Résilience de l’activité Résilience de l’activité microbienne des sols microbienne des sols Impact d’un apport de matière organique sur les 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 ?
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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…
Impact d'un apport organique sur le sol - Denis Montange
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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 !
Impact d'un apport organique sur le sol - Denis Montange
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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
Impact d'un apport organique sur le sol - Denis Montange
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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.
Impact d'un apport organique sur le sol - Denis Montange
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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…
Impact d'un apport organique sur le sol - Denis Montange
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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
Impact d'un apport organique sur le sol - Denis Montange
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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
Impact d'un apport organique sur le sol - Denis Montange
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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
Impact d'un apport organique sur le sol - Denis Montange
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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)
Impact d'un apport organique sur le sol - Denis Montange
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
Impact d'un apport organique sur le sol - Denis Montange
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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
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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
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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
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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