Dynamique des matières organiques auniveau de la parcelle agricole

C. ChenuP. Barré, A. Chabbi, MF Dignac, C. Girardin, B.Guenet, S. Juarez, N.Nunan, D. Rasse, C. Rumpel,BioemcoM. Balabane, F. van Oort, PessacS. Houot, EGCet al.

Les sols et les nouveaux enjeux de l’agriculture

De nouveaux défis pour les sols

– Maîtriser les pollutions– Éliminer des déchets– Valoriser des sols pollués– De nouvelles productions

non alimentaires– Réguler les flux d’eau– Préserver la biodiversité– Limiter les émissions de

GES et stocker du C MatièresOrganiques

des Sols(MOS)

– Préserver, voire restaurer, laqualité des sols

Répondre à de nouvellesdemandes… Et une préoccupation

croissante

Qualité de l’air (CO2,N2O, CH4..)

Qualité de l’eau(nitrates, phosphate,

pesticides, métaux)

Qualité physique dessols (structure…)

Fertilité biologiquedes sols (ressourcetrophique)

Fertilité chimiquedes sols (nutrition desplantes)Matières

organiquesActivités

biologiques

Cycles C, N, P,polluants, ect

Matières organiques des sols : des fonctionsessentielles

C.C

henu

200

8

Une très forte interaction matières organiques et activitésbiologiques

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Un ensemble complexe et hétérogène qui serenouvelle constamment…

par apports et biodégradation

Entrées de Corg

macromoléculesdébris organiques

petites molécules

organismes vivants

CO2

MOS Che

nu, 2

003

Quels enjeux spécifiques pour les MOS ?

• Prévoir l’évolution des MOSNouvelles pratiques, nouveaux systèmes de culture,Changements climatiques

• Gérer les MOS– Quantité Augmenter la teneur en MOS

Quels seuils de teneur en MOS?– Qualité Quelles MO pour quelles fonctions ?– Localisation Dans le profil– Dynamique Stockage / minéralisation

Dynamique des fonctions associées(N, stabilité structure)

Quels outils ?

• Essais de longue durée

• Outils de quantification de la dynamique du C et N(in situ) 13C, 14C, 15N

• Outils de caractérisation des matières organiques:méthodes chimiques, fractionnements physiques

• Modèles

1- Comprendre les processus qui gouvernentla stabilisation des matières organiques dansles sols

Préservation sélectiveRécalcitrance

carbonisatsmacro-molécules

Interaction avec des ionsou surfaces minérales

Protectionphysique

Humification.complexation

Adsorption Inaccessibilité,conditions

physiques locales

nature des entrées type de solmode d’occupationpratiques culturales

Régulationsbiologiques

Processus de stabilisation des MO dans les sols

sché

ma

C.C

henu

Différents processus, décrits, mais dont l’importancerelative et les interactions sont mal connus

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La lignine est t’elle stable dans les sols?

Prop

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sol

(%)

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 81 3 5 7 9Années

Lignines

Carbone total

Peut t’on identifier des composés récalcitrants ?

Abondance naturelle en 13CChronoséquence C3/C4 Les Closeaux INRA VersaillesIsotopie du 13C à l’échelle moléculaire

Dignac et al. 2005, Bahri et al2006, 2008, Rasse et al. 2006

Essai des Closeaux

©JP

Pet

raud

La nature chimique seule n’expliquepas la stabilisation à long terme

Stabilisation importante du C de composésvégétaux solublesMarquage préférentiel des solubles Incubation en microcosmes

Enrichis en 13C(!13Csolu= 226‰ !13Cstruct= 53‰)

Girardin et al. 2009 RCMGirardin 2009 thèse

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soluble

structurel

La stabilisation des MOS à long termedépendrait plus de leur interaction avec lamatrice & du fonctionnement microbien,que de la nature chimique des entrées

CO2

Che

nu e

t al.

2001

, BFS

bactérie

10 µm

Des régulations biologiques encore très malconnues• Les apports de MO fraîche peuvent induire une sur-

minéralisation des MO du sol

Sol + MO fraîche

CO2 - MOS

CO2 - MO fraîche(enrichie en 13C)

CO2 - MOS

Sol témoin

Sur- minéralisation“priming effect”

schéma d’après Kuzyakov et al., 2000

0 10 20 30 40 50 600

1

2

3

4

5

Sol C

- C

O2

(% s

ol C

)

jours

Salomé et al. 2010 GBC

+ fructose

Horizon surface, Closeaux

Quel est l’impact de la gestion et qualité desapports organiques sur les stocks ?

Un exemple:

2- Compartimenter les matières organiques

Des fractions organiques sensibles à l’usage des sols ?

• Ex. Différents systèmesde culture, La CageVersailles, 0-30 cm

Une méthode normalisée en 2007: NF X 31-516

• Séparation des matières organiques particulaires

Des indicateurs précoces d’évolution des MOS

©JP

Pét

raud

Che

nu, 2

003

Balabane et al. 2005

Peut t’on quantifier et isoler le C stable des sols ?

C

Temps (an)5025 75 100

Clabileet lent

C stable

C lent

C labile année

décennie

siècle, millénaire

« measuring the modellable, modelling the measurable ?»Elliott 96

Carbosoil

Peut t’on quantifier et isoler le C stable des sols ?• Utilisation de jachères nues de longue durée

C

Temps (an)5025 75 100

Clabileet lent

0

C stable

Jachère nue

C lent

C labile

Barré et al. soumis ->

Les 42 parcelles à Versailles

Réseau européende jachères nuesde longue durée

Importance des essais de longue durée

3- Dynamique des MOS dans le profil de sol

0 cm

30 cm

180 cm

un stockde C = austock C 0-30 cm

C. Moni, 2007

Dynamique des MOS dans les horizons profonds des sols

Chabbi et al., 2009, SBBSalomé et al, 2010, GCB

Moni et al., 2010 Geoderma

1 % an-1

1/2 % an-1

1/4 % an-1

Carbone organique du sol d’origine maïs (%)

Rasse et al. 2006 SSAJ

En profondeur: un stock de C important,et qui se renouvelle lentement

Essai des Closeaux VersaillesAbondance naturelle en 13C

Conclusion

Conclusion

• Les matières organiques sont une ressource etune composante essentielle des sols

• Des outils :– nouveaux : 13C, couplages méthodes chimiques /

physiques et isotopiques, nouvelle génération demodèles prédictifs, outils de la microbiologie...

– un intérêt renouvelé pour des essais au champ delongue durée.

• Agroécologie:– la gestion des matières organiques (et donc de leur

dynamique) est un des leviers d’action majeurs

Références et contacts

• http://www.biologie.ens.fr/bioemco/