NH4+ NO2

- NO3-

minéralisation

N orga très stable

N orga stable N orga

labiletrès lente lente

rapide Biomasse µbienne

Fix

bio

N2

Litiè

re

dépôt atm. ; Engrais

Apports orga ext.

min. microb. brute

NH3

org. microb. brute

ruissellementlessiv

ag

e

NH4+ NO2

- NO3-

lixiv

.

N2 N2O

absorption

nitritationnitratation

NO

NH4+

fixémin

CO2

Caractériser les entrées organiques pour prédire leur devenir

Principe de l’analyse pariétale appliquée à la caractérisation des M.O. exogènes

Détournement de technique destinée à caractériser la valeur nutritionnelle des fourrages Applicable aux seuls produits solides Difficultés selon la texture Méthodologie qui a évolué dans sa technologie

Système manuel de digestion « Van-Soest » et accessoire de filtration associé.

Réactif NDS

Réactif ADS

Réactif ADC

Carbone total du produit

Part

ie S

olub

le à

ND

S

Rés ADC

Part

ie S

olub

le à

AD

S

Part

ie S

olub

le à

AD

C

Part

ie

inso

luble

À chaque étape du processus

(4 rep/echt) :

- pesées à 40°C et 100°C

- cendres résiduelles (500°C)

Feuille de calcul pré-calculée pour la finalisation des résultats Van SoestZ

one d

e s

ais

ie d

es

pesé

es

Zone d

e v

éri

fica

tion

inte

rmédia

ire

(hum

idit

é ;

cendre

s ;

rési

dus

Zone d

e c

alc

uls

définit

ifs

(mati

ère

bru

te ;

mati

ère

sèch

e

Analyse pariétale des litières de filao – différentiation selon les sites.

Particularité ou artéfact dans l’analyse des feuilles ?? Variabilité assez forte des résultats (charge minérale ??) Pas d’informations particulières a/s phytotoxicité

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

DG C1 DG C2 Ka C1 Ka C2 Ka C3

Prop

ortio

ns r

elat

ives

des

div

ers

frac

tions

(g

g-1

MO

)

SOLUBLE HEMI_CELL CELL LIGNINE

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

DG Ka

Prop

ortio

ns r

elat

ives

des

div

ers

frac

tions

(g

g-1

MO

)Litières Arbres

Les polyphénols solubles totaux : Autre paramètre de qualité des M.O.

Méthodologieo Extraction eau(50)-méthanol(50) à 80°C pendant 1H (400 mg/40 ml)

o Transfert, lavage et ajustement à 100 ml par H2O en fiole jaugée

o Dosage par colorimétrie au réactif de Folin-Ciolcateu (manifold original) (résultats en équivalents acide tannique)

Utilisation o Rapport (lignine + polyphénols totaux) / Ntotal

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

< 20

30à5

0

50à6

0

70à8

0> 8

0Densi

té f

réquence

Polyphénols (mg g-1 ac. Tan.)

Phytotoxicité des litières de filao : Mise en évidence par un test de germination

Forte phytotoxicité des couches de litière les plus récentes (couche 1)

Disparition de la phytotoxicité pour la couche la plus ancienne (couche 4)

Observation qui corrobore le constat des fleuristes et pépiniéristes dakarois

Test de germination « cresson »

Sol + 10% litière

Couche Arbres 1 2 3 4

site D G 0.00 0.00 0.00 0.30 0.97

Site Ka 0.00 0.00 0.06 0.84 0.99

Proportion de graines de cresson germées en 3 jours

Une nécessité : Connaître les raisons et prévenir les conséquences de la phytotoxicité.

Test de phytotoxicité à partir d’extrait aqueux de litière : Recherche d’une valeur de «DL50»

Recherche graphique du « nombre de dilutions d’extraits de litière** nécessaires pour obtenir un taux de germination de 0.50 des graines de laitue.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

10 100 1000

Val. mesurées

Nb. Dilutions milieu aqueux

Taux g

erm

inati

on

** : extraits de litière obtenus par macération avec agitation de la litière dans l’eau distillée et filtration à 0.2µm de la suspension après centrifugation.

Valeur GI 0.50

Test de phytotoxicité à partir d’extrait aqueux de litière : Synthèse des résultats

Phytotoxicité pour [C soluble] 100 mg l-1

Effet synergique aux faibles [C soluble]

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1 10 100 1000

DG C1 DG C2 DG C3 DGC4

C soluble (mg l-1 )

Ind

ice G

I

Spectres de réflectance dans le proche infra rouge : Aperçu de la qualité des résultats

0

100

200

300

400

500

0 100 200 300 400 500

DG DG arbres

Ka Ka arbres

Droite d'équivalence

C total dosé (mg g-1)

C t

ota

l ca

lculé

(m

g g

-1)

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

DG DG arbres

Ka Ka arbres

Droite d'équivalence

Dose Extrait DL50 mesurée (Nb. dil)

Dose

Extr

ait

DL5

0 c

alc

ulé

e (

Nb.

dil)

NH4+ NO2

- NO3-

minéralisation

N orga très stable

N orga stable N orga

labiletrès lente lente

rapide Biomasse µbienne

Fix

bio

N2

Litiè

re

dépôt atm. ; Engrais

Apports orga ext.

NH4+

min. microb. brute

NH3

org. microb. brute

ruissellementlessiv

ag

e

NO2- NO3

-

lixiv

.

N2 N2O

absorption

nitritationnitratation

NO

NH4+

fixé

Cycle de la M.O. : Quantifier le réapprovisionnement en M.O. fraîche

min

CO2

Les litières et résidus de culture : Quantifier l’incorporation au sol

Quantification des pertes de matière : les litterbags et cages d’exclusion

Quantification des retombées de litières : les collecteurs

Géométrie à adapter pour une bonne représentativité de la collecte

Cages d’exclusion vs litterbags : Quel choix ?

Quantifier individuellement la quantité initiale de résidus

Litterbags :o Dispositif artificialisé (humidité)o Indispensables si

enfouissemento Approche des effets de la

mésofaune du sol Dosages C, N et cendres

nécessaires

Biodégradation d’un mulch sous S.C.V. en Centre C.I.

0

1020

3040

5060

70

35 J AE 68 J AE 98 J AE

Cho. Puer.

Eff

et

«m

acr

ofa

une» (

BF%

)

Litterbags : Quantification du rôle de la macrofaune dans l’incorporation au sol du C de la litière

BF = 100 *(%C0.2mm - %C2mm)/(100 – C2mm)

Source : thèse P. Autfray.

Litterbags : Modélisation de la cinétique d’incorporation de la litière au sol

Mod : A(1 –e-k1t) + (1-A)((1 –e-k2t)

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400

durée (j )%

C in

itia

l in

corp

oré Cho Jach 6 mois

Cho Jach 18 mois

NH4+ NO2

- NO3-

minéralisation

N orga très stable

N orga stable N orga

labiletrès lente lente

rapide Biomasse µbienne

Fix

bio

N2

Litiè

re

dépôt atm. ; Engrais

Apports orga ext.

NH4+

min. microb. brute

NH3

org. microb. brute

ruissellementlessiv

ag

e

NO2- NO3

-

lixiv

.

N2 N2O

absorption

nitritationnitratation

NO

NH4+

fixé

Cycle de la M.O. : Indicateurs de dynamique de minéralisation du C

min

CO2

Techniques d’étude de la minéralisation de la M.O. au laboratoire et in-situ

A partir du terrain :o Evolution de la teneur en C et N totalo Fractionnement physique de la M.O.o Cloches et/ou tunnels de confinement

A partir d’expériences d’incubationo Conditions de l’incubation (°C ; humid.)o Etudes d’impact des apports exogènes

[CO2] : Techniques de mesure

Carbonatation d’une baseY X(OH)-

n + CO2 CO3 Xy + y/2H2Oo Dosage en retour par acidimétrie

Piégeage NaOH + ajout excès BaCl2 + dosage HCl Piégeage Ba(OH)2 + dosage (COOH)2

o Facile à mettre en œuvre ; faible investissement ; pas d’inhibition par excès CO2 ni réaction CO2 - sol

Dosage direct [CO2]o techniques

Appareil type Licor (absorption IR CO2) Chromato. phase gazeuse détection catharomètre

o Investissement de base ; connaissance du volume mis en jeu; détermination directe; combinaison avec autres suivis (NH3 ; N2O)

[CO2] : Dispositifs de piégeage

Volume de la cloche ~8 litres Durée de piégeage

o CO2 : 30 minutes (2 à 4 prlvts)o N2O : 1 à 2 heures (2 à 4 prlvts)

Autres techniques : Tunnels ventilés automatisés

Cloche de piégeage sur le terrain connectée à un appareil IR Licor

Base de la cloche installée et prlvt de gaz dans le sol

Flux de CO2 sur le terrain : Rythme circadien et effet ponctuel des techniques

évolution de la température

évolution des flux de CO2

temps

8h 13h 21h

+100% -30%

+5°C -15°C

Metay 2002 : riz pluvial Cerrados Brésiliens

Effet d’un labour sur le flux de CO2 (mg C m-2 heure-1)1 heure après labour : 3301 jour après labour : 125(moyenne sur 3 mois : 140)

[CO2] : Dispositifs de piégeage

Enceinte fermée avec piégeage par NaOH

[CO2] : Dispositifs de piégeage

Tube Pharmed 1.6 /4.8 mm(F 39491)

Raccord Luer femelle 1.6mm(Fisher F95960) + bouchon Luer (F 95959)

Tube rigide diam ext 1.6 à 1.8 mm (joint d’étanchéité)

Trou de diamètre 4 mm dans le couvercle du pot (mèche spéciale verre 400 t /mn

Pot d’incubation cylindrique en PVC (diam 55 ou 43 mm)(40 à 100 g de terre)

Pot « à confiture » « Le Parfait)volume réel : 1187 ml

(sans le pot d’incubation)

Joint caoutchouté d’étanchéité

Enceinte fermée avec ajutages de connexion à un CPG

Minéralisation en laboratoire : Vitesses et quantités de CO2 cumulées.

0

50

100

150

200

0 40 80 120

Durée exp. (jours)

V C

O2

(mg

kg

so

l-1 j-1

)

sol seul "sol + produit"

Ajustement des vitesses : combinaison d’exponentielles A1e-k1t + A2e-k2t

0

500

1000

1500

2000

2500

0 40 80 120

Durée exp. (jours)

Qt C

O2

(mg

kg s

ol-1

)

sol seul "sol + prosduit"

Effet produit

Intégration de la fonction vitesse : Qt CO2 cumulées

Minéralisation en laboratoire :Cinétique en temps courts « effet démarrage »

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

Durée d'incubation (jours)

Ta

ux

min

. p

rod

uit

(g C

g-1

C p

rod

. j-1

)

effet produit 1 effet produit 2modèle 1 modèle 2

Vérification de l’établissement progressif de la minéralisation du produit : installation de la biomasse zymogène

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

Durée d'incubation (jours)

Ta

ux

min

. pro

du

it (g

C g

-1 C

pro

d)

effet produit 1 effet produit 2modèle 1 modèle 2

Modélisation logistique du taux cumulé de minéralisation du C

Expériences de minéralisation en laboratoire : Prévoir et modéliser

Source : thèse P. Autfray.

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

0 20 40 60 80 100 120

Jours

C m

iné

ralis

é (

mg

C g-1

C d

u s

ol)

TemB Cho18M Pue 18M

mod temB mod Cho 18M mod Pue 18M

Minéralisation des horizons de surface d’un sol ferrallitique sous divers systèmes de culture

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

0 20 40 60 80 100

Durée (J )

N m

inér

alis

é (P

rop.

N a

ppor

té)

Fcho Tcho PueMod Fcho Mod Tcho Mod Pue

Incorporation de litières fraîches de Pueraria et Chromoleana : immobilisation temporaire de N

Modélisation Dynamique C et N

Caractériser les évolutions :Modéliser un modèle simple (Hénin-Dupuy)

Biomasse incorporée

(A)

MOS(C)

CO2

K1A

K2

tk

2

10

2

1 2e)KAK

(HKAK

H(t)

H0 = 20.6 t ha-1 K1 racines = 0.15

Exemple : Détermination des coefficients K1 (acrisol BKF) et K2 (fumier de parc)

Traitement K2 K1

Témoin 0.04  

engrais faible dose (e) 0.03  

engrais forte dose (E) 0.04  

e + fumier   0.2230

E + FUMIER   0.1796

Ajustement : 11 dates sur 40 années d’évolution

K1

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40

Fumier moutons Autre fumiercrucifères

- Badiane 93 (sans labour)

- Badiane 93 (avec labour)

0.00 -

0.02 -

0.04 -

0.06 -

0.08 -

K2

- Siband 72

- Hien 2001

Valeurs acquises dans ce cas

RothC : Prévoir l’évolution des apports de M.O. exogènes

D P M

R P MM.O. exogène

DPM : M.O. décomposable

RPM : M.O. résistante

IOM : M.O. inerte

Bio : biomasse µbienne

Hum : M.O. humifiée

Bio

Hum

CO2D

D

Bio

Hum

CO2 D

D

Décomposition : Y = Y0 e –abck

t(mois)

a : facteur températureb : facteur humiditéc : facteur « couverture du sol »K : constante de minéralisation du compartiment

I O M

Prévision de l’évolution du C d’un acrisol du Burkina Faso avec et sans apport de fumier

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

1950 1960 1970 1980 1990 2000

Année

C t

ota

l so

l (t

ha

- 1)

modèle donnéesHumus

Incertitudes sur l’état initial (prlvt jachère voisine)

Simulation convenable de la parcelle « témoin »

Ecarts à la réalité dans le cas de forts apports de fumiero Hypothèses avancées :

réalité des apportso Effet de la macrofauneo Qualité du fumier (constante

K inadaptée)

o « Dispersion » des apports

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

1950 1960 1970 1980 1990 2000

Année

C t

ota

l so

l (t

ha

- 1)

modèle données Humus

Parcelle Témoin

Parcelle forte dose fumier

Thèse E. Hien

Cantis* : Meilleure prise en compte de la nature des M.O. (composition biochimique)

Structure du modèle CANTIS (version 2)

RDM

HCE

SOL

CEL LIG

ZYB AUB

HOM

CO2CO2

NH4NH4

NO3

FOM

CO2 NH4

k1 k2 k3 k4

hl

kh

ks

Ys

ha

kzVm

hz

ka

Ya

Yz

YhCO2

NH4

Prise en compte de la composition « pariétale »  (Van Soest)o K spécifique par compartiment o Module spécifique pour mulch

Deux pools de biomasse µbienneo Autochtone (AUB) humuso Zymogène (ZYG) M.O. exogène

Biom µbienne morte décomposée

par AUB

* : Développé par l’INRA (Garnier et al 2001)

WfTfNfBfiCikdt

idC

fB : param. contact sol-produit

fN : param. Insuf. N min

fT : param. Température

fW : param. Humidité

NH4+ NO2

- NO3-

minéralisation

N orga très stable

N orga stable N orga

labiletrès lente lente

rapide Biomasse µbienne

Fix

bio

N2

Litiè

re

dépôt atm. ; Engrais

Apports orga ext.

min. microb. brute

NH3

org. microb. brute

ruissellementlessiv

ag

e

NH4+ NO2

- NO3-

lixiv

.

N2 N2O

absorption

nitritationnitratation

NO

NH4+

fixémin

CO2

La biomasse microbienne : Un acteur essentiel difficile à saisir

Techniques de caractérisation de la biomasse microbienne

Dénombremento Comptages direct sous microscopeo Comptage de colonies sur milieu de culture

Dépendant de la composition du milieu Sensibilité biom. zymogène vs biom. autochtone Identification par culture sur milieux sélectifs

Méthodes indirectes d’estimationo Dosages de composés spécifiques (expl. : ergostérol de la biomasse

fongique)o Méthodes par fumigation

Fumigation – incubation et mesure activité métabolique relativement à un échantillon non fumigé.

Fumigation – extraction et dosage d’indicateurs de présence de la produits de lyse des µorganismes sur echts fumigés vs non fumigés

Dosage Ctot, Ntot sur extrait K2SO4 Dosage N alpha-aminé sur extrait KCl

o Respiration induite par le substrat Ajout de glucose et détermination du surplus d’activité (CO2) par

rapport sol seul

Technique fumigation-extraction et dosage de N alpha-aminé.

Matériel nécessaireo Hotte et pompe à video Dessicateur en verreo Matériel pour l’extraction de N minéral

Extrait KClTerre fine fraîche

Terre fine fraîche

Extrait KCl

CHCl310 jours

Evac. CHCl3

Dosage manifold

original

Biomasse microbienne et N minéralisable en bananeraies martiniquaises

0

100

200

300

400

500

600

700

0 2 4 6 8 10 12

Bananeraie intensiveBananeraie intermédiaireBananeraie pérenne

N minéralisable mg kg-1 j-1

C b

iom

. m

icro

bie

nne m

g k

g-1

Faits marquants sur : La caractérisation des M.O. et leur devenir dans les

sols La caractérisation chimique

o L’analyse élémentaire et la détermination de types de molécules à « effet protecteur »

o La subdivision en compartiments de résistance croissante aux réactifs agresseurs

o Les techniques d’analyse rapide par SPIR (NIRS) L’étude du comportement des M.O. dans les sols

o Quantification de l’incorporation des M.O. au solo Mesures directes des émissions gazeuses à l’interface sol-

atmosphèreo Etude des cinétiques d’incubation

Production de CO2 (et autres gaz) Suivi de la minéralisation de l’azote

La formalisation des cinétiques et les modèles couplant les cinétiques du C et N organiqueo Vers une meilleure prise en compte de l’interdépendance des cycles

de C et N et des conditions trophiqueso Un danger : la multiplication des paramètres...pas toujours

accessibles !!!