Academic literature on the topic 'Minéralisation du carbone organique des sols'

La matière organique (MO) est un élément important de la fertilité des sols cultivés. Les mesures de réflectance ont déjàété utilisées avec succès pour prédire la teneur en carbone organique (CO) des sols agricoles, soit au laboratoire surdes échantillons de sols séchés, soit directement au champ à l'aide de spectro-radiomètres de terrain ou grâce à desimages satellitaires. Cette étude propose une méthode de prédiction spatialisée du CO des sols, à partir d'imageriedrone. Une parcelle agricole de 13 ha « la Grande Borne », située dans la plaine de Versailles (78), a été suivie en avril2013, peu avant le semis alors qu'elle était encore en sol nu. Le drone AIRINOV® utilisé était équipé de la caméramultispectrale quadri-bande multiSPEC 4C® (550nm, 660nm, 735 nm et 790 nm) et évoluait à une altitude de 150 m.Vingt-trois placettes de contrôle au sol, réparties dans la parcelle, ont été délimitées par des cibles géolocaliséescentimétriquement par DGPS et ont fait l'objet de mesures synchrones au vol drone : mesures spectrales de terrain(ASD FieldSpec 3®), mesures de rugosité par une méthode photogrammétrique, prélèvements d'échantillons de solpour analyse de la composition chimique et de la teneur en eau. Les images obtenues d'une résolution de 15cm ont étégéoréférencées avec une précision infra-pixellaire. Les spectres de terrain ont été agrégés sur les bandes spectrales de2la multiSPEC® 4C afin de valider par régression linéaire la qualité des données de réflectance du drone. Les Robtenus, entre 0,8 et 0,9 selon les bandes, ainsi que l'erreur comprise entre 1 et 3% en réflectance, ont montrés lafiabilité du capteur multiSPEC 4C®. La teneur en CO a ensuite été estimée par régression des moindres carrés partiels(PLSR) à partir des mesures spectrales sur les 23 placettes. L'erreur quadratique moyenne de validation croisée(RMSECV) par la méthode LOO (Leave One Out) était de 1,97 g de CO par kg de sol. Un second modèle intégrant lacorrection des effets de l'humidité et de la rugosité sur la réflectance, a permis d'améliorer la qualité de la prédiction de18% avec une RMSECV de 1,61 g/kg. Le modèle a enfin été spatialisé sous SIG et comparé à de simples interpolationsspatiales des analyses de sol.

En Guyane, les questions environnementales et le besoin croissant en énergie et produits alimentaires liés à la croissance démographique exercent une pression accrue sur les ressources naturelles par le changement d’affectation des sols qu’ils engendrent. Des agriculteurs testent cependant des pratiques à faible impact conciliant objectifs de production et respect de l’environnement. Une prospection dans les systèmes de production agricoles guyanais, basée sur des enquêtes de terrain, a permis la description de ces pratiques ; parmi celles-ci, les pratiques à faible impact sur la dynamique du carbone ont été sélectionnées dans des systèmes maraîchers et arboricoles, pour des mesures spécifiques des stocks de carbone des sols. En Guyane, la pratique de la défriche est toujours active afin d’étendre les surfaces agricoles utiles. Cela induit des pertes de carbone importantes. Nous cherchons donc à identifier des pratiques qui permettent de compenser ces pertes. La place du sol dans les prises de décision des agriculteurs a été appréhendée et des mesures spécifiques des stocks de carbone des sols ont complété l’enquête, pour mieux comprendre les logiques des pratiques mises en œuvre et en cerner les effets. Nos résultats montrent que les agriculteurs maîtrisent « l’objet sol » dans ses composantes physiques ; la matière organique est un indicateur reconnu qui conditionne l’organisation des cultures sur l’exploitation. En Guyane, les agriculteurs mobilisant des pratiques à faible impact ont des systèmes de production efficients au niveau économique et environnemental (carbone et gaz à effet de serre).

L’agriculture climato-intelligente (Climate Smart Agriculture) vise à lutter contre le changement climatique et à s’y adapter tout en combattant l’insécurité alimentaire. À Madagascar, différentes pratiques agricoles ont été testées depuis une vingtaine d’années par des organisations non gouvernementales et des institutions de recherche afin d’accroître les rendements, maintenir la fertilité des sols et augmenter les revenus des ménages. Ces pratiques sont l’agriculture de conservation, l’agroforesterie et l’utilisation d’intrants ou d’amendements organiques comme le compost ou le fumier. Cette étude a pour objet de documenter les impacts de quelques pratiques d’agriculture climato-intelligente sur le stockage du carbone dans le sol. Les résultats montrent que le stock de carbone des sols varie fortement d’une pratique à l’autre. Pour l’agriculture de conservation, la différence de stock varie de 0 à 1,82 Mg C ha−1 an−1par rapport à la pratique traditionnelle (labour et exportation des résidus). Pour l’agroforesterie, la différence de stock entre des systèmes rizicoles sous girofliers et des pratiques de riziculture sur brûlis est de 0,68 Mg C ha−1 an−1. L’utilisation d’apports organiques comme le fumier, le compost ou les déchets urbains a induit des augmentations de carbone du sol de 0,16, 0,81 et 0,42 Mg C ha−1 an−1, mais les effets de ces apports organiques ne sont pas significatifs du fait de la très grande variabilité inter-parcellaire des stocks mesurés. Les pratiques d’agriculture climato-intelligente permettent ainsi d’augmenter la teneur en carbone du sol et ont donc des potentiels d’atténuation du changement climatique, mais ce potentiel est très variable selon la pratique considérée. Un éventuel impact à l’échelle du pays dépendra de l’étendue de l’adoption de ces différentes pratiques.

De nos jours, la carence en fertilité des sols est un problème très répandu dans la plupart des pays subsahariens. G. sepium a été testé en association avec le cotonnier, le maïs et le sorgho afin de développer les meilleures pratiques dans deux stations de recherche et en milieu paysan dans les zones soudaniennes et soudano-guinéenne du Mali. L'objectif de cette étude était de développer, avec les producteurs participants, une technologie agro-forestière basée sur le Gliricidia sepium dans le système de culture en couloir. Le dispositif expérimental utilisé a été le Split plot à quatre répétitions. Le pH, le carbone organique du sol et l'azote ont été analysé dans des échantillons de sol de 0 à 20 cm de profondeur prélevés en 2016 au début de l'expérience et en 2018. Les rendements grains moyens de coton, de maïs et de sorgho associés au G. sepium étaient respectivement de 812, 1457 et 1377 kg.ha-1, alors qu'ils étaient significativement plus faibles sans G. sepium, avec 623, 1014 et 807 kg.ha-1 respectivement. Pendant la troisième année suivant la plantation de G. sepium, la teneur en carbone organique et en azote total du sol a augmenté de 5% dans les sols situés entre les allées. Le G. sepium en association avec les cultures a le potentiel d'améliorer leurs rendements et le sol.Mots clés : Carbone organique, azote, rendements, zones soudanienne et soudano-guinéenne, Mali English Title: Evaluation of Gliricidia sepium (Jacq.) Kunth ex. Walp effect on soil fertility, yields of cotton, maize and sorghum Nowdays, soil fertility deficiency is a widespread issue in most Sub-Saharian countries specially where the application of less input is the common agricultural practices. Thus the legume plant, G. sepium was established with cotton, maize and sorghum to develop best practices for increasing crop yield and soil fertility at two research stations and farming environment in the Sudanian and Sudano-Guinean zones of Mali. The objective of this study was to develop an agroforestry technology with farmers based on Gliricidia sepium in alley cropping system. The experimental design was Split plot with four replications. Soil pH, soil organic carbon and nitrogen were analyzed from 0-20 cm deep soil samples taken in 2016 at the beginning of the experiment and in 2018. Mean grain yields of cotton, maize and sorghum associated with G. sepium were 812, 1457 and 1377 kg.ha-1, respectively, while they were significantly lower without G. sepium with 623, 1014 and 807 kg.ha-1 as respectively cotton, maize and sorghum yield. In the third year after planting G. sepium, the soil organic carbon and total nitrogen content increased by 5% between the alleys. G. sepium in association with crops has the potential to improve crop yields and soil fertility.Keywords: Gliricidia sepium, organic carbon, nitrogen, yields, Mali.

Résumé L’étude des caractéristiques physico-chimiques des eaux souterraines de la communauté Mzamza, soumises aux rejets liquides de la ville de Settat à partir de l’oued Boummoussa, montre que la qualité des eaux des différents puits est variable et dépend d’un certain nombre de facteurs tels que l’emplacement des puits par rapport aux eaux usées et l’activité agricole. L’interprétation des données d’analyse, la corrélation existante entre eaux usées et eaux de puits, et la répartition des eaux souterraines en groupes sont réalisées en utilisant l’Analyse en Composante Principale Normée. L’étude a révélé des origines différentes de la contamination des eaux souterraines, à savoir, la contamination par la matière organique due essentiellement à l’utilisation des eaux usées à des fins d’irrigation et à leur infiltration continue, et finalement le retour des eaux d’irrigation (chargées en engrais azotés) qui est considéré comme étant la principale origine de la minéralisation et de la pollution des eaux. Plusieurs facteurs conditionnent la progression de cette pollution : les concentrations des polluants dans les eaux usées, la nature des sols, la lithologie, la perméabilité de l’aquifère exploité et la profondeur de la nappe. Les résultats acquis dans cette étude font ressortir également l’influence primordiale des variations saisonnières, ainsi que le rôle bénéfique des précipitations.

L’objectif de cette étude est de proposer, par approche intégrée, une voie de gestion des déchets agro-industriels : halieutique, avicole, agrumicole. La valorisation énergétique du point de vue de la production de biogaz et aussi la valorisation du digestat qui en découle sont étudiées. Dix mixtures sont établies dans le cadre d’un plan simplexe-centroïde, leur digestion anaérobie dure environ 5000 min, suffisante pour atteindre la stabilité. L’évolution de plusieurs paramètres physico-chimiques tels que le pH, la conductivité, la matière sèche est déterminée. La conversion du carbone organique total (COT), le phosphore (P) et l’azote (NT) sont étudiés et modélisés par les surfaces d’isoréponses. Les contrôles microbiologiques pour vérifier l’hygiénisation des digestats sont menés. Le volume de biogaz produit pour les différents mélanges est mesuré en fonction du temps en utilisant la méthode du liquide déplacé. Finalement, le digestat est valorisé dans la fertilisation des sols agricoles, pour cela des tests de fertilisation sont ainsi conduits sur des cultures de poivrons (Capsicum annum). Les résultats montrent qu’il est possible de générer, après processus de digestion anaérobie optimale, un digestat, intéressant pour une application dans la fertilisation des sols agricoles, hygiénique par l’absence des micro-organismes d’altération, riche en azote, phosphore, potassium, caractérisé par un pH idéal pour la culture de poivrons.

Une procédure d'évaluation régionale des risques de contamination des eaux souterraines par des pesticides a été développée et appliquée à une partie de la plaine du Rhône valaisanne. La combinaison d'une application stochastique (Monte–Carlo) de modèles déterministes simulant localement le devenir de pesticides et des techniques d'interpolation géostatistique permet d'évaluer également les incertitudes entachant les prédictions effectuées. Les divers types de modèles utilisés (solution analytique et résolution numérique de l'équation de convection-dispersion, modèle capacitif) conduisent en général à des résultats très similaires. Les cartes obtenues montrent que le risque de contamination est très élevé. Les incertitudes sont d'un ordre de grandeur similaire, i.e. ± 0.2-0.3 pour des indices de risque compris dans l'intervalle [0,1]. Ces incertitudes proviennent à raison d'environ 40-50 % des propriétés des pesticides et d'environ 30-40 % de la profondeur de la nappe phréatique, le 20 % restant étant dû aux incertitudes entachant les caractéristiques des sols, essentiellement leurs teneurs en carbone organique.

Les écosystèmes forestiers jouent un grand rôle face au réchauffement climatique grâce aux réservoirs importants de carbone organique (C) de leurs compartiments (aérien, racinaire, litière et sol). En ce qui concerne l'utilisation des terres, les changements d'affectation des terres et la foresterie, des mesures précises des stocks de C dans ces compartiments sont recommandées. Dans ce sens, la capacité de fixation de C des taillis d'eucalyptus (20 à 111 ans) des Hautes Terres centrales malgaches dans ces compartiments a été étudiée, en comparaison avec d'autres modes d'usage des terres (pseudo-steppe, rotation culture/jachère). Des mesures destructives de biomasses et des prélèvements de sols ont été effectués, suivis par le développement d'équations allométriques et des analyses en laboratoire (détermination de la teneur en carbone, étude isotopique). Tous âges confondus, la pratique de taillis d'eucalyptus présente le plus grand stock de C (150,8 ± 25,3 Mg C/ha face à 112 ± 15 et 72,3 ± 9,9 Mg C/hapour la pseudo-steppe et la rotation culture/jachère respectivement). Pour tous les modes d'usage, c'est le compartiment sol qui constitue le principal réservoir de C avec 56% pour l'eucalyptus et plus de 96 % pour les autres modes. Mais ce sont essentiellement la souche et les racines lignifiées qui rendent ces plantations d'eucalyptus plus efficaces que les autres modes d'usage (44 Mg C/ha pour l'eucalyptus face à 2 Mg C/ha) en termes de stockage de C. D'après l'étude isotopique, le C dérivé de l'eucalyptus dans le sol ne domine toutefois qu'en surface, probablement en raison de la gestion en taillis. Cependant, d'autres facteurs, à part la durée de plantation, comme l'altitude et la morphopédologie sont à considérer pour comprendre la dynamique des stocks de C mesurés. (Résumé d'auteur)

En Région wallonne, des sols agricoles situés à proximité d’anciens sites de traitements de minerais ont été impactés par des retombées atmosphériques contaminées en cadmium (Cd), plomb (Pb) et zinc (Zn). Afin d’étudier l’impact de ces contaminations sur la qualité des productions agricoles, une étude du transfert en Cd et Zn du sol vers l’orge de printemps (Hordeum vulgare L.) a été réalisée sur une de ces zones contaminées. Dix-huit prélèvements d’orges ont été effectués en zone contaminée, 10 autres en zone témoin non contaminée et chacun d’eux a été subdivisé en trois sous-échantillons (tige, épi et grain). Un prélèvement a été réalisé dans l’horizon de surface du sol (de 0 à 20 cm) à l’emplacement de chaque prélèvement de plantes. Les concentrations disponibles et pseudo-totales en éléments traces et majeurs ainsi que pHeau, pHKCl, carbone organique total et azote total ont été mesurés sur les échantillons de sols. Les concentrations en Cd et Zn ont été dosées dans les grains, les épis et les tiges. Les concentrations en Cd et Zn mesurées dans les plantes récoltées sur la zone contaminée sont de 2 à 9 fois supérieures à celles mesurées dans les orges témoins. Il existe peu de relations entre la concentration en cadmium dans les grains (CdGrain), la concentration en zinc dans les grains (ZnGrain) et les propriétés des sols à l’exception des teneurs en Cd et Zn du sol. Une analyse Cate-Nelson a permis d’estimer CdGrain à 0,027 mg de Cd/kg matière sèche (MS) pour des teneurs pseudo-totales en Cd dans le sol allant de 0 à 1,23 mg/kg, et à 0,118 mg de Cd/kg de MS pour des teneurs pseudo-totales en Cd dans le sol allant de 1,24 à 6,87 mg/kg. ZnGrain est estimé à 19,2 mg/kg de MS pour des teneurs pseudo-totales de Zn dans le sol allant de 0 à 131 mg/kg, et à 40 mg/kg de MS pour des teneurs pseudo-totales de Zn dans le sol allant de 132 à 570 mg/kg. Une estimation du transfert en Cd et Zn reste toutefois complexe dans ces sols multicontaminés.

De la paille de ble mature marquee au 14c et au n15 a ete incubee durant deux ans, a temperature et humidite controlees, dans deux types de sol. Sur la moitie de chaque type de sol, douze cultures successives de ble ont ete realisees, pendant que l'autre moitie a ete maintenue sans plante dans les memes conditions. Durant les stades initiaux de decomposition rapide du materiel vegetal, la presence de racines a legerement reduit la mineralisation du carbone. Par contre, durant les stades ulterieurs, lorsque le materiel labile avait disparu, la presence de racines a provoque un surcroit de mineralisation du carbone marque et du carbone natif du sol. La dynamique de la biomasse microbienne est caracterisee par un developpement rapide en reponse a l'existence de substrats facilement mineralisables. Durant les stades de forte activite biologique du sol, la presence de plantes a ralenti provisoirement l'evolution de la biomasse microbienne. Apres epuisement du substrat labile, la biomasse microbienne en absence de plante a ete diminuee d'un facteur de 3 a 4, tandis que, en presence de plantes, les composes rhizodeposes lui permettent de se maintenir a un niveau eleve. Cette biomasse rhizospherique a provoque la mineralisation des composes humifies relativement stables du sol. Ainsi, un surcroit de mobilisation de n d'origine native du sol a ete constate dans le sol avec plantes par rapport au sol nu

Le réchauffement climatique est susceptible d’affecter le régime hydrique des sols et leur impact sur la dynamique de la matière organique des sols. Les sols minéraux hydromorphes caractérisés par des alternances de conditions de saturation et de non-saturation en eau sont des lieux de processus biogéochimiques et de régimes d’apport de carbone particuliers et ils jouent un rôle important dans la séquestration du carbone. Toutefois, très peu d’études ont abordé la dynamique de minéralisation du carbone organique (C) dans ces sols et le rôle du régime hydrique. L’objectif général de la thèse est de caractériser l’effet du régime hydrique caractéristique des sols minéraux hydromorphes sur la dynamique de minéralisation du carbone à l’échelle intra-annuelle et dans un contexte agricole. Le versant agricole étudié est l’un des sites de l’Observatoire de Recherche en Environnement AgrHys situé au lieu-dit Kerrolland (Naizin, France). Il présente une juxtaposition de domaine de sols minéraux mal-drainés hydromorphes et d’un domaine de sols bien-drainés avec des régimes hydriques de sol différents. Les effets des durées de saturation et des conditions de saturation transitoires (alternance de conditions de saturation et de non-saturation) caractéristiques des sols minéraux hydromorphes sur la dynamique du carbone (taux de minéralisation, dynamique des émissions de CO2, dynamique du carbone organique et inorganique dissous, dynamique couplée de l’azote) ont été évalués à travers des expérimentations en conditions contrôlées de température et d’humidité. Des mesures in-situ de la respiration hétérotrophe du sol ont été réalisées durant une année, afin de caractériser l’effet des conditions de drainage et d’hydromorphie sur la variabilité spatiale et temporelle de la minéralisation du carbone à l’échelle du versant étudié. En conditions contrôlées, la minéralisation du carbone dans les sols saturés a été deux fois moins élevée qu’en conditions de non-saturation. En conditions de saturation, la dynamique de minéralisation du C, n’a pas été affectée par la durée de saturation, contrairement à la dynamique de minéralisation du C pendant la désaturation. Les conditions de saturation ont favorisé une production et une accumulation de composés organiques labiles dont la minéralisation rapide pendant la désaturation a entraîné des pics d’émissions de CO2, plus la durée de saturation précédente est longue plus le taux de minéralisation pendant la phase de désaturation est élevé. Les conditions de saturation transitoires ont entrainé une augmentation de la quantité totale de C minéralisée, atteignant les mêmes ordres de grandeur que celle des sols maintenus en conditions de non-saturation. In-situ, en fonction des saisons, les efflux de CO2 des sols bien-drainés sont deux à cinq fois plus élevés que ceux des sols minéraux hydromorphes. A l’échelle annuelle, les régimes hydriques des sols minéraux hydromorphes ont induit une réduction de 37 à 41% des émissions de CO2–C par rapport aux sols bien-drainés. Cette étude a permis de comprendre le rôle du régime hydrique dans la dynamique de minéralisation du C des sols minéraux hydromorphes, et ces résultats pourront servir à mieux caractériser le rôle des sols hydromorphes dans la séquestration du C et les émissions des gaz à effet de serre dans un contexte de changements climatiques
Global warming is expected to affect soil water regime and their impact on soil organic matter dynamics. Hydromorphic minerals soils characterized by the alternation of water saturation and non-saturation conditions are the places of specific biogeochemical processes, regimes of carbon supply and they play an important role in carbon sequestration. However, very few studies have addressed the dynamics of organic carbon (C) mineralization in these soils and the role of water regime. The general objective of the thesis is to characterize the effects of hydromorphic soil water regime on the dynamics of C mineralization to the intra-annual scale and in an agricultural context. The studied site is an agricultural hillslope which is one of the sites of Environment research Observatory (ORE AgrHys) located in the Kerrolland locality (Naizin, France). It presents a juxtaposition of poorly-drained hydromorphic area and well-drained area, with different soil water regimes. The effects of the durations of saturation and transient saturation conditions (alternation of saturation and non-saturation conditions), characteristics of hydromorphic minerals soils, on C dynamics (dynamics of mineralization rate, dynamics of CO2 emissions, organic and inorganic dissolved dynamics and coupled nitrogen dynamics) were evaluated through incubation experiments. Furthermore, in-situ measurements of soil CO2 effluxes during one year, were performed in order to characterize the effects of soil drainage and hydromorphic gradient on the spatio-temporal variability of C mineralization across the studied hillslope. In incubation conditions, C mineralization in saturation conditions was two times lower than non-saturation conditions. In saturations conditions, C mineralization dynamics was unaffected by the durations of saturation, contrary to the dynamics of C mineralization during desaturation. Saturation conditions favored production and accumulation of labile organic compounds whose rapid mineralization during desaturation resulted in flush of CO2 emissions. Therefore, more the duration of previous saturation conditions is long more the C mineralization rate during desaturation is high. Transient saturation conditions resulted in an increase in the total amount of C mineralized, that reached the same orders of magnitude than that of soils maintained in non-saturation conditions. In-situ, depending on the season, well-drained soil CO2 effluxes were two to five times higher than that of hydromorphic minerals soils. At annual-scale, the soil water regime of hydromorphic minerals soils induced 37 to 41% reduction in CO2–C emissions compared with well-drained soils. This study contributes to understand the role of soil water regime in the dynamics of C mineralization in hydromorphic minerals soils. These results may be used to identify the role of hydromorphic soils

L’agriculture intensive est en pleine transition vers des pratiques agroécologiques qui s’appuient sur la biodiversité et les processus écologiques. Dans les agrosystèmes, la matière organique est un élément clé de la fertilité des sols et constitue une réserve importante de carbone. La fertilisation organique par les résidus de cultures est donc une pratique agricole qui permet d’améliorer le stock de matière organique. Les microorganismes du sol ont un rôle essentiel dans la dynamique du carbone et sont les principaux acteurs de sa minéralisation et de la mise à disposition des nutriments pour la plante. Ainsi, l’utilisation de biostimulant (BS) agricoles visant à améliorer cette fonction microbienne est proposée comme solution alternative pour améliorer indirectement la croissance des plantes tout en réduisant les intrants chimiques. A travers ces travaux de thèse il s’agissait i) d’identifier l’effet de biostimulants appliqués au sol sur les communautés microbiennes hétérotrophes, la minéralisation du carbone organique (Corg) et la libération des nutriments, ii) d’évaluer sa généricité en testant différentes conditions expérimentales et iii) d’identifier les filtres environnementaux qui contrôlent à la fois les communautés microbiennes et la fonction de minéralisation.Nous avons mis en évidence que la dynamique du Corg était différente en fonction des caractéristiques physico-chimiques et biologiques des sols. Nous avons montré que les plantes pouvaient elle aussi modifier la dynamique du Corg par le retour de leurs litières au sol et l’influence de leurs racines sur les communautés bactériennes et fongiques. Contrairement aux plantes, la quantité de Corg apportée par les BS étudiés étaient négligeables. Pourtant, nous avons évalué un effet parfois plus important que celui des plantes sur l’abondance, la diversité et la richesse des bactéries et des champignons. Parmi les deux BS étudiés nous avons montré que l’un améliorait la minéralisation du Corg en recrutant des bactéries et des champignons saprophytes indigènes du sol et que l’autre n’influençait pas la minéralisation du Corg mais activait des bactéries indigènes du sol promotrices de la croissance des plantes ainsi que des bactéries et champignons saprophytes. Notre étude souligne également l’importance de mettre en place une approche méthodologique normalisée et systémique qui intègre le suivi simultané de plusieurs descripteurs afin d’identifier les effets des BS
Modern agriculture is undergoing important changes toward agroecological practices that rely on biodiversity and ecological processes. In agrosystems, the organic matter is the key of the soil fertility and an important reserve of carbon. Organic fertilization by crop residues is therefore an agricultural practice that improve the organic matter content in soil. Soil microorganisms have an important role in the organic carbon (orgC) dynamic because they are key players of its mineralization and are involved in the nutrients recycling. Thus, the use of agricultural biostimulant (BS) intended to enhance this microbial function is proposed as an alternative solution to improve indirectly plant growth while reducing chemical inputs. This thesis aimed to i) identify the effect of soil biostimulant on heterotrophic microbial communities, the orgC mineralization and the nutrient releases, ii) evaluate its genericity by testing different experimental conditions and iii) identify the environmental filters that control both the microbial communities and the mineralization function. We showed that the orgC dynamic was different according to contrasted physico-chemical and biological characteristics of different soils. We showed that plants can also influence the orgC dynamic by returning litter to the soil and through its root effect on the bacterial and fungal communities. Unlike plants, the amount of orgC provided by the two tested BS was negligible. However, we evaluated the effect of one BS as at least similar or even higher than those of plant on active bacterial and fungal abundances, richness and diversity. Among the two BS tested we showed that one enhanced the orgC mineralization by recruiting indigenous soil bacterial and fungal decomposers and that the other did not affect the orgC mineralization but activated indigenous soil plant-growth-promoting bacteria as well as soil bacterial and fungal decomposers. Furthermore, our study call for new normative methodological and systemic approach by monitoring simultaneously several descriptors for advancing our knowledge on BS action on microbial soil functioning

Les activités anthropiques ont largement déréglé le cycle du carbone. Le sol est un des principaux pools de carbone de la planète. C’est dans ce contexte de cycle du C dans les sols que se pose cette thèse. Nous nous sommes ici intéressés aux interactions entre les entrées de matières organiques fraîches et la minéralisation des matières organiques du sol. En effet, la présence de matières organiques fraîches peut augmenter ou diminuer le taux de minéralisation des matières organiques du sol via un « priming effect ». Grâce à plusieurs expérimentations, nous avons préciser plusieurs éléments permettant d’améliorer la compréhension du priming effect. Nous avons montré que l’augmentation du niveau des entrées de matières organiques fraîches n’induisait que peu ou pas d’augmentation de l’intensité du priming effect. Nous avons mis en évidence le rôle de plusieurs communautés microbiennes dans l’intensité du priming effect. Nous avons enfin montré, pour le pool de carbone stabilisé, l’importance du niveau d’azote minéral initial sur le type de priming effect. Finalement, grâce à une étude bibliographique complétée par une approche expérimentale, nous avons émit l’hypothèse que le priming effect était un phénomène général et non restreint aux sols.

Le sol est un compartiment majeur de stockage du carbone (C) organique de l’écosystème terrestre. Il joue un rôle important dans la régulation du climat. Toute variation des flux de carbone entre l’atmosphère et l’écosystème terrestre pourrait avoir un impact important sur l’augmentation de CO2 dans l’atmosphère, mais aussi sur la diminution des teneurs en matière organique du sol et donc sur la fertilité des sols. Au Nord Cameroun, les sols sont exposés à de longues périodes sèches (5 à 6 mois par an) qui alternent avec une saison humide. La période de transition entre ces deux saisons, peut durer de mi-avril à fin juin et est caractérisée par des pluies très irrégulières. Ces cycles d’humectation-dessiccation pourraient selon la littérature accentuer la minéralisation du carbone organique du sol et le cycle des éléments nutritifs. L’objectif de cette étude est de quantifier l’impact des cycles humectation-dessiccation sur la minéralisation du carbone dans un contexte soudano-sahélien. Pour faire des mesures représentatives sur le terrain, il est nécessaire d’étudier la variation sur 24 heures de la respiration du sol après humectation suite à une période sèche. Cette mise au point méthodologique a montré que la respiration du sol présente une courbe quadratique au cours de la journée, devenant presque linéaire au cours de la nuit. La température et l’humidité du sol ont permis d’expliquer au moins 73% des variations sur 24 heures. Ces observations ont été utilisées pour proposer une méthode pour estimer la respiration moyenne diurne et nocturne après humectation des sols. La méthode proposée dans cette étude a l’avantage d’être basée sur un nombre réduit de mesures et est par conséquent plus facile à mettre en œuvre pour suivre la respiration du sol sur 24 heures après les premières pluies. Une première étude expérimentale de terrain a permis de montrer que la ré-humectation des sols et le mode de gestion des pailles ont augmenté la minéralisation du carbone de ces sols. En revanche, la fréquence des cycles humectation-dessiccation des sols sur une période de 50 jours n’a pas augmenté la minéralisation cumulée du carbone des sols. Au Nord Cameroun, la minéralisation rapide des pailles rend difficile l’augmentation des stocks de carbone du sol par conservation des pailles des cultures précédentes à la surface du sol. Dans une seconde expérimentation de laboratoire, en conditions contrôlées, les cycles humectation-dessiccation n’ont pas augmenté la minéralisation du carbone organique du sol et de l’azote (N) par rapport aux sols maintenus humides. Cependant, les émissions de CO2 ont augmenté avec l’addition de paille enrichie en carbone-13. Cette addition de la paille marquée a augmenté la minéralisation de la matière organique du sol (priming effect). La minéralisation de la paille a diminué avec les cycles humectation-dessiccation et la quantité de paille restante était de 102 µg Cg-1 sol sur les sols ré-humectés contre 48 µg Cg-1 sol sur les sols maintenus humides. L’absence de cette réponse de la minéralisation du carbone et d’azote du sol aux cycles humectation-dessiccation pourrait être liée à une baisse de l’activité microbienne durant les périodes de dessèchement et l’absence d’une augmentation soutenue des taux de minéralisation du carbone avec les cycles ultérieurs d’humectation-dessiccation
Soil as a major storage component for terrestrial ecosystem’s organic carbon plays an important role in regulating climate and agricultural production. Any variation of carbon fluxes between the atmosphere and the terrestrial ecosystem can have a significant impact on the increase of carbon dioxide in the atmosphere but also the decrease in soil organic matter and thus accelarate soil fertility degradation. In northern Cameroon, the transition period between long dry periods with a wet season is characterized by very irregular rainfall that can last several weeks. These wetting-drying cycles can accentuate the mineralization of soil organic carbon and nutrient cycling. The objective of this study is to assess the impact of wet-dry cycles on carbon mineralization in a sudano-sahelian context. From methodological stand field measurements require to study the soil respiration variation over 24 hours after a wet period. This methodological test has shown that soil respiration has a quadratic curve during the day, becoming almost linear during the night. The temperature and soil moisture have explained together the variation over 24 hours (at least 73% ; p< 0.001). These observations have been used to propose a method for estimating the mean daytime and nighttime soil respiration after wetting the soil. Indeed the method proposed in this study has the advantage of being based on a small number of measurements and is, therefore, easier to implement to monitor 24-h soil respiration after the first rains following a long dry period. A first experiment has shown that the wetting of the soil and mulching increased soil carbon mineralization. However, wetting-drying cycles on soil did not increase the cumulative mineralization of soil carbon more than keeping the soil continuously moist. Indeed, in northern Cameroon, the rapid mineralization of crop residues makes it difficult to increase soil carbon stocks by mulching. In a second laboratory experiment, the wetting-drying cycles did not increase organic carbon and nitrogen mineralization from soils added with straw. However, carbon dioxide emissions increased on straw amended soils compared to soils without straw. This addition of the labeled straw increased mineralization of soil organic matter (priming effect). The mineralization of the straw also decreased with the wetting-drying cycles, thus the amount of straw remaining on soils was 102 µg C g-1 soil on re-wetted soils compared to 48 µg C g-1 soil for those with constant moisture. The lack of response for C and N mineralization during wetting-drying cycles may be linked to a decrease of microbial activity during dry periods and the lack of a steady increase in the carbon mineralization rate with subsequent wetting-drying cycles

Les sols constituent le principal réservoir de carbone, avec près de deux fois plus de carbone que le pool atmosphérique. Afin de pouvoir prédire et anticiper le devenir du carbone dans le contexte actuel de changement climatique et de changement d'usage des terres, il apparaît nécessaire de mieux comprendre les processus qui régulent la décomposition des matières organiques dans les sols. Cette thèse se propose donc d'étudier deux types de régulateurs de la dynamique du carbone du sol : les propriétés de l'habitat microbien et celles des communautés microbiennes. En effet, puisque directement affectées par les changements climatiques d'une part, et les changements d'usage des terres et de pratiques culturales d'autre part, l'habitat microbien et les communautés microbiennes apparaissent comme des régulateurs clés de la dynamique du carbone du sol. Des dispositifs expérimentaux permettant de faire varier les propriétés de l'habitat microbien et celles des communautés microbiennes de façon indépendante ou simultanée ont été mis en place. Dans un premier temps, des microcosmes dont la structure du sol a été manipulée afin d'obtenir des gradients de déstructuration, ont été incubés. Dans un second temps ce sont des microcosmes mettant en jeu des gradients de diversité microbienne qui ont été incubés. Enfin, une incubation utilisant les différences naturelles de propriétés de l'habitat microbien et de communautés microbiennes a été mise en place pour tenter de hiérarchiser ces régulateurs de la décomposition des matières organiques du sol. Les résultats obtenus ont mis en évidence que l'activité microbienne de décomposition du carbone organique du sol semble plus contrôlée par les conditions environnementales (comme le pH, la texture et l'approvisionnement en substrat) que par la structure des communautés microbiennes ou leurs capacités métaboliques. En plus de cela, la fonction de minéralisation ne semble être affectée que dans le cas d'une très grande érosion de la biodiversité suggérant la présence d'un effet seuil, et que l'importance de la redondance fonctionnelle n'est pas toujours aussi grande que ce que le suggère de nombreuses études. D'autre part, dans des conditions d'aération suffisante, les mécanismes qui réguleraient la dynamique du carbone organique des sols se passeraient à des échelles très fines.

Dans différents pays de l’Europe de l’Ouest, des carences en soufre sont de plus en plus couramment observées sur les grandes cultures. Actuellement, les références précises sur le soufre font défaut pour développer des outils de gestion du soufre dans les sols cultivés. Récemment, afin de mieux quantifier et de modéliser la dynamique de S, le rôle de la biomasse du sol et la relation avec la dynamique du Carbone, les recherches se sont développées. En première partie de ce travail une étude de laboratoire a été effectuée sur 22 sols différant par leur texture , leur teneur en matière organique et leur histoire culturale pour déterminer le taux de minéralisation du soufre, du carbone et de l'azote et établir la relation entre minéralisation de S et certaines propriétés du sol. Les résultats suggèrent que la minéralisation du soufre est principalement conduite par l'activité microbienne hétérotrophe. Une équation de prédiction est proposée à partir du C organique, du pH du sol, du taux d'argile et du sulfate initial. L’objectif de la deuxième partie de ce travail était de quantifier l'impact de la disponibilité du soufre minéral de sol sur la décomposition des résidus de récolte et l'organisation du soufre. Ceci a été étudié d'une part en faisant varier la quantité initiale de S-SO42- dans le sol en présence de paille de colza et d'autre part avec des quantités croissantes de paille de blé apportées dans le sol afin de faire varier la demande en S de la microflore. Les résultats n'ont pas permis de mettre en évidence une limitation de la décomposition par la disponibilité de S, suggérant des besoins en S très limités de la microflore du sol pour assurer la décomposition de résidus végétaux. Enfin les effets de la nature des résidus végétaux et de leur contenu en soufre sur la dynamique de S ont été étudiés en troisième partie de ce travail. Ces résidus sont représentatifs des systèmes de grande culture (blé, colza, moutarde), mais aussi de prairies (fétuque) et forêts (feuilles de hêtre). Une relation entre C/S des résidus et minéralisation nette de S a été obtenue. Il a été mis en évidence l'importance du contenu en sulfate soluble de certains résidus de plante sur la libération nette de sulfate dans les sols. Les perspectives ouvertes par ce travail ont été abordées sous l'angle de la modélisation. D'une part a été évaluée la possibilité d'adapter un module de décomposition (du modèle sol-plante STICS) pour prédire la minéralisation de S des résidus végétaux au cours de leur décomposition dans des conditions optimales. D'autre part les résultats ont été utilisés pour élaborer des termes de minéralisation d'un bilan du soufre minéral, appliqué à la gestion de la fertilisation soufrée.

Les matières organiques dissoutes (MOD) constituent un paramètre essentiel de la qualité des milieux aquatiques et du fonctionnement des écosystèmes. La production de MOD dans les sols et leur devenir lors de leur transfert dans les bassins versants ont été étudiés au cours d'expérimentation réalisées à différentes échelles, du microcosme de sol au bassin versant, à l'aide du traçage isotopique des formes stables du carbone (13C). À l'échelle du bassin versant, nous avons mis en évidence le rôle des zones humides dans la formation du carbone organique dissous (COD). Lors d'évènement de crues nous avons néanmoins observé la mobilisation de plusieurs sources de COD pour alimenter les rivières. Au cours d'expérimentations de laboratoire, nous avons démontré que le type d'essence forestière influence le devenir du carbone extractible à l'eau contenu dans les sols. La substitution de forêts natives par des plantations de Douglas diminue les apports de carbone dans le sol et les vitesses de minéralisation du carbone organique du sol lesquelles dépendent aussi de la température. Pourtant, l'évolution du carbone extractible à l'eau des sols de forêt, conditionnée par le type d'essences, ne dépend ni des vitesses de minéralisation du carbone ni de la température. Nous avons donc conclu que dans les horizons de surface des sols forestiers, le COD ne provient pas principalement de la décomposition de la matière organique du sol mais de la végétation par l'intermédiaire des lessivats de litière.