Conclusion et perspectives

Ce travail avait pour objectifs majeurs de situer et présenter la respiration hétérotrophe au sein de la problématique liée aux bilans en CO2 des écosystèmes, et d’analyser la structure et les

paramètres importants d’un modèle décrivant ce processus dans le cas d’un sol agricole. Le modèle utilisé, dérivé de CENTURY, comporte un certain nombre de paramètres et de variables de forçage. La recherche bibliographique axée sur le blé, la pomme de terre et la betterave a permis d’évaluer les paramètres biochimiques de ces trois types de cultures et de constater la grande variabilité qui les caractérise (Tableau 7). Les valeurs récoltées étaient plus abondantes et se rapportaient de manière plus appropriée aux organes végétaux recherchés pour le blé, ce qui a conditionné notre choix de travailler avec cette culture dans la suite du travail.

La phase d’initialisation du modèle a montré que ce dernier était indépendant des conditions initiales de contenu en carbone dans les pools (Tableau 11). De plus, la dynamique de stabilisation des pools était essentiellement liée à la constante de décomposition de chacun d’entre eux (Kx), une relation apparaissant entre l’ordre de stabilisation des réservoirs et leurs constantes de décomposition respectives (Figure 7).

Préalablement à l’analyse de sensibilité proprement dite, nous avons mis en évidence une relation entre les paramètres Tb (température optimale d’activité des micro-organismes) et h, tous deux faisant partie de l’équation qui régit l’effet de la température sur la respiration (Figure 11). Les valeurs de Tb et de h sont en effet liées l’une à l’autre par l’intermédiaire des facteurs Q10 et At10 (ce dernier étant assimilable au facteur R10 de la littérature). Dès lors, les sensibilités à Tb et à h ont été évaluées séparément pour chacun d’eux à l’issue de simulations dans lesquelles les deux avaient varié.

L’analyse de sensibilité du modèle a été menée à court terme (4 années de données météorologiques) et à long terme (jusqu’à obtenir un nouvel état d’équilibre) sur onze paramètres et les deux variables de forçage, Litfall et MBR, lesquelles sont les quantités de résidus aériens et racinaires respectivement. Les sensibilités (S) induites par chaque paramètre à chaque pool du modèle ont été calculées sur base du contenu en carbone de chacun d’entre eux (Cx).

Les valeurs de S calculées par rapport à Cx (Tableau 15 et Tableau 16) étaient très variables et quelques traits intéressants se sont dégagés. Notamment, chacune de ces sensibilités était plus faible à court terme qu’à long terme pour les réservoirs les plus lents à se stabiliser (pools actif (3), lent (7) et passif (8)). En surface (pools 1, 4, 5) et pour les pools les plus dynamiques du sol (2, 6), ces valeurs étaient identiques pour les deux analyses. Cela mettait une fois de plus en évidence l’importance de la dynamique de décomposition (Kx) de chaque pool.

A côté de cela, seule une modification des quantités de résidus apportés au sol (MBR et Litfall) conduisait à une variation importante de la respiration hétérotrophe totale (RTOT) à long terme. La comparaison des valeurs de S obtenues à court et long terme suggérait en revanche qu’à court terme RTOT était très sensible aux variations des paramètres, avant de se stabiliser progressivement et de revenir à sa valeur initiale.

Ensuite, de tous les paramètres, Tb et h étaient ceux qui exerçaient la plus large influence, à la fois à court et long terme (Tableau 17 et Tableau 18), ce qui confirmait le rôle important joué par la température dans le processus de respiration hétérotrophe.

Par ailleurs, parmi tous les pools, seuls les réservoirs actif et lent du sol de surface (0-30cm de profondeur) étaient affectés par des variations de chacun des paramètres, témoignant des rôles centraux joués par ces pools dans le modèle.

L’influence du type de carbone (structural/métabolique) et du type de résidus (aériens/racinaires) sur le contenu en carbone des pools a également été constatée. En effet, les pools métaboliques de chaque zone de sol étaient les plus affectés par des variations des paramètres. Les paramètres biochimiques racinaires avaient plus d’influence à long terme alors qu’à court terme, ce sont les paramètres biochimiques des résidus aériens qui induisaient de plus larges variations de CTOT.

Finalement, les sensibilités calculées tant à court qu’à long terme sur base du contenu en carbone total du sol (CTOT), combinées aux plages de variation des paramètres, nous ont permis de désigner les paramètres h, Tb, Nlit (teneur en azote des résidus aériens) et Lignlit (teneur en lignine des résidus aériens), ainsi que les variables de forçage MBR et Litfall, comme les éléments les plus importants du modèle (Tableau 19).

Perspectives

A court terme, une meilleure connaissance des paramètres et variables de forçage considérés comme les plus importants à l’issue de notre analyse de sensibilité pourrait être atteinte au moyen d’analyses et d’expériences.

Les valeurs des paramètres Tb et h pourraient être affinées par des expériences menées en laboratoire, qui viseraient à étudier l’activité respiratoire de micro-organismes du sol sous différentes températures, de manière à déterminer la température à laquelle les taux de respiration sont les plus élevés. Par un cheminement inverse à celui entrepris dans ce présent travail, l’établissement de tels profils d’activité microbienne pourrait également nous permettre de nous rendre compte de la pertinence d’avoir eu recours au facteur Q10 dans ce travail.

Des analyses de teneurs en lignine, azote, cellulose et hémicellulose effectuées sur les résidus aériens et racinaires à la récolte permettraient de réduire l’incertitude entourant ces paramètres. Le moment où les analyses s’effectueraient est important car la composition biochimique des résidus végétaux évolue au cours de la saison de culture.

Il serait probablement intéressant d’envisager d’autres scénarios d’apports de résidus au sol, se basant notamment sur la production de biomasse au cours de la culture. Même si une certaine variabilité des quantités de résidus est normale d’année en année, à cause des conditions climatiques et des techniques de gestion des cultures, l’incertitude entourant les variables MBR et Litfall pourrait être réduite en utilisant des bacs à litière pour évaluer les résidus totaux au cours de la culture.

Toutefois, si cela est réalisable pour la litière aérienne, ce type de données est difficile à obtenir pour la litière racinaire sans recourir à des estimations comme celles obtenues grâce à la méthode de Baret et al. (1992) (point 4.1.3.1). De manière générale, il existe des moyens pour mieux observer le développement racinaire mais ils sont généralement lourds à mettre en

place, que ce soit par la réalisation de profils racinaires (Rob Groot et al., 1998), par le recours aux mini-rhizotrons (Van Noordwijk et al., 1994 ; Pritchard et Rogers, 2000) ou par des méthodes de marquage radiochimique. Les résultats ne sont d’ailleurs pas toujours à la hauteur des moyens déployés et leur interprétation peut être difficile.

Ensuite, des étapes de calibration et de validation du modèle sont à envisager. Des résultats de mesures de flux de CO2 effectuées à Lonzée sur des zones dénuées de végétation pourraient

être utilisés à ces fins.

A long terme, il s’agira d’intégrer ce modèle dans une structure plus complète qui, pour décrire la respiration du sol, englobera aussi la respiration autotrophe et la diffusion du CO2

dans les sols. Entre temps, des améliorations pourront avoir été apportées au modèle de respiration hétérotrophe, notamment concernant la forme de la réponse à l’humidité.

Il pourrait également être intéressant d’étudier la respiration dans les trois types de cultures en place à Lonzée afin de comparer l’influence de la nature des cultures sur le processus. Toutefois, nous pourrions plutôt nous concentrer sur le blé, car la quantité plus importante d’études menées à propos de cette culture rendrait possibles des comparaisons de résultats.