contribution à l’étude structurale par py/cg-sm de la ... · une variété de produits...

BASE Biotechnol. Agron. Soc. Environ.201115(4),553-566

Contributionàl’étudestructuraleparPY/CG-SMdelamatièreorganiqueliéeauxparticulesfines(0-50µm)dansquelquessolssousformationsnaturellesdelongueduréeauBurkinaFasoFrançoisJ.P.Pallo(1),LaurentLemée(2),AndréAmblès(2)(1)Institutdel’EnvironnementetdeRecherchesAgricoles(INERA).04BP8645.BF-Ouagadougou04(BurkinaFaso).E-mail:[email protected](2)UniversitédePoitiers.LaboratoiredeChimie12(UMR6514).40AvenueduRecteurPineau.F-86022PoitiersCedex(France).

Reçule19juin2010,acceptéle16novembre2010.

L’étudeviseàapprofondirnosconnaissancessurlamatièreorganiquedesArénosols,desFerralsolsetdesCambisolsauBurkinaFaso.Elletraitedeladistributiongranulométriqueducarbone,del’azoteetsefocalisesurlescaractéristiquesstructuralesdelafractionorganiqueliéeauxparticulesinférieuresà50µm.Ainsi,quellequesoitl’unitédesol,letauxdematièreorganiquetotaleestinférieurà2%.Plusde70%ducarbonetotalseretrouventdanslafraction(0-50µm).Lesprincipalesstructuresdelafraction(0-50µm)libéréesparlatechniquedePY/CG-SMsontissuesdelalignine,descarbohydrates,desacidesgrasméthylesters,desacidesaminésetuncomposéaromatiqued’origineinconnue.LescomposésaliphatiquesvontduC12auC18,C16étantdominant.Descorrélationsnégativesexistententrelescomposésaliphatiquesetlescomposésaromatiques.Lescomposésdérivésdesacidesaminéssontpositivementcorrélésavecletauxd’argile.Parcontre,lescomposésdérivésdessucresontdescorrélationsnégativesaveccesparticulesargileuses.Parailleurs,l’étudeamisenévidencelesdifférentesstructuresdelaligninetellesquelesunitéssyringyl,guaiacyletp.hydroxyphényle.Liéesàlanaturedubois(boisdur,boislégeretgraminées),ellesreflètentlacompositionfloristiquedessitesétudiés.LatechniquedePY/CG-SMs’estainsirévéléeefficacepourunecaractérisationstructuraledetrèsfaiblesquantitésdematièreorganiquedessols.Mots-clés.Sol,matièreorganique,fractionnement,lignine,pyrolyse,BurkinaFaso.

Contribution to the study by PY/GC-MS of organic matter linked to fine particles (0-50 µm) in some soils under long-term natural formations in Burkina Faso.ThestudyaimstoenhancetheknowledgeonorganicmatterofArenosols,Ferralsols,andCambisolsinBurkinaFaso.ItdealswiththedistributionofCandNinthreeparticlessizefractionsandisfocusedonthestructuresoforganicmatterlinkedtothe(0-50µm)fraction.Theresultsshowedthattotalorganicmatterwaslowerthan2%inallsoilunits.Morethan70%oftotalcarbonwereheldbythefinestfraction.ThemainproductsreleasedbyPY/GC-MStechniqueofthe(0-50µm)fractionwereligninderivedcompounds,nonligninderivedaromaticcompounds,carbohydrates derived compounds, fatty acids methyl esters and nitrogen derived compounds. The aliphatic compoundsrangedfromC12toC18,C16beingthedominantone.Thealiphaticcompoundswerenegativelycorrelatedwiththearomaticcompounds.Apositivecorrelationwasobservedbetweenthenitrogenderivedcompoundsandtheamountsofclay.Ontheother hand, the carbohydrates derived compoundswere negatively correlatedwith clay particles. Furthermore, the studypointedoutsomedifferentstructuresofligninsuchassyringyl,guaiacyl,andp.hydrophenyl.Dependingonthenatureofwood(hardwood,softwoodandgrasses),theyreflectedthecompositionofvegetationonthestudiedsites.Therefore,PY/GC-MStechniquewasefficientforstructuralcharacterizationoflowamountsofsoilorganicmatter.Keywords.Soil,organicmatter,physicalfractionation,lignins,pyrolysis,BurkinaFaso.

554 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 201115(4),553-566 PalloJ.P.,LeméeL.&AmblèsA.

1. IntroduCtIon

SelonFlaig (1971) etGuggenberger et al. (1994), lamatièreorganiquedessols(MOS)inclut,enplusdesdébrisvégétauxetanimauxplusoumoinsdécomposés,unevariétédeproduitsorganiqueshétérogènessouventintimementliésauxcomposantesinorganiquesdusol.Onluireconnaituneinfluencepositivesurlafertilitédessols(Nwinyi,1973;Thompsonetal.,1989;Asaduetal.,1997)etunrôlesurlesprocessusdeformationet d’évolution de ces derniers (Duchaufour, 1977).LaMOS se singularise égalementpar sa capacitédechélation des métaux, évitant ainsi la pollution desnappes phréatiques (Karapanagiotis et al., 1991;Heetal.,1994).Auplanenvironnemental,elleaacquiscesdernièresannéesuneimportancetouteparticulière.Eneffet,laquantitétotaledecarboneorganiquedanslessolsdumondeestévaluéeà1576Pg(Eswaranetal.,1993). Elle représente respectivement le double etenvironletripledesstocksdecarbonedel’atmosphère(750Pg)etdelabiomassevégétale(550Pg)(Postetal.,1990).Unetellesourcededioxydedecarbonepourrait,àlafaveurdeschangementsclimatiques,influencerlaconcentrationdeCO2dansl’atmosphèreetaccroîtreleréchauffement de notre planète (Kirschbaum, 1995).Cependant, sa caractérisation notamment chimiques’estheurtéeàdenombreusesdifficultésrelevéesparOades(1995),Zumanetal.(1995)etSwift(1996).Aussiest-ildeplusenplussuggéréd’employerdesméthodesphysiques et/ou des techniques spectroscopiquesen combinaison avec des méthodes de dégradationchimiquessélectivespourcaractériserlaMOS.Depuisla fin des années 1970, la pyrolyse, définie commeune technique de détermination de la structure desgéo-/bio-macromoléculesorganiquesfondéessurleurdécomposition chimique sous l’action de la chaleur,estapparuecommeuneméthodesimpleetrapidequifournit à l’échelle moléculaire des données sur lesmatériaux organiques complexes constitutifs du solentier,desacidesfulviques,humiquesetdeshumines(Saiz-Jimenezetal.,1984;Saiz-Jimenezetal.,1986;Bracewelletal.,1989;Schnitzeretal.,1992;Schultenet al., 1995). Elle permet ainsi d’identifier leurscomposantsmajeursdontleshydratesdecarbone,lesphénols,lesmono-/di-mèresdeligninesetlesgraisses.De nombreux travaux font état de son utilisation envued’accroîtrelesconnaissancessurlacompositionetlastructurechimiquedelaMOSsousculturesetsousforêts(Hempflingetal.,1988;Hempflingetal.,1990;Hempfling et al., 1991), permettant de débouchersur des pratiques de gestion environnementale plusefficaces(Schultenetal.,1992).

La présente étude, qui s’intègre dans le cadregénéral de ces travaux, a pour objectif spécifique lacaractérisationdelastructuredelamatièreorganiqueliée aux particules fines (0-50µm) des sols. Elle a

été réalisée dans la région ouest et dans la régionnord-ouest du Burkina Faso sur trois unités de solsous formations naturelles de longue durée (70ans),qualifiéesde«forêtsclassées».Leséchantillonsdesolproviennentdel’horizonsupérieurdecesunités.Outrelescaractéristiquesdufractionnementgranulométriquedelamatièreorganique, lescaractèresstructurauxdela fractionorgano-minéralede chaque échantillondesolontétédéterminés.Lescoefficientsdecorrélationde rang entre le pourcentage relatif des différentscomposésetlespropriétésphysico-chimiquesdessolsontégalementétécalculés.

2. MatérIel et MéthodeS

2.1. Cadre géographique

Les données sur les milieux naturels étudiés sontreportées au tableau 1. Elles révèlent que trois sitessontconcernés:Niangoloko,FarakobaetSâ.Ilssontlocalisésdansdeszonesclimatiquesdifférentesdontlespluviositésmoyennesannuellesdiminuentdupremierau troisièmesite.Les formationsgéologiquesvarientd’unsiteàunautre.Ilenestdemêmedessols.Dansla Base de Référence Mondiale pour les ressourcesensols(FAO,1998),ilscorrespondentauxArénosolsendopétroplinthiques à Niangoloko; aux Ferralsolsabrupti-chromiques à Farakoba et aux Cambisolsferri-épigleyiques à Sâ. Dans le reste du texte, ilssont désignés par «Arénosols», «Ferralsols» et«Cambisols».Lesformationsvégétalesappartiennentausecteursoudanienméridionalpourlesdeuxpremierssites et au secteur soudanien septentrional pour ledernier.

2.2. Matériel

Cinqprofilsdesolontétéconsidérésetdécritsselonles directives FAO en la matière (FAO, 1994). Ilsse répartissent comme suit: 1profil à Niangoloko(Arénosol); 2profils à Farakoba (Ferralsols) et2profilsdesolàSâ(Cambisols).Leurscaractéristiquesmorphologiquesetphysico-chimiquessontprésentéesdans des travaux antérieurs (Pallo, 2009). Celles deleur horizon supérieur sont indiquées au tableau 2.Ellesmontrent, d’unepart, que la texture s’affinedel’échantillon de l’Arénosol à ceux des Cambisolset, d’autre part, que les valeurs les plus élevées desparamètres tels que le taux de matière organiquetotale, la capacité d’échange cationique, la sommedes bases échangeables, sont celles des échantillonsprovenant des Cambisols. D’une manière générale,ceséchantillonsdesolsontfaiblementacidesàneutresetlecomplexeadsorbant,moyennementàfaiblementdésaturé.

StructuredelamatièreorganiquedessolsauBurkinaFaso 555

2.3. Méthodes

Outre la détermination des paramètres ci-dessusindiqués, les analyses ci-après ont été effectuées surles cinq échantillons de sol prélevés dans l’horizonsupérieur(0-20cm)desprofilsconsidérés:

Fractionnement granulométrique de la matière organique des sols. La méthodologie employées’inspiredecelleélaboréeparFeller (1979).Elleestbasée sur un fractionnement granulométrique du solpar tamisages successifs à sec et sous eau. Pour les

fractionsconsidéréesici,seulslestamisagessouseauontétéeffectués.Ainsi,enplusdesfractionsorganiquesassociéesauxsablesgrossiers[F(200-2000µm)],auxsables fins [F(50-200µm)], une troisième fraction aété séparée. Elle est liée aux particules argileuses etlimoneuses [F(0-50µm)] et désignée par «fractionorgano-minérale»(FOM).C’estlamatièreorganiquede cette dernière qui a fait l’objet d’une analysestructurale.

analyse structurale de la FoM. La pyrolyse (Py)analytique, associée à la chromatographie en phase

tableau 1.Donnéesgénéralessurlessitesétudiés—General data on the studied sites.Sites Sourceniangoloko Farakoba Sâ

Coordonnéesgéographiques

10°16’20’’N4°53’27’’W

11°10’54’’N4°16’21’’W

12°40’54’’N3°15’33’’W

-

Zoneclimatique Sub-soudanienne Sud-soudanienne Nord-soudanienne Guinko,1984Pluviositémoyenneannuelle(mm)

1020,7 1015,8 755,3 -

Températuremoyenneannuelle(T°C)

27,4 27,3 28,7 -

Régimehydriquedessols Ustique Ustique Ustique Boyadgiev,1980Régimethermiquedessols Isohyperthermique Isohyperthermique Isohyperthermique Boyadgiev,1980Substratumgéologique Migmatitesetgranites

indifférenciésRochesvolcano-sédimentaires

Formationssédimentairesàdominantegrèseuse

GrèsdeSotubaAlluvionsépaisses

Hottinetal.,1976

Sols(groupesderéférence) Arénosols Ferralsols Cambisols -Territoiresphytogéographiques

Secteursoudanienméridional(districtdelaComoé)

Secteursoudanienméridional(districtouestMouhoun)

Secteursoudanienseptentrional

Guinko,1984

Principalesespècesvégétales

Daniellia oliveri(Rolfe)Hutch&DalzielAnnona senegalensisPers.Acacia dudgeoni(Holl.)CraibFlacourtia flavescensWilld.Holarrhena floribunda(G.Don)Durand&SchinzAndropogon gayanusKunthAndropogon pseudapricusStapf

Guiera senegalensis Lam.Terminalia laxifloraEngl.&DielsVitellaria paradoxaGaertn.Detarium microcarpumGuill.&Perr.Dichrostachys cinerea (L.)Wight&Arn.Annona senegalensisPers.Andropogon gayanusKunthPennisetum polystachion(L.)Schult.Loudetia simplex (Nees)C.E.Hubb.

Dichrostachys cinerea (L.)Wight&Arn.Combretum micranthumG.DonAcacia seyalDelileCommiphora africana(A.Rich.)Engl.Pterocarpus lucens (Guill.&Perr.)Lepr.Aspilia busseiO.Hoffm.&Muschl.Pennisetum pedicellatumTrin.Pennisetum polystachyon(L.)Schult.

-


gazeuse (CG) et à la spectrométrie de masse (SM),a été utilisée. L’analyse a été faite en se servantd’un appareillage comportant une interface dupyrolyseur (marque CDS 1500 Valved interface),un chromatographe en phase gazeuse (marqueVarian3900, piloté par un logicielStar Workstation)etunspectromètredemasse.L’opérationportesurunéchantillonde4-5mgduproduitàanalyser,finementécrasé et ayant subi une méthylation avec 75µlde TMAH (tétraméthylammonium hydroxyde). Ilest introduit dans un tube de quartz qui est, ensuite,insérédansunsolénoïdedeplatinefixéà l’extrémitéd’une sonde. Cette sonde est placée dans l’interfacedu pyrolyseur et chauffée à 300°C. La températuredel’échantillonestportéeà650°Càraisonde5°C.ms-1 pendant 10secondes à l’aide d’un pyrolyseurCDS(Chemical Data System)pyroprobe.Leseffluentsproduits sont entrainés hors de l’interface par ungaz vecteur (hélium) vers le chromatographe via uninjecteur (Split/splitless 50:1) chauffé à 250°C. Lachromatographie est effectuée surune colonneBPx5(longueur: 30m; diamètre intérieur: 0,25mm;épaisseur:0,25µm)àphasestationnaire(5%phénylméthylsiloxane,95%méthylsiloxane).Latempératuredu fourestprogramméede60°Cà300°Cavecuneaugmentation de 5°C.min-1 et une étape à 300°Cpendant 20min. Le chromatographe comporteégalement un détecteur FiD (ionisation de flamme)ayant une température de 300°C. Il est couplé à unspectromètre de masse, ce qui permet d’identifierchaquecomposééluégrâceà son tempsde rétentionetàsonspectredemasse.L’identificationaétérenduepossibleencomparantlesspectresobtenusavecceuxdecomposésdéjàconnus,disponiblesdanslacollectiondulaboratoiredechimie12(UniversitédePoitiers)oudanslabibliothèqueinternationaleNIST.

analyse statistique des données. Elle a consistéprincipalement à déterminer par le test de Spearman(1904) les coefficients de corrélation des rangs (rs)entre les différents paramètres indiqués ci-dessus,pris deux à deux. Ils ont été calculés en utilisant lelogiciel Minitab sousWindow – version 13-31. Parconventiond’écriture,lessignesutiliséspourindiqueretapprécier ledegrédesignificationdesprobabilitéssont les suivants: *: p<0,05 (significatif); **:p<0,01(hautementsignificatif);***:p<0,001(trèshautement significatif).L’écart-type a été calculé surlesvaleursmoyennesdesrésultatsanalytiques.

3. réSultatS

3.1. Caractéristiques du fractionnement granulométrique de la MoS

Comme indiqué au tableau 3, les teneursmoyennesencarboneetenazotetotauxexpriméeseng.kg-1solbrut (sol non fractionné) sont comprises entre 2,0 et8,0C d’une part; entre 0,28 et 0,80N d’autre part.LesdifférentsrapportsC/Ns’échelonnententre7,2et13,8.Lesteneursencarboneetenazotedesfractionsgranulométriquesmontrent que la FOM détient plusde 70%de la sommedes tauxde carbone expriméseng.kg-1desol,des troisfractions; lespourcentageslesplusélevésétantceuxdeséchantillons4et5issusdesCambisols.Lesplusfortstauxdecarboneassociéà la fraction «sablesfins» sont notés au niveau deséchantillons2 et 3 (Ferralsols). Les échantillons desCambisolsseparticularisentaussiparleursfaiblestauxde carbone associé à la fraction «sables grossiers»(200-2000µm) et l’échantillon1 (Arénosol) par laplus forte valeur (17%) de cette composante. Des

tableau 2.Quelquescaractéristiquesphysico-chimiquesdeséchantillonsdel’horizonsupérieurdessolsétudiés—Selected topsoil characteristics of the studied soils.

Sitesniangoloko Farakoba Sâ

Sols Arénosols Ferralsols CambisolsNumérodel’échantillon 1 2 3 4 5%argiles(0-2µm) 1,50 9,00 6,50 59,00 61,50%limonstotaux(2-50µm) 8,45 13,15 19,30 28,05 27,65

%sablestotaux(50-2000µm) 90,05 77,85 74,20 12,95 10,85pHeau 7,00 6,39 6,22 6,61 6,10Sommedesbaseséchangeables(cmol.g.kg-1desol) 1,22 1,32 1,58 12,24 11,38Capacitéd’échangecationiqueouTcmol.g.kg-1desol 1,48 2,28 3,39 18,64 18,01TauxdesaturationS/T% 82,4 57,9 46,6 65,7 63,2Matièreorganiquetotale(g.kg-1desol) 3,4 5,6 7,3 11,0 14,0


corrélationspositivesexistententreletauxdecarbonede F(0-50µm) d’une part et respectivement le tauxd’argiles(rs=0,90*),lacapacitéd’échangecationique(rs=0,90*), la somme des bases échangeables(rs=0,90*), d’autre part. La corrélation devientnégative entre cette variable organique et le rapportsables/argiles.

Dans les Cambisols (échantillons4 et 5), letaux d’azote lié à la FOM représente environ 90%de la somme en azote des fractions, contre 46,7%dans l’Arénosol (échantillon1). Dans ce dernieréchantillon, les taux d’azote de F(200-2000µm) etF(50-200µm) constituent respectivement le 1/3 et le1/5decettesomme.PourlesFerralsols(échantillons2et 3), ces paramètres sont compris entre 70 et 76%[F(0-50µm)], 15 et 20% [F(50-200µm)], 6 et 11%[F(200-2000µm)].QuantaurapportC/Ndelamatièreorganiquedesfractions,sesvaleurslesplusélevéessont

cellesdelafractionassociéeaux«sablesgrossiers»,saufpourl’Arénosol(échantillon1).

3.2. Caractères structuraux de la matière organique liée à F(0-50µm) ou FoM

L’analysedelastructuredececompartimentorganiquepar PY/CG-SM a abouti à la mise en évidence deproduits d’origines diverses.Les composés d’originenon lipidique et leurs pourcentages relatifs sontindiquésautableau 4.Pourl’essentiel,ilsproviennentdelalignine.Desfragments(unitéssyringyl,guaiacyl,p-coumarique) de cette dernière ont été identifiés.Certains composés sont issus des carbohydrates;d’autres, des acides aminés. En revanche, la sourcedu produit 2-t-butyl 4-méthylphénol reste incertaine(ionol?). Une dizaine de composés sont d’originelipidique(tableau 5).

tableau 3. Caractéristiquesdufractionnementgranulométriquedelamatièreorganiquedeséchantillonsdesolétudiés—The distribution of C and N in the three particle size fractions.

numéro de l’échantillon1 2 3 4 5

Carbone (C)C.total(nf)*g.kg-1sol 1,986 3,279 4,266 6,330 7,936C.total1g.kg-1sol 1,977 3,246 4,226 6,230 7,680C.F(0-50µm)g.kg-1sol 1,498 2,441 3,070 5,320 6,420C.F(0-50µm)g.kg-1fraction 16,556 9,416 16,964 5,925 7,585C.F(50-200µm)g.kg-1sol 0,146 0,492 0,563 0,370 0,780C.F(50-200µm)g.kg-1fraction 2,096 0,907 1,062 4,832 6,815C.F(200-2000µm)g.kg-1sol 0,333 0,343 0,593 0,540 0,480C.F(200-2000µm)g.kg-1fraction 0,396 1,701 2,050 22,556 12,276

azote (n)N.total(nf)*g.kg-1sol 0,277 0,290 0,327 0,800 0,570N.total2g.kg-1sol 0,274 0,300 0,330 0,778 0,557N.F(0-50µm)g.kg-1sol 0,128 0,235 0,230 0,710 0,502N.F(0-50µm)g.kg-1fraction 1,414 0,917 1,270 0,790 0,593N.F(50-200µm)g.kg-1sol 0,055 0,045 0,065 0,036 0,039N.F(50-200µm)g.kg-1fraction 0,790 0,082 0,122 0,470 0,344N.F(200-2000µm)g.kg-1sol 0,091 0,020 0,035 0,032 0,016N.F(200-2000µm)g.kg-1fraction 0,108 0,099 0,121 1,351 0,408C.Total/N.Total3 7,21 10,82 12,80 8,00 13,80C/NF(0-50µm) 11,71 10,38 13,34 7,50 12,78C/NF(50-200µm) 2,65 10,93 8,66 10,28 20,00C/NF(200-2000µm) 3,67 17,15 16,94 16,68 30,18*nf:solnonfractionné—whole soil;1:sommedesteneursencarbonedesfractionsexpriméeseng.kg-1sol—sum of carbon contents of the different fractions in g.kg-1 soil;2:sommedesteneursenazotedesfractionsexpriméeseng.kg-1sol—sum of nitrogen contents of the different fractions in g.kg-1 soil;3:rapport(1)/(2)—ratio (1)/(2).


tableau 4. Pourcentagerelatif(%)desproduitsd’originenonlipidiqueissusdel’analysestructuraledelafraction(0-50µm)deséchantillonsétudiés—Relative percentage of non lipidic products issued from the structural analysis of (0-50 µm) fraction of the studied samples.n° pic chromatographique

Structure Masse nom origine échantillon1 2 3 4 5

1 136 Benzoatedeméthyle lignine 1,9 3,9 5,4 7,3 4,3

2 138 1,2-diméthoxybenzène unitésguaiacyl(lignine)

9,2 2,7 2,0 2,7 9,9

3 138 1,4-diméthoxybenzène lignine 1,3 1,6 1,7 2,4 2,0

4 137 hexahydro2-Hquinolizine

acidesaminés 16,0 20,3 17,8 23,4 36,8

5 142 3-butyl-2-méthyltetrahydrofurane

carbohydrates 1,5 1,7 3,3 2,9 2,1

6 117 1-Hindole acidesaminés 3,1 2,6 2,8 1,9 2,6

7 157 N-méthyl5-oxo-proline

acidesaminés 3,2 2,0 1,7 1,6 3,4

8 168 1,2,3-triméthoxybenzène

unitéssyringyl(lignine)

5,3 2,0 1,4 - -

9 166 4-méthoxybenzoatedeméthyle

p-hydroxy-phényle(ligninedegraminées)

2,0 1,4 - - 3,3

10 198 1,2,3,4-tetraméthoxybenzène

lignine 5,1 6,0 2,6 2,7 4,8

11 194 dibenzoatedeméthyle lignine 2,2 - - - 2,0

12 166 3,4-diméthoxybenzaldéhyde

vanilline(lignine)

4,7 28,1 - 2,4 1,2


tableau 4 (suite). Pourcentagerelatif(%)desproduitsd’originenonlipidiqueissusdel’analysestructuraledelafraction(0-50µm)deséchantillonsétudiés—Relative percentage of non lipidic products issued from the structural analysis of (0-50 µm) fraction of the studied samples.n° pic chromatographique

Structure Masse nom origine échantillon1 2 3 4 5

14 116 2-t-butyl4-méthylphénol

Ionol? 13,8 7,9 6,1 1,4 1,2

15 180 1-(3,4-diméthoxyphényl)-éthanone

unitésguaiacyl(lignine)

0,7 - - - -

16 196 3,4-diméthoxybenzoatedeméthyle

acidevanillique(lignine)

2,6 - 4,4 1,3 -

17 192 3-(4-méthoxyphényl)acryloatedeméthyle

acidep-coumarique(lignine)

1,4 1,2 1,7 4,5 2,8

18 226 3,4,5-triméthoxybenzoatedeméthyle

acidesyringique(lignine)

1,7 2,4 1,9 4,5 2,6

23 222 3-(3,4-diméthoxyphényl)acryloatedeméthyle

acideférulique(lignine)

1,2 - - 1,1 2,3

tableau 5.Pourcentagerelatifdesproduitsd’originelipidiqueissusdel’analysestructuraledelafraction(0-50µm)deséchantillonsétudiés—Relative percentage of lipidic products issued from structural analysis of (0-50 µm) fractions of the studied samples.n° pic Composés nom échantillonschromatographique 1 2 3 4 513 C12 Dodécanoatedeméthyle - - 13,5 - -19 C14:0 Myristatedeméthyle 1,0 - - - -20 iC14 (i)Méthyl-tetradécanoatedeméthyle 2,1 1,2 4,0 1,1 -21 aC14 (a)Méthyl-tetradécanoatedeméthyle - 1,4 - 1,3 2,022 C15 Pentadécanoatedeméthyle 0,8 1,2 3,1 2,8 1,324 C16:1 Palmitoléatedeméthyle 1,5 - - 3,2 -25 C16 Palmitatedeméthyle 8,4 8,0 9,2 17,3 9,126 C18:1 Oléatedeméthyle 3,2 1,8 3,7 5,0 2,727 C18:1 Oléatedeméthyle - - 6,3 - -28 C18 Stéaratedeméthyle 5,3 2,1 6,9 8,8 3,0


Par ailleurs, les pyrogrammes montrent que cesdifférents composés ne figurent pas dans la fractionorgano-minérale(FOM)detousleséchantillonsdesolétudiés. Le pyrogramme de celle de l’échantillon del’Arénosol(Figure 1)comporteàlafoisleplusgrandnombredepicschromatographiquesdétectés(103)etidentifiés(25).Ilsedistinguedesautrespyrogrammesparlaprésencede1-(3,4-diméthoxyphényl)-éthanone(unité guaiacyl) et du myristate de méthyle (C14).Comme illustrépar lafigure 2, lepyrogrammede laFOMdel’échantillon3(Ferralsols)separticulariseparles faiblesvaleursdespicsdétectés (72) et identifiés(20). C’est aussi le seul pyrogramme qui renfermedu dodécanoate de méthyle (C12) et deux picschromatographiques représentant l’oléate deméthyle(C18:1).

Lespourcentages relatifs desdifférents composésrévèlent que l’hexahydro2-H quinolizine, dérivédes acides aminés, présente le pourcentage le plusélevé,enparticulierdans la fractionorgano-minéraledes échantillons4 et 5 (Cambisols). Dans celles desFerralsols(échantillons2et3)etdel’Arénosol(échan-tillon1),ilestdel’ordrede20%et16%.Parailleurs,onnotequelaFOMdel’échantillon2montreleplusfortpourcentagerelatifde3,4-diméthoxybenzaldéhyde(vanilline) et que2-t-butyl4-méthylphénol (origineincertaine)avoisine14%danscelledel’échantillon1.Les produits d’origine lipidique sont respectivementdominés par le dodécanoate de méthyle (13,5%) etpar lepalmitatedeméthyle(17,3%)dans lafractionorgano-minérale des échantillons3 et 4; la FOMde l’échantillon4 ayant, en plus, le pourcentage destéaratedeméthyleleplusélevé(8,8%).

Leregroupementdel’ensembledecesproduitsenfamilles(tableau 6)révèlequedanslafractionorgano-minéraledeséchantillonsdesol1et2, lescomposésaromatiquessontdominants.Lescomposésaliphatiquesledeviennentauniveaudecelledeséchantillons3et4,ceuxdérivésdesacidesaminésl’étantdanslaFOMdel’échantillon5.Lesproduitsdérivésdessucresontlesplusfaiblespourcentagesrelatifs:moinsde10%.Unecorrélationnégativeexisteentrelepourcentagerelatifdes composés aromatiques et celui des composésaliphatiques(rs=-0,90*).Celuidescomposésdérivés

des acides aminés est positivement corrélé avec letaux d’argiles (rs=0,98**) et négativement avec lerapport sables/argiles (rs=-0,98**). Inversement, lescoefficients de corrélation sont négatifs entre d’unepart, lepourcentage relatifdescomposésdérivésdessucresetd’autrepart,letauxd’argiles(rs=-0,90*),lacapacitéd’échangecationique(rs=-0,90*),lasommedes bases échangeables (rs=-0,90*) et le taux decarbonedelafractionorgano-minérale(rs=-1,00***).Le coefficient devient positif avec le rapport sables/argiles(rs=0,90*).

4. dISCuSSIon

Avecuneteneurenmatièreorganiquetotaleinférieureà2%,lessolsétudiéspeuventêtreconsidéréscommeétantpauvresàtrèspauvresselonlasynthèseréaliséeparBoyadgiev(1980).Lamajeurepartieducarbonetotalest associée aux particules argileuses et limoneuses.Lamêmeobservationaétéfaitesurd’autrestypesdesol au Burkina Faso (Sedogo, 1993; Bacyé, 1993;Pallo, 2001; Pallo et al., 2006), mais aussi sur dessols des régions tempérées (Christensen, 2001). Ellerésulte des liens qui unissent la matière organiqueet la fraction argileuse du sol (Spain, 1990; Shangetal., 1997). Par ailleurs, le taux de carbone associéà la fraction fine (0-50µm) présente une corrélationpositiveaveclacapacitéd’échangecationiqueetaveclasommedesbaseséchangeables.CecicorroboreleseffetsbénéfiquesdelaMOSsurlescaractéristiquesducomplexe adsorbant courammentmentionnésdans lalittérature(Thompsonetal.,1989;Asaduetal.,1997).

Auniveaudel’azotetotal(N),lessolsétudiésensontégalementpauvres(N.total<0,1%)etcomparablesà71%dessolsduBurkinaFasoétudiésentre1960et1980 (Boyadgiev, 1980). Il est aussimajoritairementretenu par la fraction (0-50µm) comme dans lesLixisolsde la régionducentre (Palloetal.,2000)etdanslesCambisolsdelarégionsahélienne(Palloetal.,2006).

ConcernantlesrapportsC/Ndelamatièreorganiqueassociée aux différentes fractions, de nombreuxauteurs notent qu’ils baissent avec la taille de ces

tableau 6. Pourcentage relatif des différentes familles de composés de la fraction (0-50 µm) des échantillons de solsétudiés—Relative percentage of the different compound families in the (0-50 µm) fraction of the studied soil samples.

échantillons1 2 3 4 5

Composésaromatiques(%) 53,9 49,8 27,7 29,3 35,8Composésaliphatiques(%) 22,3 15,7 46,7 39,5 18,1Composésdérivésdesacidesaminés(%) 22,3 24,9 22,3 26,9 42,8Composésdérivésdessucres(%) 1,5 9,6 3,3 4,3 3,3


Figu

re 1

. Pyrogrammedelamatièreorganiquedelafraction(0-50

μm)del’échantillondeso

ln°1(A

rénosols)—

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m o

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Figu

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5

40 30 20 10 0 -4


dernières (Catroux et al., 1987; Christensen, 2001).Cettediminutionseraitindicatived’uneaugmentationdu degré d’humification des produits organiques(Guggenberger et al., 1994) et d’un bon niveau dedispersion de l’échantillon. Elle serait aussi liée àune décroissance significative des phénols dérivésde la lignine des fractions grossières aux fractionsfines(Amelungetal.,1999).LesrésultatsobtenusauniveaudeséchantillonsdesFerralsolsetdesCambisolsconcordent avec ces données. En effet, les rapportsC/N de la fraction (0-50µm) sont généralementplus faibles que ceuxde lamatière organiquequi setrouvedanslesfractionssableuses.CeciseraitdûàlanaturedesMOassociées à cette fraction (0-50µm):associationdedébrisdeparoisvégétalesoufongiquesetdemicro-agrégatsorgano-limoneuxdanslafraction(2-20µm), dominance desMO à caractère amorphedanslesfractionsargileuses(Feller,1995).Auniveaude l’échantillon de l’Arénosol, ce sont les rapportsC/Ndes fractions sableusesqui sont lesplus faibles.Cecipourraitsejustifierparlefaitqueplusde50%del’azotetotalsontassociésàcesfractions,contre25%environpourlecarbonetotal.

L’analyse structurale de laMO liée à la fraction(0-50µm) exhibe des produits courammentmentionnésdanslalittératureetrencontréssurdiverstypes dematériaux (sol entier, substances humiques,sédiments marins, etc).Ainsi, les résultats montrentquelespyrogrammessontconstituésdedeuxportions(Pulchanetal.,2003).Lapremièreportioncontientlespicsdescomposésaromatiquesetlaseconde,ceuxdescomposésaliphatiques.Pourcequiestdescomposésaromatiques, les phénols dérivés de la lignineincluentdesproduitstelsquelesacidesp-coumarique(3-(4-méthoxyphénylacryloatedeméthyl)),vanillique(3,4-diméthoxybenzoate de méthyl), férulique(3-(3,4- diméthoxyphényl) acryloate de méthyl),syringique (3,4,5-triméthoxybenzoate de méthyl)(Pulchan et al., 1997;Grasset et al., 1998;Amblès,2001). Les pourcentages relatifs les plus élevés dep-coumariquesontobservésdansleséchantillonsdesCambisols (échantillons4 et 5). L’acide férulique nefigurepasdansceuxdesFerralsols (échantillons2et3). L’acide vanillique et la vanilline sont largementreprésentés dans l’échantillon2, l’acide syringiquel’est dans l’échantillon1 (Arénosol). Quant auxcomposés dérivés des structures p-hydroxyphényle(lignine des graminées), guaiacyl (lignine des boislégers) et syringyl (lignine des bois durs), ils sontrestreints dans cette étude, comparés aux résultatsobtenusailleurs(Chefetzetal.,2002a;Chefetzetal.,2002b). En effet, ils ne sont représentés ici que par,respectivement, 4-méthoxybenzoate de méthyl, par1,2-diméthoxybenzeneet3,4-diméthoxybenzaldéhydeet par 1,2,3-triméthoxybenzène. La structurep-hydroxyphényle est absentedans les échantillons3

et 4 et les unités guaiacyl sont dominantes dansles échantillons1 et 5. Ces résultats portant sur lescomposésissusdelaligninesuggèrentainsiquedurantles processus d’humification, la dégradation de lalignineseraitfonctiondesasource(boisdur,boislégerougraminée);certainesstructuresétantsélectivementplus rapidementdégradées (i.e. acidesp-coumarique,féruliqueetp-hydroxyphényle)qued’autres.Outrelescomposésaromatiques,lespyrogrammesexhibentdescomposés dérivés des acides aminés qui se limitentà: hexahydro 2-H quinolizine, 1- indole, N-méthyl5-oxo-proline. Ils présentent un pourcentage relatifqui peut excéder 40%, supplantant ainsi ceux descomposésaromatiquesetaliphatiques.Cecitémoignede leur importance dans la structure de la fractionorganique liée aux particules fines (0-50µm). Cesproduits se rencontrent également dans les acideshumiques mais leur origine est encore incertaine etnécessite davantage d’investigations (Chefetz et al.,2002a; Chefetz et al., 2002b). Toutefois selon cesauteurs, certains composés azotés hétérocycliquesproviendraient des précurseurs biologiques tels quelesrésidusmicrobiensetvégétaux.Onrelèvedanslaprésenteétudequelepourcentagerelatifdescomposésdérivésdesacidesaminésestpositivementcorréléavecletauxd’argile.CommenotéparSchultenetal.(1993),enplusdel’influencedelavégétation,l’impactdelafractionminéraledusolestaussiunfacteuressentiel.Àladifférencedesrésultatsgénéralementobtenusauniveau des substances humiques (Hempfling et al.,1991;Hatcheretal.,2001),iciunseulcomposédérivédescarbohydratesaétéidentifié.Ils’agitdu3-butyl-2-méthyltétrahydrofurane.Sonpourcentagerelatifestplusfaiblequeceluidesautrescomposés.L’hypothèseavancéeestquecescarbohydratesseraientutilisésparlespopulationsmicrobiennesdusol.D’oùunerelativeaugmentationdes fractions lesplus réfractairesde laMOS telles que les structures aromatiques et alkyl(Chefetzetal.,2002b).Cesauteursnotentégalementqu’il y a une diminution liée à une utilisationmicrobiennedescomposésdepolysaccharidesaveclatailledesagrégats,cequirejointnosrésultatsportantsur les corrélations négatives entre le taux d’argiles,celui de la somme «argiles+ limons totaux» et lepourcentagede3-butyl-2-méthyltétrahydrofurane.

Les composés dérivés des lipides sont constituésuniquement par les esters méthyliques des acidesgras dont la longueur des chaines varie de C12 àC18. Comme observé dans l’humine (Grasset et al.,2002) et dans les acides humiques (Chefetz et al.,2002a),lespicschromatographiqueslesplusintensessont ceux du palmitate de méthyl (C16), sauf auniveau de l’échantillon3 (Ferralsols) où prédominele dodécanoate de méthyl (C12). Certains composéssontinsaturés(C16:1;C18:1)etd’autres,ramifiés(isoet anté-iso enC14), ce qui témoigne de leur origine


microbienne(Grassetetal.,2002;Lemée,2004).Lacorrélationnégativeentrelespourcentagesrelatifsdescomposés aromatiques et aliphatiques témoigne del’interdépendanceentrecesdifférentesfamilles.

5. ConCluSIon

Lapyrolyseanalytiqueassociéeàlachromatographieen phase gazeuse couplée à la spectrométrie demasse s’est révélée efficace pour la caractérisationstructuraledelafractionorganiqueliéeauxparticulesfines (0-50µm) ou fraction organo-minérale (FOM).Elle amontré que, par delà les types de sol étudiésici, ce sont lecouvertvégétal (naturedubois)et lescaractéristiques de la fraction minérale du sol (tauxd’argiles, rapport sables/argiles) qui influencentla structure des composés de ce compartimentorganique. Comparés aux résultats obtenus avecles substances humiques (acides fulviques, acideshumiques, humines) et les lipides libres des sols,la fraction organo-minérale des échantillons de solétudiés se particularise par le recentrage vers leschainesde longueurmoyenne (C12-C18)des estersméthyliques des acides gras, seuls constituantsd’origine lipidique identifiés dans cette fraction. Parailleurs, l’étude a révélé l’interdépendance entre lescomposés aromatiques et aliphatiques et confirméle rôle de protection physique contre les attaquesmicrobiennesqu’exercentlesparticulesargileusessurlescomposésorganiques,notammentsurceuxdérivésdesacidesaminés.Enfin,auniveaudesArénosolsetFerralsols, les particules fines (0-50µm) détiennentlesplusfortesconcentrationsencarbonedesfractions.DanslesCambisols,lesvaleurslesplusélevéesdeceparamètresontcellesdelafraction«sablesgrossiers»(200-2000µm).

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