Contribution des matières organiques à la stabilité de la structure des sols limoneux cultivés : effet des apports organiques à court terme

par Diego Cosentino

Thèse de doctorat en Sciences du sol

Sous la direction de Claire Chenu.


  • Résumé

    La stabilité de la structure des sols vis-à-vis de stress externes est une propriété clé pour le fonctionnement du sol. Cependant, il n`existe pas aujourd’hui d’outil permettant de prévoir ses variations temporelles ou de déterminer les pratiques culturales qui l`améliorent. La question est particulièrement posée en ce qui concerne l’effet d’amendements organiques sur des sols fragiles comme les sols limoneux cultivés. L´objectif général de cette thèse est approfondir la connaissance du déterminisme de la variabilité intra-annuelle de la stabilité de la structure du sol résultat de l´apport de matières organiques et de la variation de la teneur en eau du sol. Pour établir des relations quantitatives entre les agents microbiens impliqués dans l’agrégation, les variables physiques élémentaires qui la déterminent (porosité, hydrophobie et cohésion) et la stabilité de la structure, nous avons choisi une démarche expérimentale en laboratoire et fait varier les doses de MO apportées au sol (un résidu de culture) et appliqué des cycles de dessiccation – réhumectation. Nous avons utilisé trois tests de stabilité structurale qui mettent en évidence différents mécanismes de désagrégation (l`éclatement, la microfissuration et la désagrégation mécanique) pour analyser les relations quantitatives d’un point de vue mécaniste. Dans nos conditions expérimentales, l’apport de MO a stimulé linéairement l’activité des microorganismes pour toute la gamme de MO apportées. Les différents agents agrégeants microbiens mesurés (biomasse microbienne, ergosterol (biomarqueur des champignons), et les sucres extraits à l’eau chaude (estimateur des polysaccharides extracellulaires)) ont une forte dynamique temporelle et sont tous significativement corrélés à la stabilité structurale, sans hiérarchie apparente. La stabilité de la structure à l’éclatement, à la microfissuration et à la désagrégation mécanique ont eu une dynamique similaire après l’apport de MO. Nous proposons un modèle semi-mécaniste d’estimation de la stabilité structurale, basé sur le couplage entre un modèle de la dynamique du C et N dans les sols (CANTIS) et une fonction statistique reliant la biomasse microbienne et la quantité de CO2 minéralisée à partir de la MO apportée à la stabilité de la structure. La décomposition de la MO apportée a fortement modifié les propriétés physiques responsables de la stabilité de la structure. La porosité des agrégats, leur hydrophobie et leur cohésion interparticulaire ont toutes augmenté. Etant donné l’impact de l’activité microbienne sur l’hydrophobie, nous avons comparé, trois méthodes différentes permettant son estimation. La diversité des effets de l’activité microbienne sur les propriétés physiques des agrégats du sol, suggère qu’il est généralement pertinent de mettre en oeuvre des tests de stabilité de la structure, propriété sensible et intégrative des différents effets des matières organiques. Les conditions climatiques, telles-que des alternances d’humectation dessiccation, modulent l’effet des MO apportées sur la structure du sol, en particulier en changeant l’impact relatif des MO sur chaque mécanisme de désagrégation.

  • Titre traduit

    Organic matter contribution to aggregate stability in silty loam cultivated soils : carbon input effects


  • Résumé

    Soil aggregate stability is a key property for soil functioning. However, there are still no tools to predict its temporal variations or to determine cultural practices to improve it. The subject is particularly important in regard to the effect of C inputs to fragile soils (silty cultivated soils). The general aim of this work is to improve the knowledge in factors determining short-time aggregate stability variations caused by C inputs and soil water contents variations. To establish quantitative relationships among aggregate microbial agents, elementary physical properties that determine aggregate stability (porosity, hydrophobicity and soil cohesion) and aggregate stability we varied the organic matter added rate (maize residue) and wetting-drying cycles in soil controlled conditions. We used three aggregate stability tests that distinguish different soil breakdown mechanisms (slaking, microcracking and mechanical breakdown) to analyze the relationships from a mechanistic point of view. In our conditions, C inputs stimulated linearly microbial activity and by-products to all doses of C inputs used. Aggregate microbial agents measured (microbial biomass-C, ergosterol content (biomarquer of fungi), and hot water extractable polysaccharides (surrogate of extracellular polysaccharides)), had an important dynamic pattern and there were all correlated to aggregate stability. No hierarchic order among biological variables could be established. Aggregate stability to slaking, microcracking and mechanical breakdown had a similar dynamic pattern after C input. A linear semi-mechanistic model predicting aggregate stability variations based on coupling an soil C and N dynamic model (CANTIS) and multiple linear regressions linking microbial biomass-C and respired CO2 after a C input and aggregate stability was proposed. C input has also strongly modified the elementary physical properties that determine aggregate stability. The aggregates increased porosity, hydrophobicity and Interparticle cohesion with C input rate. Giving the impact of microbial activity in hydrophobicity, emphasis was given in determining hydrophobicity and three methods were applied and evaluated. Diversity of microbial activity effects on soil physical aggregate properties suggests that is still pertinent to consider aggregate stability as an integrative and sensitive property to organic matter input effects in soil. Climatic conditions as wetting-drying cycles have shown to modulate the effect of C inputs on aggregate stability, particularly changing the relative impact of the organic matter in breakdown mechanisms of aggregate stability.

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  • Détails : 1 vol. (186 p.)
  • Annexes : Bibliographie 193 réf.

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