MINÉRALISATION DE L’AZOTE ET DU PHOSPHORE ......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
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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
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.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
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
** 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
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 %
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.
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
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.
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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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
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