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 !!!
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