Impact à long terme du travail du sol sur le cycle biogéochimique du phosphore : analyse de l'essai L'Acadie (Québec, Canada) et modélisation

par Haixiao Li

Thèse de doctorat en Biogéochimie et écosystèmes

Sous la direction de Christian Morel et de Léon-Etienne Parent.

Soutenue le 21-11-2016

à Bordeaux en cotutelle avec l'Université Laval (Québec, Canada) , dans le cadre de École doctorale Sciences et Environnements (Pessac, Gironde) , en partenariat avec Interactions sol plante atmosphère (INRA Bordeaux-Aquitaine) (laboratoire) .


  • Résumé

    La pratique du «sans labour» (NT) se développe dans le cadre de l’agriculture de conservation des sols. Cette pratique modifie nombre de propriétés du sol comme, par exemple, la répartition du phosphore (P) dans le profil du sol. L’objectif de cette thèse est d’analyser les impacts après plusieurs décennies du NT sur le cycle biogéochimique du P et d’intégrer ces effets dans un modèle de fonctionnement. Nous avons utilisé un essai au champ de longue durée sous maïs-soja (L’Acadie, Québec, Canada) implanté sur un sol argilo-limoneux. Le dispositif était un split-plot à 4 blocs avec mouldboard plough (MP) et sans labour (NT), subdivisés par 3 doses de fertilisation en P minéral [0 (0P), 17.5 (0.5P), 35 (1P) kg P ha-1] apportées sur le maïs et localisées à 5 cm de profondeur et à 5 cm du rang de maïs.La concentration des ions phosphates du sol (Cp) test était relativement uniforme dans la couche labourée (0-20 cm) (0.08 mg P L-1), puis baissait légèrement dans 20-30 cm (0.05 mg P L-1) et davantage au-delà (0.01 mg P L-1). Sous les traitements [NT, 0.5P] et [NT, 1P] traitements, le Cp était plus élevé dans la couche 0-10 cm (0.28 et 0.19 mg P L-1) que dans la couche labourée mais baissait rapidement avec la profondeur. Cette stratification verticale sous NT était également observée pour les teneurs en P-Olsen, P-M3 et autres nutriments comme C, N et K. Après 23 et 24 années d’essai, il y avait tendanciellement moins de racines du maïs sous NT (-14%) que sous MP, probablement à cause de la présence plus importante d’adventices sous NT. Pour le soja, il y avait beaucoup plus de racines dans la couche 0-10 cm sous NT (44% de longueur total) que sous MP (21%) et inversement dans la couche 10-20 cm. Ces différences de distribution des racines sous NT et MP correspondent à la stratification de N, P, et K.Cet ensemble de données sur la distribution des racines et du phosphore a été utilisé pour i) évaluer un modèle 1D décrivant la dynamique du P sur plusieurs décennies dans la couche labourée du sol, ii) proposer un mode d’estimation de la distribution du prélèvement dans le profil de sol, et iii) développer un modèle spatialisé 2D décrivant la dynamique du P pour le traitement sans labour. Ce modèle permet de simuler l’évolution de la disponibilité en P du sol sur le long terme quels que soient les modes de préparation du sol et le régime de fertilisation P. Même si le modèle surestime parfois la disponibilité en P à proximité de la zone fertilisée, il permet de prédire la stratification du P du sol en NT et ses conséquences sur le prélèvement de P en relation avec les propriétés du sol et le développement du système racinaire. Il pourra contribuer à améliorer le raisonnement de la fertilisation phosphatée dans le contexte du sans-labour.

  • Titre traduit

    Long-term impact of tillage on biogeochemical phosphorus cycle : analysis of the test of L'Acadie (Quebec, Canada) and modelling


  • Résumé

    The no-till (NT) is gaining great attention for soil preparation. This practice modifies number of soil properties such as the distribution of phosphorus (P) in the soil profile. This work aims to analyze the impacts on the biogeochemical P cycle after decades of NT and incorporate those effects in an operational model. We used a long-term field experiment under corn-soybean rotation established on a clay loam soil (L’Acadie, Quebec, Canada). The design was a split-plot plan with 4 blocks under moldboard plough (MP) and NT, subdivided by 3 doses of P [0 (0P), 17.5 (0.5P), 35 (1P) kg P ha-1] applied in corn phase and localized to 5-cm deep and 5-cm from the corn row.The phosphate ion concentration in MP was relatively constant (0.08 mg P L-1) in the tilled layer (0-20 cm), slightly lower in 20-30 cm (0.05 mg P L-1) and much lower below (0.01 mg P L-1). In [NT, 0.5P] and [NT, 1P] plots, Cp was higher (0.28 et 0.19 mg P L-1) in the 0-10 cm layer compared to the tilled layer in MP, but decreased sharply with depth. This vertical stratification in NT was also observed for P-Olsen, P-M3 and other nutrients as C, N, and K. After 23- and 24-year of experimentation, maize roots tended to be fewer (-14%) under NT than MP, probably because of increased weed infestation under NT. For soybean, more roots accumulated in the 0-10 cm layer under NT (44% of total length) than MP (21%) and vice versa for the 10-20 cm layer. Those differences in root distribution under NT and MP corresponded to the stratification of N, P, and K.This set of data on the distribution of roots and phosphorus was used i) to develop a 1D model describing P dynamics over several decades in MP, ii) to test a method to assess the spatial P uptake distribution according local root length density and soil P availability, and iii) to develop a spatial 2D model describing P dynamic in NT. This model simulates the soil P availability dynamic on long term according soil properties and crop root distribution within soil profile for different soil preparation regime and different P fertilization rate. Although the model overestimates the P availability near the localized P fertilizer, it is able to predict the soil P stratification in NT treatment and its consequences on crop P uptake. This new model will be a useful tool to improve P fertilization management in context of no-till practices.


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