Littérature scientifique sur le sujet « Chaulage des sols »

Au cours des dernières décennies, des vers de terre exotiques ont colonisé les sols dans plusieurs forêts de l’Amérique du Nord. L’acidité des sols et la rigueur du climat pourraient avoir limité leur colonisation dans certaines forêts tempérées de feuillus. Cependant, le réchauffement climatique et l’utilisation de plus en plus fréquente du chaulage pour contrer le dépérissement des érablières pourraient rendre ces sites plus vulnérables à la colonisation par les vers de terre. Par des expériences sur le terrain et en laboratoire, nous avons évalué la capacité de survie et de reproduction de 3 espèces de vers de terre exotiques dans des sols chaulés (pH de 5,0 à 5,6) et non chaulés (pH ~ 4,0) d’une érablière au sol acide située au nord de l’aire de répartition des érablières au Québec. L’amélioration des caractéristiques du sol par le chaulage a positivement influencé le degré d’activité, la survie et la reproduction de Lumbricus terrestris et d’Aporrectodea caliginosa, 2 espèces d’origine européenne établies en Amérique du Nord. Par contre, l’acidité du sol non chaulé ne semble pas favorable à la colonisation par Lumbricus terrestris, mais pourrait ne pas limiter Aporrectodea caliginosa. Par ailleurs, nos observations indiquent qu’Amynthas hawayanus, une espèce d’origine asiatique établie aux États-Unis, était très active durant la saison estivale et automnale, autant dans le sol acide que chaulé, mais n’avait pas réussi à compléter son cycle de vie avant l’hiver. À la lumière de ces résultats, il semble donc probable que certaines espèces de vers de terre, telles qu’Aporrectodea caliginosa et Lumbricus terrestris, puissent coloniser certaines érablières chaulées au cours des prochaines décennies. Selon des études récentes, cette colonisation par les vers de terre pourrait nuire à l’intégrité écologique de ces érablières.

Au Québec, dans toutes les provinces canadiennes et dans 18 États américains, la méthode de détermination des besoins en chaux des sols agricoles est basée sur l'analyse du pHₛₘₚ. Cependant, cette méthode pose des problèmes de précision par rapport aux sols dont les besoins en chaux sont faibles. Ainsi cette méthode n'est pas trop en phase avec la réalité agronomique d'une majorité de sols du Québec ayant de faibles besoins et entretenus chaque année par des pratiques de chaulage. L'objectif de cette étude était de développer une nouvelle procédure d'évaluation des besoins en chaux basée sur les analyses routinières des sols (pMₑₐᵤ, MO, Pₘ₃, Kₘ₃, Caₘ₃, Mgₘ₃, Alₘ₃) et leur calibration par apprentissage supervisé sur les courbes de titrage de l'acidité des sols. Pour réaliser cette étude, 270 courbes de titrage ont été élaborés à partir d'expériences de laboratoire, ensuite ces courbes ont été paramétrisés et les covariables découlant de cette paramétrisation sont prédits par intelligence artificielle à partir de caractéristiques physico-chimiques de base des sols analysés. Ce projet de recherche a été réalisé de façon à prendre le plus en considération possible la réalité des sols agricoles au Québec, l'échantillonnage a été faite au niveau de 9 régions du Québec. Les résultats obtenus prouvent qu'il est possible de paramétriser une courbe de titration d'un sol et de prédire ses besoins en chaux à partir de ses paramètres physico-chimiques routinières.
In Quebec, in all Canadian provinces and in 18 American states, the method for determining the lime requirements of agricultural soils is based on pHₛₘₚ analysis. However, this method poses accuracy problems for soils with low lime requirements. Thus, this method is not in phase with the agronomic reality of a majority of Quebec soils with low needs and maintained each year by liming practices. The objective of this study was to develop a new procedure for evaluating lime requirements based on routine soil analyses (pMᴡₐₜₑᵣ, MO, Pₘ₃, Kₘ₃, Caₘ₃, Mgₘ₃, Alₘ₃)) and their calibration by supervised learning on soil acidity titration curves. To carry out this study, 270 titration curves were elaborated from laboratory experiments, then these curves were parameterized and the covariates resulting from this parameterization are predicted by artificial intelligence from basic physicochemical characteristics of the analyzed soils. This research project was carried out in such a way as to take into account the reality of agricultural soils in Quebec as much as possible. The sampling was done in 9 regions of Quebec. The results obtained prove that it is possible to parameterize a soil titration curve and to predict its lime needs from its routine physico-chemical parameters.

La mise en place d’une agriculture plus durable nécessite une compréhension de l’impact des pratiques de gestion sur le fonctionnement des agroécosystèmes et sur la fourniture de services écosystémiques. En représentant près de 68% des terres agricoles mondiales et contribuant à la subsistance de plus de 800 millions de personnes, les prairies sont l’un des agroécosystèmes où l’optimisation des pratiques agricoles apparaît comme cruciale. Ce travail de thèse porte sur le chaulage, une pratique agricole connue pour lutter contre les effets de l’acidification des sols – qu’elle soit naturelle ou induite par la gestion – mais dont l’efficacité est variable en prairie permanente. De fait, la littérature documentant l’impact du chaulage en prairie permanente est limitée et ne prend en compte que rarement la multifonctionnalité de ces agroécosystèmes. Par une approche intégrant différents types d’expérimentations, mon travail de thèse a cherché à répondre à ce besoin et à renforcer les connaissances du chaulage sur le fonctionnement de l’écosystème prairial. Le développement d’expérimentations au champ (in situ), en conditions semi-contrôlées (mésocosmes) et d’incubations de sol au laboratoire (microcosmes) a permis d’explorer les effets du chaulage sur les différents compartiments de l’écosystème prairial (végétation, microorganismes, sol) ainsi que l’influence de facteurs modulant ces effets. Dans l’ensemble des expérimentations, le chaulage a effectivement augmenté le pH des sols. Toutefois, cette amélioration du statut acido-basique du sol ne s’est pas toujours traduite par une augmentation de la productivité du fourrage ou des biomasses microbiennes et racinaires. Mes travaux ont montré que le chaulage contribue aux émissions de gaz à effet de serre par différentes voies (réémission du carbone apporté sous forme de chaulage et stimulation de la minéralisation) et peut potentiellement réduire les émissions de CO2 à l’échelle de la respiration de l’écosystème. Collectivement mes résultats soulignent l’importance du contexte pédoclimatique sur l’impact du chaulage en prairie permanente, et la difficulté d’extrapoler les effets du chaulage, en particulier sur la production de fourrage et les émissions de gaz à effet de serre, d’une échelle d’étude fine à l’échelle de la parcelle en prairie permanente. L’efficacité du chaulage semble dépendre du type d’amendement et de son dosage et peut également interagir avec d’autres pratiques de gestion telles que la fertilisation azotée et le niveau d’intensité de gestion
The development of sustainable agriculture requires greater understanding of the impact of management practices on agroecosystem functioning, and on the ecosystem services provided by these agroecosystems. Representing nearly 68% of world's agricultural surfaces and contributing to the livelihoods of more than 800 million people, grasslands are one of the major agroecosystems where optimized agricultural practices are of concern. This PhD focuses on liming, a well-known practice for counteracting soil acidification (due to ongoing natural processes or accelerated by management practices), but which has variable efficiency in permanent grasslands. Indeed, liming effects on grassland are poorly documented and existing studies rarely take into account grassland multifunctionality. My thesis uses an integrated approach to improve the knowledge of liming impacts on grassland functioning. Different types of experiments – in the field (in situ), in semi-controlled conditions (mesocosms) and laboratory soil incubations (microcosms) – were used to study liming effects on different grassland compartments (vegetation, microorganisms, soil) along with possible interacting factors. Liming effectively increased soil pH in all the experiments. However, improving pH status did not always lead to greater forage production or increases in microbial and root biomass. My results showed that liming can enhance greenhouse gas emissions through several pathways (reemission of lime-derived carbon or stimulation of carbon mineralization), but may also reduce CO2 emissions from ecosystem respiration. Collectively, my findings emphasize the importance of pedoclimatic conditions for liming impacts on permanent grasslands and highlight the difficulty of upscaling liming effects, particularly on forage production and greenhouse gas emissions. The efficiency of liming appears to depend on the type and dose of soil improvers and can also interact with other management practices such as nitrogen fertilization and management intensification

La réponse à l'acidité du sol et à la toxicité de Al de graminées des prairies acides (A. capillaris, B. pinnatum, F. rubra, M. caerulea, S. decumbens, H. sulcatum) a été étudiée en plein champ dans des prairies extensives des Pyrénées (pH eau 5.0 – 6.0), en culture en pot sur sol acide (pH eau 4.1 – 5.1) et pauvre en P et en solution nutritive en chambre de culture. Dans l'essai agronomique de plein champ, la fertilisation réduit leur nombre tandis qu'un chaulage modéré de surface (pH 6.0) conserve les mêmes espèces. La biomasse aérienne est faible et limitée par l'acidité et la fertilité. La biomasse dépend de la fertilisation (+ 3.1 tonnes de matière sèche par ha et par an en moyenne sur trois ans) et peu du chaulage (+ 0.2 t.ha-1 .an-1). L'analyse des réponses de chaque espèce en culture en pot a montré l'importance de l'alimentation en P sur la croissance des parties aériennes et des racines. Une meilleure nutrition en P permet une meilleure croissance racinaire, qui peut participer à l'explication de la faible différence de biomasse entre traitements fertilisés et fertilisés chaulés. Le potentiel de toxicité de Al, principal facteur toxique dans les sols acides minéraux a été estimé par différents paramètres (Al échangeable 4- 8 me / 100g ; activité de Al dans la solution du sol, 1 – 8 µM). Le niveau de toxicité de Al relativement faible et le caractère limitant de l'alimentation en P expliquent le faible effet du chaulage apporté seul sans fertilisation. Ce faible effet suggère que les espèces présentes sont adaptées à un niveau faible de toxicité de Al et à la faible fertilité du milieu. L'étude de la liaison entre les traits fonctionnels des graminées et leur résistance à la toxicité de Al a montré que la résistance à Al est indépendante des traits teneur en matière sèche (TMS) et vitesse de croissance. Cependant un groupe homogène d'espèces tolérantes au stress, à faible vitesse de croissance et forte TMS, montre un potentiel de résistance à Al, cohérent avec les observations en plein champ. Les différences de résistance à Al entre espèces de graminées pourraient aider à diagnostiquer le risque de toxicité de Al en sol acide et la réactivité des milieux au chaulage.

Ce travail consacre aux relations sol-plante a pour objectif d'etudier l'influence de la geochimie du calcium sur le pool humique des sols et l'action de ce dernier sur les caracteristiques de la production prairiale dans le jura. L'ambiance geochimique des principaux types de sols naturellement bien draines est precisee a partir d'une etude statistique des parametres physico-chimiques des horizons ap, et a partir de mesures lysimetriques. La typologie etablie complete les approches morphogenetiques et morphoedaphiques. Le bilan des pertes en calcium est estime, par type de sol, a partir de mesures au champ des exportations par drainage et par les recoltes. L'effet de l'etat calcique et du stock organique des sols sur la valorisation de la fertilisation est demontre a partir d'experimentations au champ. Une etude en vases de vegetation demontre que les effets favorables des apports d'amendements calcaires sur les rendements et sur la nutrition minerale des fourrages sont lies a la regulation du pool humique des sols. Une experience en microculture concernant la biodisponibilite des oligo-elements, indique que les apports d'amendements calcaires conduisent a une diminution des teneurs en mn, zn et cu des fourrages. Malgre tout, celle-ci n'est pas prejudiciable a leur developpement dans les sols etudies. L'amelioration des caracteristiques de la production fourragere passe donc par l'amelioration de l'etat calcique des sols acides et par le maintien de cet etat dans les sols satures. Pour les sols acides une formule d'evaluation du besoin calcique applicable dans le jura est proposee. La demarche utilisee pour la mettre au point est basee sur les resultats d'experiences d'incubations in-vitro dont le protocole peut etre etendu a l'estimation des besoins calciques dans d'autres contextes regionaux. Cette methode ameliore significativement les resultats des methodes anterieurement connues. Pour les sols satures humiferes la formule presentee repose sur la compensation des pertes annuelles en calcium. La spatialisation des besoins calciques est realisee a partir des modeles proposes et des cartes pedologiques des secteurs de reference agronomique

Le chaulage est en un apport de Ca et Mg utilisé pour corriger les carences en cations des arbres dûes à l’acidité du sol. Les ectomycorrhizes (ECMs) apportent à l’arbre des nutriments d’origine organique et inorganique. Le fonctionnement de la communauté d’ECMs dépend de la disponibilité des éléments dans le sol, qui est modifiée par le chaulage. Les objectifs de cette étude sont donc de mesurer l’impact du chaulage sur la structure et le fonctionnement des communautés d’ECMs de hêtre et d’épicéa dépérissants, et de déterminer leur rôle dans l’amélioration de la nutrition minérale de l’arbre. Les résultats montrent que le chaulage est le deuxième facteur de structuration de la communauté des carpophores après l’arbre hôte. Le chaulage réduit l’abondance de mycorrhizes de morphotypes acidophiles au profit d’autres plus ubiquistes (Clavulina cristata sous épicéa et Lactarius subdulcis sous hêtre), confinées dans l’horizon organominéral et spécialisées dans la sécrétion potentielle de glucuronidase et de laccase, respectivement. Le chaulage augmente la sécrétion potentielle d’oxalate des ECMs sous hêtre, qui dépend en grande partie de l’activité des mycorrhizes de Lactarius subdulcis. Ce morphotype joue sans doute un rôle important dans l’altération des minéraux, d’autant plus que l’on observe une plus grande quantité d’éléments minéraux stockée dans ses ECMs. La comparaison qualitative des propriétés du sol, du fonctionnement des communautés d’ECMs, et de la nutrition des hêtres suggère que les ECMs, en particulier Lactarius subdulcis, jouent un rôle dans l’amélioration de la santé des arbres via l’assimilation de Ca et Mg, mais ces effets varient selon le type de sol
Liming is a forestry practice consisting in Ca and Mg amendment used to correct tree cation deficiency induced by soil acidity. Ectomycorrhizae (ECM) provides the tree with nutrients derived both from mineral and organic sources. The ECM community structure and functioning is closely linked to soil nutrient availability, which is considerably modified by liming. The aims of this study were to assess, in declining beech and spruce stands, the impact of liming on ECM community structure and functioning, and to determine if ECMs take part in the improvement of tree mineral nutrition. Results showed that liming was the second factor of sporocarp community structuration after tree host. Liming also decreased the abundance of ECM tips of acidophilic morphotypes and induced the dominance of more ubiquist ones (Clavulina cristata for spruce, Lactarius subdulcis for beech). These morphotypes were confined in the organomineral layer and specialized in the potential secretion of glucuronidase and laccase, respectively. For beech, liming significantly increased the potential oxalate secretion by ECMs, which highly depends on the activity of Lactarius subdulcis. This morphotype is thus suspected to play an important role in mineral weathering, all the more that it accumulated more nutrients in its mantle in the limed plots. Qualitative comparison of liming effects on soil properties, ECM community functioning and beech nutrition showed that ECMs, especially a single morphotype as Lactarius subdulcis, can play an important part in the improvement of tree health, especially concerning Ca and Mg uptake. Liming effects appeared to be site-specific depending on the soil fertility

Le traitement à la chaux est une technique qui améliore considérablement la maniabilité et le comportement mécanique des sols à problèmes. Cependant, la durabilité de ce traitement dans les ouvrages en terre sur le long terme représente un enjeu important pour leur stabilité. En outre, la procédure de mise en place, et par conséquent, la taille des agrégats qui en résulte, est un paramètre essentiel qui peut influencer le comportement des sols traités à la chaux utilisés dans le domaine de la construction d’ouvrages. Ce travail de thèse vise à étudier le comportement thermo-hydro-mécanique des sols traités à la chaux, et plus particulièrement les effets du temps de cure et de la taille des agrégats. Des échantillons de sols limoneux et argileux traités à la chaux ont été préparés avec des agrégats de différentes tailles puis soumis à des temps de cures plus ou moins longs. Ces matériaux ont ensuite été étudiés à travers des observations de la microstructure, des analyses minéralogiques, des mesures de la conductivité thermique, de la perméabilité à l’air et de la capacité de rétention d'eau, complétées par de la détermination de la compressibilité et des mesures des modules de cisaillement en petites déformations. Les résultats montrent que le traitement à la chaux modifie de manière significative le comportement thermo-hydro-mécanique des sols. De plus, le comportement des sols traités est fortement influencé par la taille des agrégats. Plus celle-ci est grande, plus la conductivité thermique et la perméabilité à l'air est importante. En revanche, la capacité de rétention en eau est diminuée de même que la compressibilité et la rigidité du sol
Lime treatment is a technique which greatly improves the workability and the mechanical behaviour of problematic soils. However, the sustainability of this treatment in the earthworks for the long term is an important issue for their stability. Besides, the aggregate size resulting from the construction procedure is an essential parameter that may influence the behaviour of treated soils in field construction. The present work deals with the thermo-hydro-mechanical properties of lime-treated soils, with an emphasis put on the curing time and the aggregate size effects. Lime-treated soil samples (both silt and clay) were prepared with different sizes of aggregates and cured during different periods. Afterwards, these soils were studied through microstructural observations, mineralogical analyses, thermal conductivity, air permeability and water retention capacity measurements, as well as the determinations of compressibility and small strain shear modulus. The results show that significant changes of thermo-hydro-mechanical behaviour of soils are induced by lime treatment after curing. Moreover, the aggregate size also plays an essential role in the behaviour of treated soils. Samples prepared with the large aggregates present higher thermal conductivity and air permeability, but with lower water retention capacity, poorer compression behaviour and smaller stiffness

Ce travail repose sur une analyse historique et fonctionnelle des changements de composition des ruisseaux suite à l'évolution des polluants atmosphériques depuis cinquante ans et à un amendement expérimental total de bassin versant. L'analyse historique montre une acidification et une déminéralisation continue des eaux sur grès depuis 50 ans. Sur granites riches en minéraux altérables, l'acidité et la minéralisation des eaux ont diminué depuis 30 ans. Sur les granites à plagioclase qui fournissent une large proportion des eaux acides du massif, les eaux se sont déminéralisées depuis 20 ans, et les teneurs en Al ont baissé depuis dix ans, mais sans que le pH n'ait changé. L'apport d'un mélange de dolomie/calcaire dolomitique, gypse et KCl a provoqué une augmentation brutale et durable des teneurs en Ca, Mg et du pH des eaux d'un bassin versant sur granite à plagioclase sodique. L'analyse de la dynamique du traceur chlorure montre que les eaux de sol alimentent rapidement les zones humides et le ruisseau, tandis qu'une faible fraction s'infiltre profondément dans l'arène. Sur grès, mis à part un effet immédiat dans la crue suivant l'amendement, l'augmentation des concentrations en éléments issus de l'amendement est très faible. L'essentiel du chlorure apporté et du Ca et Mg solubilisés pénètre profondément dans les sols sableux perméables, sans atteindre le ruisseau. Un faisceau d'arguments isotopiques, hydrologiques et chimiques suggère que le temps de transfert de l'eau et des éléments minéraux de la surface des sols au ruisseau est de plusieurs décennies. Ce travail permet de proposer une politique raisonnée de correction de l'acidité des eaux dans le massif vosgien
Our work is based on (1) a functional analysis of a long term in the chemical composition of streams since fifty-years, (2) an experimental liming of catchments. The historical analysis showed an acidification and a continuous demineralization of water draining sandstone since fifty years. The acidity and the mineralization of streams draining granites rich on weatherable minerals have decreased since thirty years. In the area covered by granites rich in Na plagioclase, which is drained by many acid streams, mineralization has decreased since twenty years and Al concentration have decreased since ten years, without pH changes. The experimental input of dolomite and dolomitic limestone, gypsum and KCl has caused a sudden and durable increase in Ca, Mg and pH in the stream of granitic catchment riche in sodium plagioclase. The dynamic of chloride showed a rapid contribution of soil waters to the humid area and stream, while a small fraction has infiltrated deeper into the soil. On sandstone, except a direct effect during the flood following the liming, the increase of concentrations was very small. The majority of chloride, Ca and Mg are infiltrated deeper into the permeable sandy soils, without contributing directly to the stream flow. Hydrologic, isotopic, chemical arguments suggest that the mean residence time of water and mineral elements in catchment is of several decades This work supports the scientific material for a reasoned politic of acidity correction of stream water in the Vosges mountains

Par l’accumulation de rejets miniers, l’exploitation minière altère les écosystèmes terrestres en place. La restauration des sites avec la mise en végétation permet de réinstaurer les services écosystémiques perdus. L’objectif principal de ce projet était de développer différents terreaux de restauration à partir de biochar, de cendre, de matières résiduelles fertilisantes (MRF) et de boue de chaulage pouvant être utilisés sur des rejets miniers et qui supporterait la croissance végétale tout en étant sans danger pour l’environnement et peu couteux. Les intrants ont été caractérisés au plan chimique, physique et biologique et des tests en serre ont été faits avec Alnus incana ssp. rugosa et Calamagrostis canadensis en présence des trois types de rejets d’une mine aurifère. La cendre a un impact important sur le pH et la teneur en Mn des terreaux, tandis que le biochar augmente plutôt la teneur en Fe. Au plan physique, la cendre a tendance à réduire la porosité et la conductivité hydraulique saturée par rapport au biochar. Le mélange de MRF fait toutefois les terreaux les plus poreux et perméables, mais contiennent des concentrations très élevées de P et K. La boue de chaulage fait augmenter la conductivité électrique, la teneur en Ca, Mg et Cu, mais n’influence pas autant les propriétés physiques des terreaux. Après 4 mois de croissance dans 8 terreaux, les aulnes rugueux ayant démontré la meilleure croissance sont ceux ayant poussé dans les terreaux 7 (biochar, MRF et boue de chaulage) et 8 (biochar et boue de chaulage), tandis que les résultats pour Calamagrostis canadensis, dont la germination a été peu élevée, n’ont pas permis de tirer de telles conclusions. Il semble donc que le biochar soit meilleure que la cendre pour la croissance de l’aulne rugueux, mais la boue de chaulage joue aussi un rôle important.
Mining operations produce a large amount of tailings, sludges and acid rocks, changing the environment. Revegetation of residues helps restor ecological services on mining sites. The main objective of this study was to develop low cost, environmentally sound substrates made of biochar, ash, fertilizing residual matter and lime sludge for revegetation of mining wastes. Physical, chemical and biological characterization of the substrates have been completed in addition to bioassays with Alnus incana subsp. rugosa and Calamagrostis canadensis. Ash in the substrates had an impact on pH and Mn content while Fe content was related to biochar. Porosity and saturated hydraulic conductivity were higher in the substrates with biochar in lower with ash. Fertilizing residual matter blend made the more porous and permeable substrates and very high content in P and K. Liming sludge increased electrical conductivity, Ca and Mg contents and did not significantly affect physical properties of substrates. After 4 months of growth in greenhouses, Alders showed the best growth in the substrates 7 (biochar, fertilizing residual matter and liming sludge) and 8 (biochar and liming sludge). Biochar seems better than ash for Alder growth, followed by liming sludge. We cannot conclude for Calamagrostis canadensis because of the lack of data due to its poor germination.