117,7). Le sol

montrait un effet significatif (P < 0,01), ainsi que la date d’extraction (P < 0,01),

l’interaction entre le sol et la date (P < 0,05). La date avait un effet quadratique significatif

(P < 0,01). L’évolution moyenne du phosphore extrait est présentée sur la figure 12. Cette

évolution montrait une phase initiale d’émission du P attribuable à la perturbation des sols

lors de la préparation des échantillons. Après 20 jours, cette phase était suivie d’une période

de stabilisation de 130 jours au cours de laquelle l’émission de P ne variait pas

significativement. Le taux de minéralisation était donc considéré comme constant durant

cette période (20 –150 j). Il valait en moyenne 0,063 mg P kg-1 j-1 (tableau 21). Une phase

d’immobilisation du P survenait en fin d’incubation.

63

18

20

22

24

26

28

30

32

0 40 80 120 160 200 240Temps (jours)

Em

issi

ons

de p

hosp

hore

(mg

P k

g-1)

Figure 12 : Émissions moyennes de phosphore au cours de l’incubation de 34 sols

organiques (la barre verticale représente deux erreurs type).

La faible quantité de P minéralisée pourrait provenir du fait que les rapports C/Po et N/Po

étaient très élevés, ce qui était plus favorable à l’immobilisation qu’à la minéralisation, et

du fait que la quantité de phosphore organique était faible. En outre, il est possible que les

sols à contenu élevé en cendres fixent plus le phosphore nouvellement minéralisé, rendant

difficile son extraction par le KCl 2 N (Frossard et al., 1996). Dans ce cas, il y aurait sous-

estimation de la minéralisation du phosphore.

Tableau 21 : Taux de minéralisation du phosphore durant la phase de stabilisation (20-150j)

Sol TP Sol TP Sol TP Sol TP

mg P kg-1 j-1 mg P kg-1 j-1 mg P kg-1 j-1 mg P kg-1 j-1 1 -0,012 10 0,183 19 0,257 28 -0,011 2 0,029 11 -0,010 20 0,035 29 -0,094 3 0,294 12 0,007 21 0,135 30 0,005 4 0,006 13 0,030 22 0,042 31 0,131 5 -0,011 14 0,000 23 0,067 32 0,005 6 -0,004 15 0,040 24 0,096 33 -0,002 7 -0,008 16 0,009 25 0,269 34 0,021 8 0,548 17 0,008 26 0,046 9 0,107 18 -0,047 27 -0,012

Phase de stabilisation

64

IV.2.3. Mise en relation avec les propriétés des sols

Le taux de minéralisation du P durant la phase de stabilisation (20 –150 j) a été utilisé dans

une analyse de corrélation avec les propriétés des sols (tableau 22). Le taux de

minéralisation du sol no. 8 a été calculé en ôtant deux valeurs aberrantes, produites au jour

40 de l’incubation. La minéralisation du phosphore était corrélée positivement à la teneur

en carbone dans le sol et dans la fraction légère. En revanche, elle n’était pas liée au Po et

on observait une relation négative entre la minéralisation du P et les teneurs en Pi (r = -

0,46, P < 0,01) et en P disponible, (r = -0,30, P < 0,05). Ainsi, lorsque le Pi du sol

augmentait, la minéralisation diminuait. Selon McGill et Cole (1981), la minéralisation du

phosphore, de nature à la fois biochimique et biologique, provient de la catalyse

enzymatique extracellulaire conduite par les phosphatases de la solution du sol, en réponse

aux besoins des microorganismes et des plantes en composés finaux de la chaîne

métabolique, soient les composés inorganiques du phosphore. Ces enzymes sont inhibées

par un excès de Pi. Dans notre cas, la minéralisation du phosphore est effectivement

d’autant plus faible que le sol est riche en phosphore inorganique, et elle ne dépend pas de

la teneur en Po. La dichotomie entre les comportements de minéralisation de N et P serait

due à leurs conditions de minéralisation différentes. McGill et Cole (1981) indiquent en

effet que la minéralisation de l’azote, contrairement à celle du phosphore est de nature

biologique. Ainsi, l’azote, en association directe avec le carbone organique, serait libéré

dans le cadre de l’oxydation des composés carbonés, qui a pour objectif de fournir de

l’énergie et non d’assurer la fourniture en éléments nutritifs.

La minéralisation du phosphore était reliée positivement au rapport C/Po, contrairement à

ce qui est habituellement retrouvé dans la littérature (Stevenson, 1986 ; Saggar et al., 1998 ;

Mafongoya, et al., 2000). Le pH était négativement corrélé à la minéralisation du

phosphore, mais il était positivement corrélé avec le fer, l’aluminium et le calcium du sol,

qui sont des éléments fixateurs du phosphore. Comme le KCl extrait le phosphore

facilement disponible, il est probable qu’une partie du phosphore minéralisé ait été retenue

avec les cations du sol lorsque le pH était élevé.

65

Le sol no. 8 se démarque très fortement des autres sols au niveau de la minéralisation du P.

Ainsi, il peut très fortement influencer les corrélations entre les propriétés des sols et leur

pouvoir de minéralisation du P et biaiser les résultats. L’étude de corrélation a donc été

également effectuée sans ce sol. Pour la majorité des propriétés, les résultats ont varié de

moins de deux centièmes. En revanche, le pH au CaCl2 et le pH tampon affichaient une

corrélation plus faible de –0,36 (P < 0,05) avec le taux de minéralisation du P durant la

phase de stabilisation. A l’opposé, l’indice d’humification et le taux de fibres avaient des

corrélations de –0,42 (P < 0,01) et 0,45 (P < 0,01), respectivement, contre –0,17 (P > 0,05)

et 0,33 (P < 0,05) dans l’analyse de corrélation réalisée avec le sol no. 8. Ainsi, plus la

décomposition des sols était avancée, moins il y avait de fibres et le pouvoir de

minéralisation des sols diminuait.

Tableau 22 : Coefficients de corrélation de Pearson entre le taux de minéralisation de P et

les propriétés des sols.

IV.2.4. Classification des sols selon le taux de minéralisation de P

La procédure de partition de Cate et Nelson (Nelson et Anderson, 1977) a été réalisée à

partir des taux de minéralisation du P durant la phase de stabilisation (20 jours – 150 jours),

TP stabilisation Coefficient de corrélation Valeur P

C r = 0,51 P < 0,01 Pt r = -0,46 P < 0,01 Pi r = -0,46 P < 0,01 Po r = -0,23 P > 0,05

C/Po r = -0,52 P < 0,01 F.L. r = 0,53 P < 0,01 C(F.L.) r = 0,50 P < 0,01 P(F.L.) r = 0,52 P < 0,01 pH r = -0,51 P < 0,01

pH tampon r = -0,56 P < 0,01 Fibres r = 0,33 P > 0,05

Humification r = -0,17 P > 0,05 VC3 r = 0,64 P < 0,01 VP3 r = -0,27 P > 0,05 χ

32 r = -0,23 P > 0,05

66

et des caractéristiques du sol qui y étaient bien corrélées, soient le C, la M.O., VC3 et

l’indice de déséquilibre nutritif χ32 basé sur trois éléments (C, N et Po). Nous n’avons pas pu

établir de classification de la minéralisation du P en fonction du VP3, qui n’y était pas

corrélé significativement alors que Parent et Khiari (2003) avaient déterminé une valeur

seuil de – 4,2 pour VP3 en deçà de laquelle la minéralisation du P était faible. Les méthodes

d’extraction du phosphore total n’étaient cependant pas les mêmes, les résultats ne sont

donc pas comparables. Les relations entre le C du sol et le taux de minéralisation du

phosphore, et entre Vc et le taux de minéralisation du P (figures 13 et 14) indiquaient que la

sous-population la plus fortement émettrice produisait plus de 0,040 mg P kg-1 j-1. Le seuil

critique d’efficacité de la minéralisation représenterait donc 60 % du taux de minéralisation

du P moyen durant la phase de stabilisation, situé à 0,060 mg P kg-1 j-1.

Figure 13 : Relation entre le taux de minéralisation du phosphore durant la période

stationnaire et la teneur en carbone.

-0,10

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

100 150 200 250 300 350 400 450 500 550Teneur en C (g C kg-1)

Taux

de

min

éral

isat

ion

du P

(mg

P k

g-1 j-1

)

67

-0,10-0,050,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,500,55

2,00 2,10 2,20 2,30 2,40 2,50 2,60 2,70Vc3

Taux

de

min

éral

siat

ion

du p

(mg

P k

g-1 j-

1 )

Figure 14 : Relation entre le taux de minéralisation du phosphore durant la phase

stationnaire et Vc.

Les taux de minéralisation moyens des deux classes distinguées à partir des valeurs seuils

de C, M.O., VC3 et χ32 ont été comparés afin de déterminer si ces propriétés permettaient de

discriminer les sols selon leur taux de minéralisation (tableau 23). Toutes ces propriétés

assuraient une discrimination équivalente (t de Student ~ 3,8). La valeur seuil du C était de

425 g C kg-1. La valeur seuil du rapport logarithmique centré VC était de 2,40 et celle de

l’indice de déséquilibre nutritif était de 7,0. Les seuils étaient plus élevés dans le cas du

phosphore que dans le cas de l’azote, ce qui traduisait un pouvoir de minéralisation plus

faible pour le phosphore que pour l’azote dans les sols organiques considérés.

Tableau 23 : Comparaison des taux de minéralisation moyens des classes discriminées.

Propriétés Seuil Taux de minéralisation moyen

Intervalle de valeurs < seuil > seuil

t de Student

mg P kg-1 j-1 C 425 g kg-1 171 à 486 0,0033 (22 §) 0,174 (12) 3,852, P < 0,05

M.O. 800 g kg-1 292 à 866 0,020 (21) 0,163 (13) 3,795, P < 0,05 VC3 (¡) 2,40 2,02 à 2,60 0,0027 (22) 0,175 (12) 3,927, P < 0,05 χ

32 7,0 0,25 à 212 0,1141 (19) -0,001 (15) 3,861, P < 0,05

§ Nombre de sols dans la classe (¡) VC3, rapport logarithmique centré ; χ

32 , indice de déséquilibre nutritif

68

Le tableau 24 montre l’efficacité de la discrimination entre les deux classes de

minéralisation selon les propriétés discriminantes au seuil de 5% pour la minéralisation du

P. Le taux de succès pour chaque variable a été évalué de la même façon que dans le cas de

l’azote. La M.O. fut la propriété qui assurait le plus grand succès dans le classement des

sols (97 %). D’une façon générale, le classement était plus précis pour la minéralisation du

phosphore que pour celle de l’azote. En revanche, la différence entre les deux groupes

discirminés était plus faible (t de Student < 4).

Tableau 24 : Taux de succès du classement des sols.

Propriétés Seuil Minéralisation < 0,040 mg P kg-1 j-1

Minéralisation > 0,040 mg P kg-1 j-1

Succès

< valeur seuil > valeur seuil < valeur seuil > valeur seuil C 425 g kg-1 21 1 1 11 94 %

M.O. 800 g kg-1 22 0 1 11 97 % Vc3 (¡) 2,40 21 1 1 11 94 % χ

32 7,0 5 16 13 0 85%

(¡) VC3, rapport logarithmique centré ; χ32 , indice de déséquilibre nutritif

IV.2.5. Analyse des sols après incubation

Après 240 jours d’incubation, on notait une augmentation des teneurs en phosphore total de

0,3 % tandis que le phosphore organique avait augmenté de 12,4 % et le Pi a baissé de 2,3

%. Cette augmentation de la teneur en Po était le résultat d’une immobilisation du

phosphore sous forme organique. L’augmentation de la teneur en Po était corrélée avec la

baisse du Pi (r = 0,49, P < 0,01) et la hausse du Pt (r = 0,68, P < 0,01). Le rapport C/Po a

diminué en moyenne de 6,9 %. Il se situait à 817 en fin d’incubation, restant propice à

l’immobilisation. Cette diminution du rapport C/Po était fortement corrélée à

l’augmentation de la teneur en Po (r = -0,94, P < 0,01) et à la diminution de celle de Pi (r =

0,61, P < 0,01).

69

IV.2.6. Prélèvements en éléments nutritifs par les plantes

IV.2.6.1. Analyse des sols utilisés en serre

Une caractérisation sommaire a été réalisée sur les sols nouvellement échantillonnés

(tableau 25a et 25b). D’une façon générale, le pourcentage de M.O, le pourcentage de

carbone, le pH et le pourcentage d’azote ont présenté des variations inférieures à 5 % par

rapport à l’échantillonnage de printemps. En revanche, le phosphore présentait une

variation beaucoup plus forte pour certains sols utilisés dans l’essai phosphore (tableau 26).

Ces résultats, particulièrement marqués pour les sols 8, 18, 19 et 23, peuvent être dus à

l’impact de la saison de culture sur les propriétés des sols. D’après ces résultats et les grilles

de références du CRAAQ en sol organique (CRAAQ, 2003), les sols no. 4, 18 et 23 étaient

excessivement riches en P, les sols no. 11 et 19 étaient riches, et le sol no. 8 était bon.

Tableau 25a : Propriétés des sols utilisés dans les essais de fertilisation.

Propriétés chimiques pH CaCl2 MO C N P total Pi Po PM3 FeM3 AlM3 sol

--------g kg-1 ------- --------------------mg kg-1-------------------- 8 5,2 842 504 17,6 699 260 439 165 564 166

19 6,2 782 466 18,1 847 411 436 281 399 2 23 6,1 761 455 18,8 1061 662 399 335 522 133 4 5,5 806 454 18,3 1731 1166 565 435 732 150

11 6,0 763 442 20,9 1338 864 473 283 555 21 18 6,0 642 367 17,6 2224 2053 171 912 614 479

Tableau 25b : Propriétés des sols utilisés dans les essais de fertilisation (suite).

Rapports élémentaires sol C/Po P/(Al+Fe)M3 VC3 VN3 VP3

8 1146 0,33 2,61 -0,741 -4,432 19 1068 1,26 2,53 -0,718 -4,443 23 1140 0,76 2,52 -0,666 -4,518 4 805 0,75 2,44 -0,773 -4,252

11 933 0,85 2,42 -0,627 -4,415 18 2145 1,02 2,55 -0,490 -5,123

70

Tableau 26 : Variations des teneurs en phosphore dans les sols lors de l’échantillonnage

d’automne par rapport à celui de printemps (en %).

Sol P Mehlich 3 P total Pi Po C/Po %

4 -9,0 2,9 -1,2 6,6 -6,2 8 +5,8 -16,2 -39,8 9,0 -8,3

11 -5,2 -5,9 -8,1 -1,7 1,7 18 -6,8 -23,1 -10,9 -70,9 243,2 19 +6,4 24,2 47,3 8,2 -7,6 23 -11,7 -1,8 -10,4 16,9 -14,4

IV.2.6.2. Minéralisation des sols utilisés en serre

Au terme de 90 jours d’incubation, durée de l’essai en serre, les maxima de minéralisation

du phosphore des six sols considérés s’échelonnaient de 0 à 80 mg P kg-1 (figure 15). Le sol

no. 18 n’avait montré aucune phase de minéralisation. Les sols no. 19 et 23 avaient montré

une minéralisation de 18 et 11 mg P kg-1 respectivement. Le sol no. 8 avait libéré 80 mg P

kg-1. Tous ces sols ont connu une phase d’immobilisation du P, cependant seuls les sols no.

4, 11 et 18 avaient réalisé leur pic de minéralisation du P avant 90 jours d’incubation, soit

dès le début de l’incubation (sol no. 18) et après 20 jours (sols no. 4 et 11). Les trois autres

sols ont connu une phase d’immobilisation de P plus tardive. D’après la procédure de

partition de Cate-Nelson, seuls les sols no. 8, 19 et 23 avaient une capacité de

minéralisation élevée (taux de minéralisation > 0,040 mg P kg-1 j-1 durant la phase de

stabilisation).

71

Minéralisation du P des sols utilisés en serre

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80Temps (jours)

P m

inér

alis

é (m

g P

kg-1

)

4 8

11 18

19 23

Figure 15 : Minéralisation du phosphore des sols utilisés dans l’essai de fertilisation

phosphatée.

IV.2.6.3. Prélèvement, teneur en phosphore et production de biomasse

IV.2.6.3.1. Effet du sol

La teneur en phosphore et la biomasse des plants de ray-grass ont varié selon la coupe, le

traitement de fertilisation et le type de sol entre 2590 à 7830 mg P kg-1 et entre 0,1 à 3,2 g

de M.S. par pot. La fertilisation ainsi que le sol ont eu un effet significatif sur les

prélèvements (P < 0,05 et P < 0,01, respectivement) et sur la teneur en phosphore (P <

0,01, dans les deux cas) (tableau 27). La fertilisation a eu en revanche un effet non

significatif sur la production de M.S. et de M.F. Ainsi, les prélèvements totaux en

phosphore ont été en moyenne 18 % plus importants pour les traitements fertilisés par

rapport aux témoins, selon le sol considéré. La teneur en phosphore des plants fertilisés

était en moyenne 10 % plus élevée que celle des témoins (tableau 28). Le prélèvement

moyen de P a été de 42 mg pour les plants fertilisés, pour une teneur de 6186 mg P kg-1 de

phosphore, contre 36,9 mg pour les plants témoins, pour une teneur de 5689 mg P kg-1.

Ainsi, la fertilisation a contribué à augmenter les prélèvements en phosphore, mais dans

une mesure beaucoup plus faible que pour l’azote. Le ray-grass est une culture peu

72

exigeante en phosphore et, en considérant la richesse des sols utilisés (CRAAQ, 2003), il

était prévisible que la réponse à la fertilisation soit faible.

Tableau 27 : Tableau récapitulatif de l’analyse de la variance pour l’essai de fertilisation

phosphatée, après correction de Box.

source d.l. Concentration Prélèvement M.S. M.F. F P F P F P F P Sol 5 13,0 P <0,01 9,4 P <0,01 14,5 P <0,01 24,

4 P <0,01

Fertilisation 1 16,3 P <0,01 4,5 P <0,05 0,8. P >0,05 2,2 P >0,05

Sol*fertilisation 5 1,6 P >0,05 0,2. P >0,05 0,6 P >0,05 0,6 P >0,05

Coupe 1 15,2 P <0,01 51,6

P <0,01 113,7 P <0,01 85,3

P <0,01

Coupe * sol 5 3,0 P <0,01 2,3 P <0,01 3,4 P <0,05 3,2 P <0,05 Coupe*fertilisa-tion

1 0,6 P >0,05 1,2. P >0,05 0,9. P >0,05 1,1 P >0,05

Coupe*sol*fer-tilisation

5 1,1 P >0,05 0,6. P >0,05 1,2. P >0,05 1,2 P >0,05

d.l. Carré moyen de l’erreur 30 528213,6 8,8 0,34 (36 d.l.) 17,5 (36 d.l.) Test de sphéricité d.l. χ2 9 21,0 P <0,05 21,9 P < 0,01 36,6 P < 0,01 41,3 P < 0,01

Tableau 28 : Prélèvements totaux (mg P /pot), concentration en phosphore (mg P kg-1 de

matière sèche) et production de biomasse du ray-grass par sol.

No. sol 18 4 23 11 19 8 total Prélèvement témoin 47,9 43,1 41,2 37,7 35,4 16,2 34,7 (mg P /pot) fertilisé 51,4 52,1 45,1 43,5 39,3 23,6 40,7 fertilisé/témoin 1,07 1,21 1,09 1,16 1,11 1,46 1,18 Concentration témoin 5678 6676 5805 6364 5176 4440 5692 (mg P kg-1) fertilisé 6099 6652 6824 5962 5625 5958 6204 fertilisé/témoin 1,07 1,00 1,18 0,94 1,09 1,34 1,10 M.S. (g/pot) total 8,5 7,2 6,9 6,6 7,0 3,8 6,7 fertilisé/témoin 1,01 1,17 0,97 1,09 1,01 1,16 1,07 M.F. (g/pot) total 82,4 76,9 69,8 67,7 71,5 35,8 67,4 fertilisé/témoin 0,99 1,20 0,91 1,23 1,01 1,08 1,07

73

L’utilisation de comparaisons multiples sur la teneur et le prélèvement en P a permis de

distinguer plusieurs groupes de sols (tableau 29). Concernant le prélèvement du P, le

premier groupe était constitué des sols no. 18 et 4. Ces deux sols étaient les plus riches en

Pt et en P inorganique (tableau 25a). Le sol no. 18 avait fourni la plus faible quantité de P

par minéralisation. Le second groupe, chevauchant le premier, était constitué des sols no. 4

et 23, tandis que le groupe suivant, chevauchant le second, était formé par les sols no. 23,

11 et 19. Ces trois sols avaient des concentrations en Pt, en Pi et en Po, ainsi qu’un taux de

minéralisation du P intermédiaires. Le dernier groupe était constitué du sol no. 8, qui avait

montré la plus forte minéralisation du P durant l’essai d’incubation. C’était aussi le sol le

moins riche en phosphore. Il faut noter que la croissance des plants de ray-grass cultivés sur

le sol no. 8 a été anormale : bien que les plants semblaient sains, ils présentaient une

croissance très faible et désordonnée durant les premières coupes. Ils se sont ensuite

développés normalement et ont finalement rattrapé les plants cultivés sur les autres sols.

Confirmant ce regroupement, il existait une corrélation négative entre la teneur maximale

en P minéralisé et les prélèvements (r = -0,81, P < 0,01) et la teneur en P des plants (r = -

0,52, P < 0,01) (figure 16). Le prélèvement en P était relié à la saturation en phosphore du

sol (r = 0,51, P < 0,01) et à la teneur en P disponible du sol (r = 0,60, P < 0,01) (figure 17).

De fait, c’était la richesse en P et non à la capacité de minéralisation du Po qui avait permis

d’assurer les besoins en P des plants de ray-grass. Les sols les plus riches en Pi sont ceux

pour lesquels la fertilisation a eu le moins d’effet et pour lesquels les traitements témoins

ont présenté la plus forte croissance et les meilleurs prélèvements en P. Cette richesse

entraînant une inhibition des phosphatases du sol, cela explique la corrélation négative

entre les prélèvements en P et TP. Dans une étude sur les sols organiques naturels du

Minnesota, Bridgham et al. (2001) avaient déjà déterminé que la teneur en P dans les

plantes était corrélée avec la teneur en P dans le sol et avec la minéralisation anaérobie de

la M.O., mais pas avec la minéralisation aérobie. La richesse de ces sols en phosphore

inorganique provient probablement d’un historique de fertilisation intensive. Il est donc

possible de poursuivre les efforts de réduction de la fertilisation phosphatée en tenant

compte de la richesse du sol en P. Nous ne pouvons pas confirmer notre troisième

hypothèse de recherche, à savoir que la minéralisation du P peut contribuer à la nutrition

74

phosphorée des plants puisque le pouvoir de minéralisation a été inhibé par la richesse des

sols.

Tableau 29 : Comparaison entre les sols pour le prélèvement et la teneur en phosphore.

Sol TP (mg P

kg-1 j-1)

Prélèvement en P moyen

(mg P/ pot)

Sol TP (mg P kg-1

j-1)

Teneur en P moyenne

(mg P kg-1) 18 (a)* -0,047 49,7 4 (a) 0,006 6,7 4 (a)(b) 0,006 47,6 23 (a)(b) 0,067 6,3 2 (b)(c) 0,067 43,2 11 (b) -0,010 6,2 11 (c) -0,010 40,6 18 (b) -0,047 5,9 19 (c) 0,257 37,6

19 (c) 0,257 5,4 8 (d) 0,550 19,9 8 (c) 0,550 5,2

PPDS 6,29 PPDS 0,43 *Les sols possédant la même lettre ne sont pas significativement différents selon la plus petite différence significative au seuil de 5% (PPDS).

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100

P minéralisé maximal à 90 jours (mg P kg-1)

Pré

lève

men

t en

P (m

g P

/pot

)

Figure 16 : Relation entre le prélèvement en phosphore par les plants de ray-grass et la

minéralisation du phosphore.

75

0

10

20

30

40

50

60

100 150 200 250 300 350 400 450

Teneur en PM3 (mg P kg-1)

Prél

èvem

ent e

n P

(mg

P /p

ot)

Figure 17 : Relation entre le prélèvement en phosphore et la teneur en phosphore

disponible.

IV.2.6.3.2. Effet du temps

Le prélèvement et la teneur en phosphore ont varié de façon significative en fonction de la

date de coupe (P < 0,01 dans les deux cas). Le temps intervenait aussi de façon significative

sur la production de M.F. et de M.S. (P < 0,01 dans les deux cas). D’une façon générale, le

prélèvement a augmenté progressivement au cours des trois premières coupes pour

atteindre 10 mg par pot. Ensuite, il diminuait légèrement (tableau 30). Cette évolution a été

observée chez les traitements témoins comme chez les traitements fertilisés. L’effet de la

fertilisation sur la teneur et sur le prélèvement en phosphore ne variait pas significativement

dans le temps. Cela signifie que, contrairement à ce qui a été observé dans l’essai azote,

l’écart entre les deux traitements ne s’est pas accentué significativement au cours de l’essai.

Cette diminution ne serait donc pas du à un épuisement des sols en P, mais plutôt à un

épuisement des plants de ray-grass. Ces résultats sont confirmés par l’étude de l’évolution

de la biomasse.

Tableau 30 : Évolution temporelle de la teneur (en mg P kg-1) et du prélèvement (en mg

P/pot) en phosphore du ray-grass.

76

Coupe 1 2 3 4 5 Teneur en P (mg P kg-1) 5811 5821 5543 5051 5230 Prélèvement en P (mg P /pot) 4,4 7,6 10,2 9,3 9,2 M.S. (g /pot) 0,7 1,2 1,8 1,9 1,7 M.F. (g /pot) 7,0 12,1 15,5 17,4 15,5

IV.2.7. Conclusion

La dynamique de minéralisation du P, beaucoup plus faible que celle du N, était

caractérisée par une tendance trapézoïdale. Une courte période de forte minéralisation est

suivie d’une phase de stabilisation de 130 jours durant laquelle un taux de minéralisation

constant de 0,063 mg P kg-1 j-1 a été mesuré. La dernière période est marquée par une

immobilisation du P. La minéralisation du P apparaissait contrôlée essentiellement par la

richesse en carbone du sol et était fortement inhibée par la présence de phosphore

inorganique (P disponible en particulier). Un taux de minéralisation critique du P a été

déterminé à 0,040 mg P kg-1 j-1, il correspondait à une teneur en C de 425 g kg-1, soit une

teneur proche de la teneur seuil pour la minéralisation du N établie à 373 g C kg-1. L’essai

en serre a montré que la fertilisation n’améliore pas la production de biomasse de plants de

ray-grass. Pourtant, il ne permet pas de confirmer que la minéralisation du P contribue à la

nutrition phosphorée des plantes. En effet, les sols étant bons à excessivement riches en

phosphore disponible, il est apparu que c’était la teneur en P disponible du sol qui a été

déterminante pour le prélèvement en P des plants.

IV.3. Synthèse : Classification des sols selon leur capacité de minéralisation du N et du P

Plusieurs propriétés des sols ont été utilisées pour établir un seuil de minéralisation du N, il

s’agissait des teneurs en C et en N dans le sol entier et dans la fraction légère de la M.O.,

des rapports logarithmiques ainsi que des indices de déséquilibre nutritif. Dans le cas du

77

phosphore, la teneur en C du sol, les rapports logarithmiques et l’indice de déséquilibre

nutritif basé sur les simplex (C, N, P, R) étaient les propriétés significativement

discriminantes qui ont été utilisées. Nous avons croisé l’information de façon à obtenir un

classement global des sols selon leur pouvoir de minéralisation du N et du P. Le tableau 31

résume le classement des sols selon leur pourvoir de minéralisation du N et du P, basé sur

la teneur en carbone du sol et sur l’indice de déséquilibre évalué selon C, N et Po. La teneur

en carbone assurait un taux de succès de 76 % pour classer les sols selon leur pouvoir de

minéralisation du N et du P. En revanche l’indice de déséquilibre permettait de classer les

sols selon ces deux propriétés avec un taux de succès de seulement 59 %. Ainsi, la teneur

en carbone du sol est la propriété la plus intéressante pour estimer la capacité de

minéralisation de la M.O. des sols organiques. En outre, il s’agit d’une propriété

régulièrement évaluée lors des analyses de routine des sols. Nous notons cependant que les

taux de succès étaient nettement supérieurs lorsqu’on considérait les capacités de

minéralisation du N et du P séparément. Les seuils critiques de minéralisation du N et du P

correspondaient à des teneurs en C semblables (372 et 425 g C kg-1). Il semblerait donc

qu’un seuil d’environ 400 g C kg-1 puisse être applicable afin d’estimer la capacité de

minéralisation de la M.O. des sols organiques cultivés du Sud-Ouest du Québec.

Tableau 31 : Classement des sols selon leur pouvoir de minéralisation de l’azote et du

phosphore, basé sur la teneur en carbone et l’indice de déséquilibre χ32 .

Minéralisation du N < 0,80 mg N kg-1 j-1

Minéralisation du N > 0,80 mg N kg-1 j-1

Minéralisation du P < 0,040 mg P kg-1 j-1

C < 373 g kg-1

χ32 > 7

373 g kg-1 < C < 425 g kg-1

5,16 < χ32 < 7,0

Minéralisation du P > 0,040 mg P kg-1 j-1

-

C > 425 g kg-1

χ32 < 5,16

Il est possible d’établir un lien entre la minéralisation de l’azote et du phosphore et la

pédogenèse. Les sols dégradés contenaient moins de 372 mg C kg-1 et moins de 17,2 g N

kg-1, et ils minéralisaient en moyenne 0,43 mg N kg-1 j-1. A l’opposé, les sols jeunes

contenaient plus de 372 g C kg-1 et minéralisaient plus de 0,80 mg N kg-1 j-1 (1,09 mg N kg-

78

1 j-1en moyenne). Cependant, les sols contenant plus de 372 g C kg-1 mais dont le rapport

C/N était supérieur à 30 constituaient des sols très jeunes, pour lesquels la minéralisation

était également faible. Ainsi, les sols intermédiaires étaient les plus minéralisateurs. Dans le

cas du phosphore, les sols jeunes minéralisaient plus de 0,04 mg P kg-1 j-1, tandis que les

sols dégradés minéralisaient moins.

79

Conclusion générale

Dans un contexte de réduction des pollutions d’origines agricoles, la prise en compte de

l’ensemble des facteurs entrant dans le bilan nutritif des sols est importante. Cette étude a

permis de quantifier les taux de minéralisation de l’azote et du phosphore dans les sols

organiques cultivés du Sud-Ouest du Québec. En particulier, elle a permis de montrer que

les dynamiques de minéralisation de l’azote et du phosphore sont très différentes. Ainsi,

une grande partie des sols étudiés ont produit des quantités élevées d’azote par

minéralisation (jusqu’à 865 kg N ha-1 an-1) et suivaient globalement une cinétique linéaire.

Le taux moyen de minéralisation était de 1,04 kg N ha-1 j-1. En revanche, les quantités

maximales de phosphore libérées étaient faibles (14 kg P ha-1 en moyenne) voire négatives

et tous les sols ont présenté une phase d’immobilisation du P après une période de

minéralisation plus ou moins prolongée. La minéralisation nette observée sur les 34 sols au

terme de 240 jours d’incubation était de 1,7 mg P kg-1. L’immobilisation maximale nette

observée entre le début et la fin de l’essai fut de 12 mg P kg-1. A toute fin pratique, le cycle

du phosphore était peu dynamique dans ces sols. La minéralisation de l’azote et du

phosphore dépendait des caractéristiques physiques et chimiques des sols. En particulier,

elle était significativement corrélée aux teneurs en M.O. et en C. Le degré d’humification

n’était en revanche pas déterminant. La fraction active de la M.O. intervenait en terme de

quantité ou de qualité (teneur en C et en N) dans la minéralisation du N et du P. Dans le cas

du P, la teneur élevée en Pi et en P disponible réprimait fortement la minéralisation alors

que Po n’y était pas corrélé. L’établissement d’un seuil d’efficacité de la minéralisation a

permis de classer les sols selon leur pouvoir de minéralisation du N ou du P. Ainsi, au-delà

de 372 g C kg-1, les sols ayant un rapport C/N inférieur à 30 présentent une minéralisation

du N supérieure à 0,99 kg N ha-1 j-1. C’est également le cas des sols montrant plus de 17,2 g

N kg-1, une valeur VN3 supérieure à -0,80 ou un indice de déséquilibre nutritif basé sur le C

et le N inférieur à 6,80. Les sols dont le rapport C/N est supérieur à 30 constituent des sols

très jeunes, pour lesquels la minéralisation est faible. Les sols fortement dégradés de moins

de 373 g C kg-1 présentent également une faible minéralisation. Le taux de succès du

classement a varié de 74 à 88 % selon la variable explicative considérée. Dans le cas du P,

80

le seuil de minéralisation a été fixé à 0,040 mg P kg-1 j-1, soit 0,050 kg P ha-1 j-1. Il

correspondait aux valeurs seuils de 800 g M.O. kg-1, 425 g C kg-1, à un rapport

logarithmique centré VC3 de 2,40 et à un indice de déséquilibre nutritif basé sur le C, le N et

le P organique de 7,0. Le taux de succès allait de 85 à 97 % selon la propriété considérée.

Le carbone était donc le facteur déterminant pour la minéralisation de l’azote et du

phosphore organiques.

La minéralisation de l’azote a eu un effet significatif sur les prélèvements azotés et la

production de biomasse de ray-grass, ainsi, les sols appartenant à la classe de forte

minéralisation de l’azote ont montré des prélèvements des plants témoins jusqu’à trois fois

plus importants et une production de biomasse sèche de plants témoins jusqu’à deux fois

plus importante que les sols de la classe de faible minéralisation. Le taux de minéralisation

critique de 0,80 mg N kg-1 j-1 et les valeurs seuils du carbone (372 g C kg-1) et de l’azote

(17,2 g N kg-1) se sont bien répercutés sur le prélèvement de l’azote. Concernant le

phosphore, la fertilisation n’a conduit qu’à une faible augmentation des prélèvements de

phosphore et n’a pas eu d’effet sur la production de biomasse. Toutefois, il est apparu que

c’était la richesse des sols en phosphore disponible qui avait conduit à ces résultats. Cette

richesse des sols étant reliée à une diminution de la minéralisation du phosphore, nous

avons constaté une relation négative entre les prélèvements et la minéralisation du P au

cours de l’essai.

81

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90

Annexes

Annexe 1 : Identification des sols étudiés

No. sol Identifiant Ferme

Numéro de parcelle

1 BARA 8 2 BARA B1 3 BARA C1 4 BREI 3b 5 BROR 7 6 CAMS 115-122 7 CAMS 210-214 8 CEGM 23-30 9 DELF 70

10 DELF A1 11 DELF A30 12 GUEA LE2 13 GUEJ 9 14 GUIA M2 15 GUIA M3 16 GUIF 3 17 ISAB 5 18 ISAB D3 19 JSTC janet1 20 LAFI 13 21 LECL 8 22 LECL 20 23 LEFO 6 24 LEFO 34 25 LEFO 41 26 LEFO 50 27 PERD M2 28 SORJ 52 29 VANH C2 30 VANH D5 31 VANW 29 32 VANW L1 33 VERN 16 34 VERN 17

91

15 k

ilom

ètre

s

Annexe 2 : Localisation des sites d’échantillonnage

Légende : Limite des sols organiques (Source : Mc Kibbin et Stobbe, 1936)

Sites d’échantillonnage

Annexe 3 : Caractéristiques physiques et chimiques des sols étudiés M.O. fraction légère C N C/N Pt Pi Po. C/Po Fraction légère Cellulose Indice pyro-

Sol -----g kg-1------- ---g kg-1--- --------mg.kg-1------- C N P (mg.kg-1) brute (%) -phosphate1 651 59 369 20,9 17,7 2361 1569 791 466 472 19,4 1326 7,9 522 784 114 422 20,6 20,5 2660 1877 783 539 491 19,3 1581 12,3 403 843 316 459 20,1 22,8 1404 1058 346 1326 502 21,1 739 20,1 164 785 319 417 17,3 24,1 1682 1153 530 787 490 18,8 1321 16,6 705 633 158 351 17,2 20,4 2209 1851 358 980 463 17,5 1820 18,0 746 610 162 361 16,2 22,3 1596 1233 363 993 487 18,3 1121 23,3 577 292 84 171 8,8 19,3 940 724 216 793 441 18,4 988 39,1 328 866 457 486 17,3 28,1 834 431 403 1207 513 17,0 512 12,7 749 859 739 476 15,3 31,2 960 494 466 1023 507 16,1 667 22,0 34

10 842 624 461 18,9 24,4 1459 1006 453 1018 508 20,6 877 24,8 2511 788 94 409 19,8 20,7 1421 940 481 850 466 16,1 750 12,2 7312 799 253 437 20,1 21,7 2581 1710 871 501 484 18,6 1428 14,0 7513 799 136 416 20,9 19,9 1682 1092 590 705 478 18,7 888 9,7 8514 628 136 334 16,6 20,1 1628 1385 242 1377 469 19,0 1080 10,1 5415 515 96 290 11,9 24,5 1450 1138 312 931 482 15,3 1011 22,4 3616 476 23 261 13,4 19,5 3479 3004 474 551 404 16,6 - 7,3 5917 511 72 275 12,8 21,5 1831 1497 334 824 446 15,2 1697 20,4 4818 649 92 343 16,5 20,9 2892 2304 587 584 468 16,2 1876 17,3 5519 798 229 430 18,7 23,0 682 279 403 1066 491 19,7 429 22,8 2220 687 133 375 21,5 17,5 1269 782 488 768 486 23,8 771 18,5 3021 816 266 433 18,1 23,9 1338 997 341 1271 505 18,7 834 16,7 4822 844 270 451 20,8 21,7 1444 957 487 926 492 19,2 863 19,2 4223 804 378 441 19,4 22,8 1080 739 342 1292 493 19,7 669 17,8 6424 734 308 399 17,5 22,7 1146 684 462 863 497 19,2 1077 21,1 6025 819 434 456 15,6 29,2 814 460 354 1289 510 16,1 498 16,0 5626 860 488 470 19,1 24,5 1135 808 327 1435 499 19,5 796 14,7 8827 641 262 352 17,8 19,8 2287 1549 738 477 478 21,1 1642 14,8 6928 407 75 195 19,0 10,2 1344 1046 298 727 445 19,2 1125 30,3 6029 772 182 413 24,5 16,8 1295 805 490 842 491 30,5 611 28,6 3030 765 149 411 23,1 17,8 1487 1043 444 925 484 22,5 1026 14,0 8031 817 150 436 18,9 23,1 868 351 518 843 471 15,2 556 7,6 5032 603 136 325 15,4 21,1 2259 1604 655 496 499 17,5 1687 13,8 7533 670 68 354 16,6 21,3 1427 923 504 703 463 19,5 1001 13,0 6334 751 265 407 16,5 24,6 954 526 428 949 496 18,9 580 24,4 36

Moyenne 709 227 385 18,0 21,8 1585 1118 467 892 481 19,0 1026 17,8 53,9Ecart-type 140 164 76 3 3,7 648 573 154 272 23 3 405 6,8 18,9

92

Annexe 3 (suite) : Caractéristiques physiques et chimiques des sols étudiés pH Densité Conduc- Extraction Mehlich III P/(Al+Fe) P/(Al+Fe)

Sol -tivité P Ca Mg K Fe Mn Al Zn Cu Mehlich 3 Oxalate CaCl2 SMP g/cm3 dS *m-1 mg.kg-1 ---g.kg-1--- --------------------mg.kg-1---------------------

1 5,9 6,4 0,43 5,5 562 13,6 1,7 1144,3 622 21,4 318 34,8 13,5 0,79 0,202 6,2 6,6 0,38 3,4 599 14,9 1,7 762,8 683 43,2 143 37,4 23,5 1,10 0,313 5,7 6,3 0,31 4,2 232 12,1 1,8 786,1 583 48,9 0 25,7 16,2 0,72 0,334 6,2 6,5 0,38 4,7 389 16,7 1,5 480,6 710 40,9 107 37,3 26,3 0,75 0,175 6,1 6,4 0,48 4,2 482 12,5 1,1 808,0 486 21,1 1194 37,4 31,0 0,29 0,176 6,0 6,4 0,34 6,2 492 13,2 0,9 753,0 512 31,6 435 27,5 22,5 0,63 0,247 6,2 6,9 0,43 2,8 193 6,5 0,6 252,3 426 31,4 568 8,0 9,7 0,22 0,158 5,0 5,2 0,33 5,9 254 12,0 1,6 687,4 505 36,6 93 22,0 18,3 0,66 0,139 5,4 5,8 0,33 3,1 237 12,3 0,9 821,4 472 23,8 96 12,8 21,8 0,64 0,17

10 5,8 6,1 0,29 3,8 495 15,6 0,6 450,3 590 33,0 121 16,1 40,1 1,06 0,3411 6,1 6,6 0,36 4,5 303 14,0 2,0 557,5 652 21,9 101 24,3 11,4 0,63 0,1812 5,9 6,3 0,22 2,8 585 17,1 1,2 360,4 835 25,0 297 40,5 27,9 0,73 0,2513 5,6 6,0 0,35 7,0 365 15,0 1,3 959,7 751 38,0 153 28,7 19,2 0,62 0,1814 5,8 6,4 0,51 13,7 443 11,1 2,0 1041,3 689 16,3 96 27,9 18,7 0,90 0,2515 6,5 6,9 0,40 7,9 429 10,9 1,8 1190,5 557 35,8 89 31,7 23,7 1,05 0,2816 6,3 6,9 0,65 3,0 854 12,9 1,4 1001,2 497 35,1 354 28,9 26,4 1,25 0,4017 6,3 6,8 0,35 3,7 376 10,7 1,3 596,5 464 27,9 508 28,3 19,0 0,45 0,2318 6,0 6,4 0,37 3,5 798 13,6 1,6 790,0 625 29,1 587 34,7 26,7 0,78 0,3119 5,9 6,3 0,25 3,2 120 12,1 3,4 757,0 497 50,5 1 18,5 15,8 0,44 0,1020 5,7 6,3 0,27 2,9 284 12,5 1,6 595,1 672 23,7 105 31,2 16,6 0,58 0,1821 5,6 6,1 0,34 2,5 380 14,9 1,7 666,6 771 27,2 201 21,0 28,0 0,58 0,2022 5,5 6,0 0,28 2,5 415 13,0 2,4 554,6 782 29,0 183 26,1 16,7 0,65 0,1923 6,3 6,5 0,28 3,2 307 12,7 2,1 791,6 593 29,7 160 20,7 21,2 0,60 0,1724 5,5 5,9 0,31 3,0 367 12,3 2,0 813,5 529 31,5 397 27,3 21,5 0,49 0,0825 5,0 5,5 0,40 5,0 215 10,2 2,1 809,1 494 41,8 123 30,5 13,3 0,52 0,2326 5,4 5,7 0,24 2,8 321 12,9 1,9 500,3 767 17,3 203 21,6 8,7 0,49 0,1227 5,7 5,9 0,61 2,6 324 9,4 0,8 445,9 575 16,5 600 29,4 11,3 0,32 0,1628 5,4 5,9 0,56 8,1 180 7,4 0,8 499,5 546 47,7 908 10,9 6,8 0,13 0,1229 5,6 6,3 0,35 3,1 152 12,7 1,7 548,5 624 39,8 4 20,7 38,9 0,43 0,2330 6,0 6,5 0,46 4,9 217 13,7 1,5 152,4 672 57,3 147 23,2 24,6 0,40 0,1531 5,9 6,5 0,32 3,6 144 14,2 2,5 483,8 577 44,2 68 44,9 21,3 0,36 0,1132 6,1 6,6 0,44 3,7 447 12,0 1,3 1000,4 513 18,9 623 25,4 19,2 0,45 0,2233 6,1 6,7 0,34 3,2 255 13,0 1,7 378,8 707 32,2 121 24,8 16,8 0,48 0,1634 5,5 6,0 0,25 3,7 222 11,6 1,7 599,5 730 26,3 90 24,7 17,2 0,44 0,12

Moyenne 5,9 6,2 0,4 4,3 366 12,6 1,6 677,6 609 32,2 270 26,6 20,4 0,61 0,20Ecart-type 0,4 0,4 0,1 2,2 171 2,2 0,6 241,9 106 10,3 267 8,1 7,5 0,25 0,07

93

Annexe 3 (suite) : Caractéristiques physiques et chimiques des sols étudiés Sol Elements totaux Extraction à l’oxalate

Ca Mg K Fe Mn Zn Cu Al Na Al Mn Fe P -------------------g.kg-1------------------- ------------mg.kg-1--------- g.kg-1 mg.kg-1 g.kg-1 mg.kg- g.kg-1 mg.kg-1

1 30,7 4,4 2,18 10,5 548 124 48 7,1 322 2,5 444 6,7 13432 35,3 3,4 1,28 7,2 482 108 73 4,0 265 1,8 392 5,9 16693 30,9 3,6 0,97 2,6 144 69 42 1,8 212 0,8 114 1,9 6444 37,7 2,8 0,96 7,5 380 105 88 4,0 679 2,2 307 5,9 9895 26,5 3,6 2,63 14,4 556 168 93 12,2 318 5,2 494 7,3 17476 32,5 2,6 1,54 6,0 239 94 69 5,3 267 2,2 193 3,3 10527 13,2 2,3 1,49 6,5 150 50 22 6,6 247 1,7 112 2,4 4818 26,5 2,3 1,03 2,7 202 73 46 2,5 176 1,4 88 2,2 3499 25,4 1,5 0,75 2,2 71 44 63 2,3 188 1,1 57 1,5 358

10 33,2 1,8 0,63 2,5 123 51 102 2,2 196 1,1 88 1,8 76711 36,6 3,1 1,03 6,1 300 76 39 3,2 200 1,2 222 4,8 72612 38,1 2,3 0,83 8,7 554 115 82 4,1 160 2,5 434 7,4 171013 36,9 2,2 1,37 7,9 689 84 64 3,2 199 1,3 629 6,9 97114 25,2 5,0 2,47 11,4 331 103 60 6,5 432 1,5 298 6,0 125215 35,2 7,0 1,97 8,2 387 111 63 5,1 369 1,2 258 4,3 105216 35,0 6,5 3,55 16,9 818 153 81 11,9 669 2,2 659 5,4 224617 26,7 5,1 1,92 11,7 436 131 54 8,3 298 2,5 364 5,4 135218 31,3 3,8 2,00 11,1 486 128 66 7,3 248 2,6 437 6,9 207819 32,8 5,1 0,95 2,6 168 60 21 1,8 240 0,8 162 1,8 18120 27,9 3,2 1,11 5,5 211 91 55 3,0 305 1,2 201 3,5 61221 32,2 2,4 0,93 4,9 232 64 82 2,7 325 1,3 179 4,0 75322 28,1 2,7 0,75 5,3 498 73 50 2,4 145 1,3 486 4,7 80823 35,1 3,6 1,00 4,0 209 58 58 2,4 156 1,3 173 3,2 55324 27,3 3,2 1,22 4,5 265 66 71 3,9 172 2,2 221 3,2 32725 23,5 2,8 1,08 3,4 194 75 44 2,7 153 1,4 144 2,3 67126 29,6 2,3 0,66 6,1 198 76 29 2,8 157 1,7 181 6,0 63127 21,5 2,2 1,29 12,5 345 117 54 6,3 194 2,7 293 9,2 133828 15,9 3,0 1,77 12,8 351 91 49 7,5 340 2,4 334 8,7 89829 33,1 2,8 1,01 4,3 310 67 87 2,7 211 0,8 230 2,7 56730 34,1 2,7 0,60 7,5 440 75 85 3,4 189 1,5 303 6,2 78931 45,8 3,4 0,67 5,6 271 103 53 1,9 201 0,9 193 2,4 27732 27,0 3,4 2,22 10,5 257 110 63 8,1 300 2,5 183 5,3 129733 30,4 3,6 1,37 10,4 469 91 57 5,0 275 1,3 387 6,3 80334 26,6 2,7 1,06 5,5 185 73 50 3,3 407 1,4 192 3,6 422

Moyenne 30,2 3,3 1,4 7,3 339 90,5 61 4,6 271 1,8 278 4,7 933Ecart-type 6,3 1,2 0,7 3,7 169 29,0 19 2,7 125 0,8 149 2,1 512

94

Annexe 4 : Analyse des sols après 240 d’incubation sol MO indice

pyro pH sol sec C N C/N Pi Pt Po C/Po

g.kg-1 g.kg-1 g.kg-1 mg.kg-1 mg.kg-1 mg.kg-1 1 668 67 6,0 361 21,1 17,1 1569 2368 799 452 2 768 52 6,1 425 21,1 20,1 1796 2589 793 536 3 826 21 5,6 373 19,9 18,7 1046 1631 585 637 4 760 73 6,2 431 18,5 23,3 1139 1598 459 940 5 605 78 6,2 374 16,7 22,4 1653 2389 736 508 6 635 67 6,1 348 15,8 22,1 1171 1573 402 867 7 277 35 6,3 191 7,2 26,4 653 904 251 761 8 846 71 4,9 487 17,3 28,1 504 877 373 1305 9 839 38 5,5 472 15,6 30,3 483 946 463 1019

10 819 31 5,8 467 19,3 24,2 940 1448 508 920 11 779 100 6,1 435 20,8 20,9 967 1517 549 791 12 786 88 5,8 437 20,5 21,3 1754 2516 762 573 13 779 100 5,5 431 21,9 19,7 1045 1792 747 577 14 599 67 5,8 332 16,8 19,8 1413 1738 325 1023 15 475 50 6,5 267 10,9 24,5 1148 1382 234 1139 16 463 74 6,4 259 14,5 17,8 2888 3378 489 530 17 485 62 6,4 280 13,4 20,8 1562 1985 423 662 18 617 66 6,0 348 17,2 20,3 2192 2870 678 513 19 773 33 5,8 435 19,8 22,0 365 668 303 1436 20 680 37 5,6 361 21,5 16,8 770 1193 423 853 21 791 51 5,6 438 18,9 23,2 878 1362 484 906 22 829 53 5,3 460 21,5 21,4 903 1425 522 880 23 788 76 5,9 451 20,2 22,3 650 1048 397 1135 24 701 70 5,3 391 17,5 22,3 724 1139 414 945 25 803 67 4,9 456 16,3 27,9 443 780 337 1353 26 837 100 5,3 470 20,1 23,4 667 1075 409 1152 27 632 85 5,6 344 17,6 19,6 1472 2285 814 423 28 403 77 5,2 220 12,3 17,9 1022 1433 411 535 29 746 63 5,8 399 23,9 16,7 796 1357 561 711 30 748 67 5,7 405 24,1 16,8 833 1513 680 595 31 798 74 6,0 435 19,1 22,8 341 797 456 953 32 609 90 6,1 342 16,6 20,6 1444 2163 719 476 33 637 86 6,1 367 17,5 21,0 948 1448 499 735 34 723 42 5,4 377 16,0 23,6 521 925 404 934

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MINÉRALISATION DE L’AZOTE ET DU PHOSPHORE ......ii libération de 14,3 kg P ha-1 a été suivie...

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