Cours n°6 : Évaluation environnementale, 6.4 Résilience de l'activité microbienne des sols

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Résilience de l’activité

microbienne des sols

Impact d’un apport

de matière organique

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Pourquoi apporter de la matière

organique exogène dans un sol ?

• Pour que le sol soit plus fertile ?

• Pour que les cultures suivantes produisent plus ? • Pour que la pollution organique soit épurée - ou

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Comment vérifier l’impact d’un

apport de matière organique sur 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

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Un peu plus rapide, on peut 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 !

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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 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

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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

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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

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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

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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

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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

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0 1 2 3 4 5 0 100 200 300 400 C m in e r al is é (m g C -C O 2 k g -1 s ol h -1 )

Vitesse de minéralisation

réelle

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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 m g C -CO 2 pr odui t kg -1 s ol s ec j-1 S SCB SCH S sté+C S+C sté

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Suivi de la biomasse microbienne

(totale)

0 50 100 150 200 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Mic r o b ia l b io m a s s (e qv t C m g kg -1 s o il)

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0 2 4 6 8 10 12 0 100 200 300 Time (d) P ot e n tia l C m in e r al is a tio n (µg C g -1 s oi l h -1 )

Vitesse de minéralisation

potentielle

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Incubation 6, 12, 24 et 48 h NH₄+→_NO 3 -Elimination NO₃ -endogène (NH₄)₂SO 4 Détermination de la quantité de NO₃ -endogène résiduel Aérobiose Anaérobiose NO₃-→ _N 2O He + C₂H₂ ANAEROBIOSE

NO₃- _{produit par nitrification}

NO₃- _N 2

He + C₂H₂

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Nitrification

potentielle

dans 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

potentielle

des mélanges

0 2 4 6 8 10 12 Dénitrification potentielle µg N-N₂0.g-1 mélange sec s scb sch s sté+C S+c sté

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Apport massif

vs

apports cumulés

Même 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 CO 2 (µ g C -C O 2 .g -1 s o l. h -1 ) TI - TEMOIN TII - COMPOST 5% TIII - COMPOST 1.25%

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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 Incubation time (D 28°c) C C O2 m g kg -1 so il 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

m g N N2 O kg -1 d -1

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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