Tâche n°2 : Dynamique des matières organiques dans les sols
Objectifs :
Les travaux de cette tâche 2 concerne la dynamique des matières organiques dans le sol, et particulièrement les conséquences des entrées de résidus végétaux et de leur localisation sur les stocks et les flux de carbone et d’azote, les activités microbiennes associées, le transport et devenir des solutés (carbone soluble, nitrate, pesticide), la réactivité des matières organiques vis-à-vis des pesticides.
La localisation des résidus végétaux dans les sols, détermine un certain nombre de facteurs climatiques, physiques, chimiques et biologiques de leur environnement qui influencent en retour leur décomposition. D’une part les propriétés intrinsèques aux résidus (nature biochimique et caractéristiques physiques et morphologiques) leur confèrent un certain nombre de propriétés, comme la proportion de composés solubles (susceptibles de migrer dans le sol) ou insolubles, la récalcitrance chimique intrinsèque, la richesse en azote, l’hydrophobicité, la réactivité ; d’autre part leur localisation va déterminer leur distribution sur ou dans le sol, et les modalités de la colonisation microbienne des résidus. La nature et dynamique des matières organiques déterminent aussi les propriétés de réactivité vis-à-vis d’autres molécules. Ces facteurs interagissent et déterminent l’intensité des processus écologiques sur lesquels sont basés l’AC : le taux et la durée de couverture du sol par les mulchs, la disponibilité des éléments minéraux, la nature, quantité et distribution de la matière organique stabilisée, l’intensité et la localisation des activités microbiennes, la dynamique des pesticides ; enfin ils vont déterminer la susceptibilité des systèmes a émettre des gaz à effet de serre (CO2, N20) et à lixivier des molécules (nitrate, pesticides). Seule une approche couplée d’expérimentation et de modélisation, permet d’identifier les facteurs clés de ces effets, et extrapoler les conclusions à des conditions environnementales ou agronomiques variées.
Activités
Activité 2.1 : caractérisation des composantes physiques et biochimiques des mulchs
Ces mulchs de végétaux représentatifs des systèmes de culture seront explorés sur les quatre situations (Nord et Sud) du projet. Il s’agit notamment de caractériser leurs caractéristiques biochimiques, leurs propriétés de rétention d’eau et d’hydrophobicité qui vont gouverner leur vitesse de décomposition, la dynamique de l’eau et des solutés (carbone soluble) sous jacentes au mulch. Les effets de la nature et présence en mulch des résidus sur le comportement des pesticides (adsorption et dégradation du pesticide) sera étudié par des mesures de cinétiques et de capacités d’adsorption sur différentes qualités de MO et de résidus végétaux obtenues à partir d’échantillons de mulch et de sol de surface prélevés. Le choix des résidus couverts par cette étude aura été réalisé en concertation avec les quatre terrains du projet.
Activité 2.2 : étude des effets des mulchs sur le devenir du C (minéralisation, humification), la minéralisation-organisation des éléments majeurs (N, P) et le transport (C soluble, nitrate, pesticide).
On mettra en œuvre expérimentalement un petit nombre de situations « modèles » représentatives des situations réelles (colonnes de sol reconstituées ou colonnes de sol intactes avec mulch de résidus) permettant d’observer conjointement la décomposition des résidus, les modalités de colonisation et activités microbiennes et leur distribution au sein du sol, le transport de solutés et de contaminants. Une série d’expérimentations spécifiques seront menées avec les pesticides sélectionnés sur une variété de mulchs de résidus végétaux prélevés au champ. Ces études serviront à tester le modèle Pastis_Mulch modifié et adapté aux situations de l’AC (activité 2.3).
Activité 2.3 : a daptation de modèles C-N et validation à partir des données expérimentales obtenues.
Le modèle PASTIS est un modèle de biotransformations du carbone et de l’azote, couplé à un modèle de transport qui simule les échanges de température, d’eau et de solutés (Garnier et al., 2001), et à un module Mulch (Findeling et al., 2007). L’objectif est (i) d’étendre le domaine de validité du module mulch pour décrire la diversité des situations couvertes par le projet et (ii) d’adjoindre un module de transport du carbone soluble et de transport de molécules pesticides. L’utilisation de ce modèle permettra de calculer les différents processus et interpréter les interactions entre les différents facteurs comme la localisation des matières organiques, la nature chimique des résidus, le fonctionnement microbiologique et la dynamique des transferts. Après complété le paramétrage du modèle sur des situations expérimentales (issues de l’activité 2.2), le modèle sera ensuite utilisé en simulation sur une diversité de scénarios de mulchs et de conditions climatiques (température, humidité du sol, régime de précipitations). L’objectif sera de quantifier l’impact de ces scénarios sur les fonctions écologiques étudiées.
Membres
à compléter
Coordination
Sylvie Recous, INRA
UMR FARE