Stabilité du charbon végétal (biochar) dans le sol et impact sur la productivité et les cycles des nutriments des prairies alpines

Charcoal (biochar) impact on soil carbon stocks, productivity and nutrient cycles of alpine grasslands

• Auteur / Autrice : Irene Criscuoli
• Direction : Franco Miglietta, Cornélia Rumpel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du sol et de l'environnement
• Date : Soutenance le 14/12/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Biogéochimie et écologie des milieux continentaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathieu Sebilo, Costanza Calzolari
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christopher Carcaillet, Luisella Celi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lixiviation

Sols -- Chimie

Qualité

Plantes fourragères

Charbon à usage agricole

Alpes

Charbon de bois

Mots clés libres

Charbon de bois

Biochar

Stockage du carbone dans le sol

Lixiviation de nutriments

Productivité des prairies alpines

Qualité du fourrage

Charcoal

Alpine grasslands

Soil

Résumé

Le charbon de bois (biochar), est un amendement qui améliore les propriétés physico-chimiques du sol, augmente le stockage du carbone et les productions agricoles. Les anciens sites de production de charbon permettent d'évaluer son impact directement sur le terrain et sur le long terme. Dans les Alpes italiennes on a échantillonné une série de charbonnières daté de 1858 ainsi que les sols de prairies adjacents, ne contenant pas de charbon. 80±21% du carbone provenant de la production du charbon est toujours présent dans le sol et a un temps de résidence moyen de 650±139 ans. Le contenu des nutriments et leur biodisponibilité sont plus élevés dans les charbonnières par rapport à la prairie alentour et, sont plus élevés aujourd'hui qu'en 1858. L'ajout de charbon apporte des nutriments au sol, mais à court terme les ions Ca2+, K+, SO42- et Mg2+ sont lixiviés sous forme de cendres. Le charbon s'avère capable de retenir les dépositions atmosphériques de PO43-, NH4+, NO3- et, sur le long terme, de K+. L'augmentation du contenu en nutriments, la diminution de l'hydrophobie et de la densité apparente du sol augmentent la productivité et la valeur nutritionnelle des espèces alpines fourragères (Festuca nugrescens Lam. et Trifolium pratense L.). La croissance des plantes est limitée par l'azote sur les charbonnière et par le phosphore dans les prairies non-amendés ou amendés récemment. Nous concluons que le charbon/biochar peut être une stratégie pour stocker le carbone dans les sols, augmenter la production de biomasse et la qualité du fourrage des prairies Alpines à long terme. Toutefois les opérations d'enfouissement peuvent être complexes à cause de la géomorphologie des Alpes.

Charcoal or biochar is proposed as a soil amendment to improve physio-chemical soil properties, increase soil carbon (C) stocks and agricultural yields. Ancient charcoal hearths provide an opportunity to investigate its impact under field conditions and in the long term. A series of charcoal hearths and adjacent charcoal-free soils under grassland in the Italian Alps abandoned in 1858 was sampled.80±21% of the C originating from ancient charcoal is still present in the soil today and has a Mean Residence Time of 650±139 years. The content of total and available nutrients is higher in the hearths soils compared to the surrounding grasslands and it is higher today compared to 1858. The input of charcoal directly adds nutrients to soils but Ca2+, K+, SO42- and Mg2+ are leached in the short term after application, as they are lost in the form of ashes. Charcoal is able to retain atmospheric depositions of PO43-, NH4+, NO3- and in the long term K+.The increase in soil nutrient content and decreases in hydrophobicity and bulk density translated into higher plant growth and nutritional values of two alpine fodder species (Festuca nigrescens Lam. and Trifolium pratense L.). Plant growth was N-limited in the charcoal hearths soils and P-limited in the surrounding grasslands not amended or recently amended with charcoal/biochar.We can conclude that charcoal/biochar is a long term strategy to store carbon in soils, improve biomass productivity and fodder quality in alpine grasslands. However charcoal/biochar incorporation into soil can be complex because of the geomorphology of the Alps.