3. Résultats et discussion
3.1. La nature des résidus organiques contrôle la minéralisation du carbone de manière
La quantité totale (sol + fertilisant) de carbone (C) minéralisé diffère selon les résidus organiques de manière similaire sur les deux sols (Figure 1). Pour toutes les modalités de fertilisation, la quantité de C minéralisée est plus forte dans l’andosol que dans le nitisol (4750 mg kg-1 contre 2015 mg kg-1 dans les sols témoins à J150), ce qui peut être expliqué par la plus forte teneur initiale en C organique dans l’andosol (Tableau 1). Le pourcentage de C (%C) minéralisé en fonction de la quantité de C apporté diffère selon les résidus organiques et suit l’ordre : compost < boue < lisier (Figure S1). Au bout de 30 jours et avant chaque nouvel apport, sur l’andosol et le nitisol en moyenne 13% du carbone apporté a été minéralisé avec le compost ; 25% avec la boue ; et 35% avec le lisier. La minéralisation des résidus organiques compostés est plus faible comparés à celle des résidus non compostés (Esco Mafor, 2014), le mécanisme de compostage induisant la perte de molécules facilement minéralisables (Eghball et al. 1997). Concernant les boues de station d’épuration, le traitement comme la méthanisation peut également limiter la biodisponibilité de certaines molécules (Tarrason et al. 2008).
Figure 1 Evolution de la masse cumulée de carbone minéralisée au cours des 150 jours d’incubation selon le fertilisant, dans le nitisol (a) et dans l’andosol (b). Les sols ont reçu des apports successifs de résidus organiques (boue, compost ou lisier) ou de solution minérale (KH2PO4) à J0, J30, J60, J90 et J120. Les sols témoins n’ont reçu aucun apport. La barre d’erreur représente l’erreur standard (n = 4).
Le carbone organique des sols a fortement augmenté au fur et à mesure des apports de compost et de lisier, a légèrement augmenté avec la boue, et a diminué avec la modalité minérale et dans le sol témoin (Figure 2). Le bilan cumulé en carbone a été calculé par différence entre la quantité cumulée de carbone apporté et la quantité cumulée de carbone minéralisé au fur et à mesure des apports. Les sols témoin et avec la fertilisation ont des bilans négatifs (-2015 mg kg-1 et -1770 mg kg-1, respectivement)., car ils n’ont pas reçu de C mais une part du C du sol a été minéralisée. La quantité de C apporté était plus forte avec le lisier que le compost (Tableaux 3 et 4), néanmoins la quantité de C minéralisée était plus forte avec le lisier (Figure 1) et le bilan de C cumulé est ainsi similaire avec le lisier (10785 mg kg-1) et le compost (10835 mg kg-1). La quantité de C apporté avec la boue était plus faible qu’avec le lisier ou le compost, le bilan de C cumulé dans le sol est donc plus faible (1080 mg kg-1).
Figure 2 Evolution du bilan carbone (C apporté – C minéralisé) cumulé au fur et à mesure des apports selon le fertilisant dans le nitisol (a) et dans l’andosol (b). Le bilan cumulé a été calculé après 30 jours d’incubation suivant chaque apport. Les sols ont reçu des apports successifs de résidus organiques (boue, compost ou lisier) ou de solution minérale (KH2PO4). Les sols témoins n’ont reçu aucun apport. La barre d’erreur représente l’erreur standard (n = 4) ; les lettres indiquent les différences significatives entre les fertilisants après chaque apport à un niveau 0,05.
3.2. Les apports répétés de lisier et de compost augmentent progressivement le pH des
sols, contrairement aux apports répétés boue
Le lisier et le compost ont induit une augmentation progressive du pH des deux sols au fur et à mesure des apports, alors que la boue a peu modifié le pH (Figure 3). Après cinq apports, le compost et le lisier ont respectivement augmenté le pH initial du sol de 0,8 et 0,6 unité sur le nitisol, et de 1,1 et 0,9 unités sur l’andosol. La boue a légèrement augmenté le pH, de 0,1 et 0,2 unité respectivement sur le nitisol et l’andosol après cinq apports. Une légère diminution du pH a en revanche été observée dans le sol témoin et dans le sol avec fertilisation minérale, mais ne dépassant pas 0,2 unité après cinq apports. Notre précédente étude basée sur un essai en champ sur le même andosol (chapitre III.1), montrait également une augmentation progressive du pH avec des apports annuels de compost et de lisier (de 1,4 et 0,8 respectivement pour le lisier et le compost après 12 ans d’apports). L’augmentation de pH observée précédemment en champ a donc été reproduite lors de l’incubation sur l’andosol, et a été également observée sur le nitisol.
Figure 3 Evolution du pH au fur et à mesure des apports selon le fertilisant dans le nitisol (a) et dans l’andosol (b). Le pH a été mesuré après 30 jours d’incubation suivant chaque apport. Les sols ont reçu des apports successifs de résidus organiques (boue, compost ou lisier) ou de solution minérale (KH2PO4). Les sols témoins n’ont reçu aucun apport. La barre d’erreur représente l’erreur standard (n = 4) ; les lettres indiquent les différences significatives entre les fertilisants après chaque apport à un niveau 0,05.
L’augmentation du pH du sol avec les résidus organiques ne semble pas reliée à leur valeur neutralisante (VN) directe. La VN direct du lisier était faible (1,07 mol kg-1), comparée à celle de la boue (3,88 mol kg-1) et celle du compost (4,77 mol kg-1). Rapportée à la masse de résidu organique apportée au sol, cela correspond à une quantité de OH- similaire pour la boue et le lisier (respectivement 22,2 mmol kgSol-1 et 24,5 mmol kgSol-1 sur l’andosol à chaque apport), mais bien supérieure pour le compost (97,1 mmol kgSol-1). La VN directe, qui ne prend en compte que les mécanismes physico-chimiques liés au pouvoir tampon du résidu organique, ne permet donc pas d’expliquer l’effet alcalinisant des résidus organiques.
Les variations de pH du sol sont fortement et positivement corrélées au bilan cumulé en carbone du sol (Figure 4). La relation entre le pH et le bilan cumulé en C suit une équation de type a*x + b*x2 + c (r2 = 0,90 pour le nitisol et 0,96 pour l’andosol). Ces résultats suggèrent que les modifications de pH
induites par les résidus organiques sont dues à l’apport exogène de matière organique, qui peut augmenter le pH du sol via sa complexation avec des protons (Haynes and Mokolobate, 2001). Dans
notre étude, les variations du bilan cumulé en C sont bien plus importantes dans l’andosol que le nitisol,
pourtant l’augmentation de pH est similaire sur les deux sols. Le pouvoir tampon de l’andosol semble donc plus fort et limiter l’augmentation de pH induite par l’apport de matière organique. Nos résultats suggèrent que la matière organique apportée et restant dans le sol présente des groupements réactifs pouvant complexer les protons du sol et ainsi en augmenter le pH.
Figure 4 Relations entre le pH ou le bilan de OH- produits et le bilan carbone (C apporté – C minéralisé) dans le nitisol (a) et dans l’andosol (b). Les sols ont reçu un à cinq apports successifs de résidus organiques (boue, compost ou lisier) ou de solution minérale (KH2PO4). Les sols témoins n’ont reçu aucun apport. Le pH a été mesurés après 30 jours d’incubation suivant chaque apport. La barre d’erreur représente l’erreur standard (n = 4). La courbe représente le modèle ajusté de type ax + bx2 + c.