résilience de l’activité microbienne des sols

Résilience de l’activité Résilience de l’activité microbienne des sols microbienne des sols

Impact d’un apport de matière organique

sur les sols

Impact d'un apport organique sur le sol - Denis Montange

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Pourquoi apporter de la matière Pourquoi apporter de la matière organique exogène dans un organique exogène dans un sol ?sol ?

• Pour que le sol soit plus fertile ?

• Pour que les cultures suivantes produisent plus ?

• Pour que la pollution organique soit épurée - ou

limitée - par le sol ?


3

Comment vérifier l’impact d’un Comment vérifier l’impact d’un apport de matière organique sur apport de matière organique sur un sol ?un sol ?

• En mesurant l’évolution des caractéristiques du

sol, mais cela peut prendre beaucoup de temps

pour mesurer une variation significative !

En effet, il y a 3000 tonnes environ de terre arable

par hectare et les apports de MO sont bien

négligeables par rapport à cela…


4

Un peu plus rapide, on peut Un peu plus rapide, on peut aussi…aussi…

• Vérifier la croissance et la production d’une

culture sur le sol ayant reçu la matière

organique par comparaison avec un sol

témoin… mais cela prend… toute une saison de

culture et cela intègre… toutes les variations de

la composition du sol au cours de cette saison !


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Encore plus réactif…

• Les microorganismes - en particulier les

telluriques - se multiplient rapidement et sont

plus ou moins sensibles aux conditions du milieu

dans lequel ils vivent.

• Il est donc aisé de vérifier leur survie ou leur

activité après un apport de produit exogène dans

le sol traité par rapport aux activités dans un sol

témoin.


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Impact, résilience…Impact, résilience…

• Impact positif d’un apport de MO facilement

disponible sur les microorganismes du sol

• Impact négatif d’un produit toxique

• Résilience : retour à la normale des activités

microbiennes (pour ce qui nous concerne) du sol

après une perturbation.


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La résilience d’une activité microbienne

Impact dû à la perturbation

Activité étudiée

temps

A

B

C

Résilience : B-C/A-C

D’après Herrick and Wander, 1998


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Expérimentation sol sableux / compost de distillerie

Les résultats présentés ci-après ont été obtenus

en laboratoire, en conditions contrôlées, au CIRAD

à Montpellier, en collaboration avec une UMR

de l’Université Lyon I.

En plus des activités, des dénombrements

spécifiques des microorganismes nitrifiants et

dénitrifiants

ont été effectués.


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Incubations en conditions contrôlées

• Sol + compost (5 g.kg-1) correspond à 15 t / ha environ• Sol + compost (50 g.kg-1) correspond à 150 t /ha environ• Sol stérile + compost• Sol + compost stérile • Incubation : 28°C, aérobiose, un seul apport de MO

• Sol– 90 % Sable, 5,3 % Limon, 3,5 % Argile– pH eau : 7,85– MO : 2,43 % (1,12 % C org, 0,112 % N org)

• Compost– 50 % MO, 29 % Corg, 2,72 % N org – C/N : 10,66– pH eau : 8,25– Ca : 1 203 mg kg-1, K : 19 132 mg kg-1, Zn : 3,61 mg kg-1.– Composés organiques ? Tannins, phénols…


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Dispositif expérimental

1s 2 s 1 2 3 6 9 mois

Début incubation :

28°C, humidité à 100% CAC

Analyses effectuées pour chaque date de prélèvement :

• C minéralisé (CPG catharomètre)• N du sol• Biomasse microbienne (fumigation)

Activités potentielles

• C minéralisé (Substrate Induced Respiration)• Nitrification/Dénitrification


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Pourquoi mesurer plusieurs activités ?

• Parce qu’elles ont des réactions différentes par

rapport à la perturbation

• La respiration n’est pas spécifique

• Par contre, la dénitrification l’est déjà plus

• Et l’activité nitrifiante n’est effectuée que par

Nitrosomonas et Nitrobacter


12

0

1

2

3

4

5

0 100 200 300 400

Temps (j)

C m

iner

alisé

(mg

C-C

O2

kg-1

sol h

-1)

S SCB SCH S sté+C S+C sté

Vitesse de minéralisation réelle du Carbone


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Les 60 premiers jours de l’expérimentation

Vitesse de minéralisation réelle du carbone organique

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60 70

Temps (j)

mg

C-C

O2

prod

uit k

g-1

sol s

ec j-

1

S

SCB

SCH

S sté+C

S+C sté


14

Suivi de la biomasse microbienne Suivi de la biomasse microbienne (totale)(totale)

0

50

100

150

200

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360

Time (d)

Mic

robi

al b

iom

ass

(eqv

t C m

g kg

-1 so

il)


15

0

2

4

6

8

10

12

0 100 200 300

Time (d)

Pote

ntia

l C m

iner

alis

atio

n

(µg

C g

-1 so

il h

-1)

Vitesse de minéralisation potentielle du Carbone (Substrate Induced Respiration)


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Incubation 6, 12, 24 et 48 hNH4

+→ NO3-

Elimination NO3

-

endogène

(NH4)2SO4

Détermination de la quantité de NO3

- endogène résiduel

Aérobiose Anaérobiose

NO3-→ N2O

He + C2H2

NO3-→ N2O

ANAEROBIOSE

NO3- endogène résiduel + NO3

- produit

NO3- produit par nitrification

Mesure de l’activité nitrifiante potentielle

(Richaume, 2002)

NO3- N2

He + C2H2

Mesure de l’activité nitrifiante potentielle


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Nitrification Nitrification potentiellepotentielle dans les mélangesdans les mélanges

0

20

40

60

80

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270

Temps (j)

µg N-N03 g-1 sol

sol

scb

sch

s ste + C

S+ c ste


18

Dénitrification Dénitrification potentiellepotentielle des mélangesdes mélanges

0

2

4

6

8

10

12

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Temps (jours)

Dénitrification potentielle

µg N-N20.g-1

mélange sec

s

scb

sch

s sté+C

S+c sté


19

Apport massif Apport massif vsvs apports apports cumuléscumulésMême sol, même compost, mêmes conditionsMême sol, même compost, mêmes conditions

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 50 100 150 200 250

Date (jours)

CO

2 (µ

g C

-CO 2

.g-1 s

ol.

h-1)

TI - TEMOIN

TII - COMPOST 5%

TIII - COMPOST 1.25%

TP1TP2 TP3 TP4

Activité globale hétérotrophe réelle


20

Minéralisation du carbone d’écume de sucrerie dans un vertisol au Soudan

0

2000

4000

6000

8000

10000

0 20 40 60 80 100 120

I ncubation time (D 28°c)

C C

O2 m

g kg

-1 s

oil

Sol témoinl

5% écume

1.25% 2X1.25%

3X1.25%

4X1.25 écume

• Effet d’apports cumulés vs un

apport massif

• Cumul du CO2 respiré

pendant les 100 premiers

jours


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Mesure de la dénitrification en conditions non limitantes (de substrat et énergie)

Témoin ; 1.25% écume ; 5% écume : potentielle (C2H2 bloque dénitrification en N2O) et réelle (sans inhibition C2H2 N2O + N2)

0

5

10

15

20

1 day 1 week 1 month

0

5

10

15

20

1 day 1 week 1 month

mg

N N

2O

kg

-1 d

-1

Potentielle

Réelle


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En conclusion, pour le Soudan, concernant la dénitrification

• Dans les conditions « optimales », il y a des risques de pertes de N du sol par dénitrification après irrigation d’une culture ayant reçu un apport d’écumes de sucrerie, mais…

il est nécessaire de mesurer ces dégagements au champ car les conditions peuvent différer et ne pas présenter ces caractères : au laboratoire, nous suivons l’activité dénitrifiante pour mesurer l’impact d’une perturbation, pas pour donner des conseils de fertilisation azotée…


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En conclusion générale

• Le suivi des activités microbiennes montre qu’il est

possible de caractériser l’impact d’une perturbation

sur un sol ainsi que le retour à la « normale »

• Un apport de MO massif induit des perturbations à

long terme sur un sol, mais des apports cumulés

sont aussi efficaces

résilience de l’activité microbienne des sols

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