Influence de l’organisation spatiale du paysage sur les transferts hydriques de Carbone, d'Azote et de Phosphore dans un bassin versant agricole de méso-échelle

The influence of landscape spatial organization on hydric transferts of Carbon, Nitrogen and Phosphorus in a mesoscale agricultural catchment

• Auteur / Autrice : Antoine Casquin
• Direction : Patrick Durand, Rémi Dupas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Statistique/Modélisation en écologie, géosciences, agronomie et alimentation
• Date : Soutenance le 12/03/2021
• Etablissement(s) : Rennes, Agrocampus Ouest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sol Agro et hydrosystème Spatialisation / SAS
• Jury : Président / Présidente : Christophe Cudennec
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Amiotte Suchet, Fabrice Vinatier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Roxane Maranger, Josette Garnier

Mots clés

Mots clés libres

Eutrophisation

Configuration du paysage

Zone sources critiques

Services environnementaux

Eutrophication

Landscape pattern

Critical source areas

Ecosystem services

Résumé

L’enrichissement en azote (N) et phosphore (P) des milieux aquatiques provoque leur eutrophisation et impacte le cycle du carbone (C). Dans les bassins versants agricoles, l’essentiel du flux hydrique de N et P provient des surfaces agricoles. La forte variabilité spatio-temporelle des flux de C-N-P à l’échelle de la tête de bassin versant (<15 km²) complique la gestion et la protection de la ressource en eau, mais offre des opportunités d’optimisation pour la localisation de mesures agro-environnementales. Un suivi bimensuel pendant 17 mois (Mars 2018-juillet 2019) des concentrations en C-N-P en 32 points dont 23 têtes de bassin versant a permis de capter cette variabilité spatio-temporelle dans un bassin versant agricole (L’Yvel, 375 km² - Bretagne, France). La persistance des motifs spatiaux de la qualité d’eau a été montrée : un échantillonnage synoptique permet de hiérarchiser les sous bassins versants selon leurs exports hydriques de N et P. Le lien entre l’organisation spatiale et les flux de C-N-P est ensuite fait pour deux niveaux d’organisation. Il est montré, via une approche stochastique, que la proportion et le type des surfaces agricoles dans les versants influence les exports de N, tandis que la configuration spatiale de celles-ci est critique pour ceux de P. Le signal hydrochimique C-N-P issus des versants est modulé dans le réseau hydrographique. Un bilan de masse entre les flux issus des versants et ceux à l’exutoire de méso-échelle a montré que ces modulations influencent la variabilité temporelle des concentrations à la méso-échelle, mais que l’impact sur les flux annuels est faible.

Nitrogen (N) and phosphorus (P) enrichment of aquatic ecosystems results in their eutrophication and impacts the carbon (C) cycle. In agricultural catchments, most of the hydrologic flux of N and P originates from agricultural areas. The high spatial and temporal variability of C-N-P fluxes in headwaters (<15 km2) complicates the management and protection of water resources, but offers opportunities for optimisation of localised agro-environmental measures. A fortnightly monitoring conducted over 17 months (March 2018-July 2019) of C-N-P concentrations at 32 points, including 23 headwaters, captured this spatio-temporal variability in an agricultural catchment (Yvel River, 375 km2 - Brittany, France). The persistence of spatial patterns of water quality was demonstrated: occasional sampling allowed the ranking of sub-catchments according to their hydric exports of N and P. The link between the landscape spatial organisation and C-N-P fluxes was then investigated across two levels of organisation. Using a stochastic approach, it was shown that the proportion and type of agricultural areas on hillslopes influence N water exports, while the spatial configuration of agricultural areas is critical for P exports. The C-N-P hydrochemical signal from the hillslope is modulated in the river network. A mass balance between modelled hillslope fluxes and the measured mesoscale outlet fluxes showed that these modulations influence the temporal variability of mesoscale concentrations, but have little impact on annual fluxes.