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NH 4 + NO 2 - NO 3 - minéralisation N orga très stable N orga stable N orga labile très lente lente rapide Biomasse µbienne Fix bio N 2 Litière dépôt atm.

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1 NH 4 + NO 2 - NO 3 - minéralisation N orga très stable N orga stable N orga labile très lente lente rapide Biomasse µbienne Fix bio N 2 Litière dépôt atm. ; Engrais Apports orga ext. NH 4 + min. microb. brute NH 3 org. microb. brute ruissellement lessivage NO 2 - NO 3 - lixiv. N2N2ON2N2O absorption nitritation nitratation NO NH 4 + fixé Cycle de la M.O. : Mesurer les fuites de N minéral hors du profil cultural min CO 2

2 Les pertes par lixiviation : Outils de prélèvement de la solution du sol Principe dutilisation : o solution du sol éch. avec H 2 O distillée (10 jours) oMesure simultanée (complet) ou non Tension-[solt. Sol] Implantation oTraitements : Offset ; SD ; Labour + enfouissement oImplantation parfois difficile sinon impossible o 2 côtes au moins par site (tensio.) Suivi oDoit être associé à létude des flux hydriques oAléas divers : (décrochage)Analyses : NH 4 + ; NO 3 - ; tension Bougies poreuses SDEC et Tensionics Mise en place au Brésil

3 Cliché : J.M. Harmand Fosse de collecte des solutions Collecte de la solution du sol : Fosses lysimétriques au Congo dispositif dinterception du flux de solution Cliché : J.M. Harmand dispositif « lourd » contraintes de terrain importantes

4 Tensionics : Evolution de la [él] Dynamique « régulière » pour N min oDifférenciation des dynamiques selon les techniques culturales Pics importants ponctuels de K + ; Cl - ; Ca ++

5 Lixiviation : Estimation des quantités lixiviées Base de calcul : odrainage « issu du modèle » o[N] de la solution du sol = N-NH N-NO 3 - oIntrapolation linéaire de N entre deux mesures oFlux = drainage * [N] Temps Mesure [N] Période de flux deau associée à la mesure de [él]

6 NH 4 + NO 2 - NO 3 - minéralisation N orga très stable N orga stable N orga labile très lente lente rapide Biomasse µbienne Fix bio N 2 Litière dépôt atm. ; Engrais Apports orga ext. NH 4 + min. microb. brute NH 3 org. microb. brute ruissellement lessivage NO 2 - NO 3 - lixiv. N2N2ON2N2O absorption nitritation nitratation NO NH 4 + fixé Cycle de la M.O. : Fuites gazeuses de N (volatilisation-dénitrification) min CO 2

7 Les conditions de la volatilisation : Apports durée en conditions daérobiose uréase Vent ; Ө CO 2 + NH 3aq H + CEC NH 4 + enfouiss Ө ; humid urée H2OH2O pH (lim 7.2) NH 3atm NH + 4aq NH 3g pKa 5.5 texture Transfert MO enfouiss nitrification

8 Volatilisation : Méthodes détudes Sur le terrain : oTour micro-météo : (piégeage NH 3 à divers étages ; exploitation…) oTunnels : (surface délimitée ; piégeage dune aliquote du flux circulant) oPièges ponctuels En microcosmes : oPièges à circulation (barbotage) oPièges statiques (papier filtre imbibé H 2 SO 4 ) Simplicité ; sensibilité modulable ; prbls géométrie dispositif

9 Volatilisation : Microcosmes et dispositifs de piégeage a) : Piégeage par barbotage b1) : Godet équipé dun filtre piège b2) : Connection flacon incubateur dosage multi gaz a b1b2

10 Volatilisation : Effet de la texture sur la part de N engrais volatilisée Dispositif : piège par barbotage sols ferrugineux région Manga (BKF) opH lgt acide ou neutre oFaible pouvoir tampon oToutes positions toposéquence oTous systèmes de culture Apport urée en surface

11 Volatilisation : Dynamique en labo de la volatilisation avec incorporation de M.O. Dispositif : piège statique sols sableux (Tza) et argileux (Lam) dosage par colo auto. après échange par KCl N modélisation logistique de la dynamique oGuan 26% ; Prot 15%

12 N 2 O : Dépendance de létat hydrique Par nitrification : (nitrosomonas, nitrobacter) Nitritation : NH /2 O 2 NO H 2 O + H + Nitratation : NO /2 O 2 NO 3 - WFPS : taux remplissage en eau des pores = Hp γ r γ d /(γ r -γ d ) Davidson(91) C 2 H 2 10 Pa Par dénitrification : (bact. Anaérobies facultatives) NO 2 - NO 3 - N2ON2ON2N2 NO C 2 H 2 10 KPa

13 Modélisation des flux de N-N 2 O : NOE part due à la nitrification WFPS N 2 O Denit N 2 O nit Z Na R max Z Na 0 0 R max Da Na = N w N NH4 N T N w : taux nitrification selon la teneur en eau du sol (linéaire) N NH4 : taux de nit. selon teneur en NH 4 (f(x) = X/(A+X)) N T : facteur de réponse nit à température (type Q 10 ) Z : coefft de conversion nit émission N 2 O si WFPS < 0.62 R max : ratio maximum de N 2 O emis par dénit en anaérobiose/(N 2 O + N 2 )

14 Modélisation des flux de N-N 2 O : NOE part due à la dénitrification WFPS N 2 O Denit N 2 O nit Z Na R max Z Na 0 0 R max Da Da = Dp F N F W F T D p : Vitesse potentielle de dénitrification F N : taux de denit selon teneur en NO 3 (f(x) = X/(A+X)) F w : facteur de réponse de la denit à lhumidité (WFPS) F T : facteur de réponse dénit à la température (type Q 10 ) R max : ratio max. de N 2 O émis par dénit en anaérobiose N 2 O/(N 2 O + N 2 ) WFPS : taux remplissage en eau des pores = Hp γ r γ d /(γ r -γ d )

15 N2O : Techniques de détermination CPG détection par microcatharomètre oGaz vecteur He 2 oSensibilité ~ 1 à 10 vpm N2O selon réglages oPiquage direct dans les flacons ou tubes oAcquisition chromatogramme : 1 mn CPG détection par ECD ( 63 Ni) oGaz vecteur Argon 90- CH 4 10 oSensibilité ~ 0.1 vpm oInjection : seringue Hamilton à robinet darrêt oAcquisition chromatogramme : 4 minutes

16 N 2 O : Panoplie du parfait petit analyste a) b) a) CPG micro catha ; b) seringue Hamilton + exetainer ; c) CPG ECD Varian d) tubes de stockage de type exetainer et vénoject c) d)

17 Objectifs et techniques détude de la production de N 2 O par les sols En microcosme oMesure activité dénitrifiante. Sur terre remaniée (C et N non limitants) ; + C 2 H 2 ; dynamique sur 1 à 6 heures ; anaérobiose ; saturation en eau (labo) oProduction potentielle de N 2 O par dénit Sur cylindre de sol en place (10 rep) ; saturation en eau ; (NO 3 non limitant) dynamique 1 à 4 heures (thèse Herlgouach) oCapacité de réduction du N2O produit : Incubation sur plusieurs jours (1 à 10) ; sol saturé ; NO 3 non limitant ; deux séries avec et sans C 2 H 2 (thèses Bonzi ; Metay ; Herlgouach) a b c a : prlvt à la seringue Hamilton dans un flacon sérum b : inertage dun flacon sérum contenant du sol c : expérience sur cylindre de sol

18 N 2 O : Production potentielle de N 2 O sous caféier Zone fertilisée (g N (N 2 O) ha -1 j -1 ) ouinon Culture Plein soleil 797 ± ± 43 ombragée 179 ± ± 52 Herlgouach (2005)

19 Production de N2O par nit. et denit. Selon le WFPS Même à WFPS 87% production dominante de N 2 O : nit !!! Production de N 2 très forte à 87% WFPS Lutilisation simultanée de C 2 H 2 aux pressions partielles de 0 ; 10 Pa et 10 Kpa permet de différencier les sources et voies de pertes gazeuses en N

20 Réduction en N 2 du N 2 O potentiellement produit : Cas dune toposéquence au BKF En bas de pente : réduction rapide en N 2 du N 2 O produit. potentiel réel avec C2H2 sans C2H2

21 Flux de N 2 O in situ : Quelques résultats Mesure soumise à de nombreuses sources de variabilité et aléas oVariabilité spatiale : Spots démission (f(MO ; Hv ; fumure ; structure…) oConservation des échantillons et analyse « délicate » Suivi nécessairement ponctuel et discontinu (sauf par méthodes micro météo) Comment intégrer des jeux de données souvent très fluctuants : modéliser N N2O (g ha -1 j -1 )

22 Modélisation des flux de N-N2O : NOE Variables dentrée : oDonnées spécifiques (labo + terrain) oDeux sources de N2O : WFPS < 0.70 : processus de nitrification WFPS > 0.70 : processus de dénitrification Validation oponctuelle des variables estimation flux ponctuels ofacteur majeur des estimations : WFPS Intégration sur une période de suivi

23 N 2 O : Sources possibles démissions - Systèmes cultivés des Cerrados (Brésil) Etat hydrique du sol (pas de temps horaire) P A S T I S Paramètres de production N 2 O par nit et dénit N O E Manips labo Nit : 30% (faibles ; continues) Denit : 70% (faibles ; ponctuelles) Quelques grammes (ha -1 j -1 )

24 N 2 O : Emissions par nitrification - Confrontation obs mes Concordance assez décevante oQuelques valeurs proches oSinon simul > observé Mise en cause: fuites ; conservation ; analyse ? Problème mieux maîtrisé oExetainers oScellement des tubes (cire)

25 Faits marquants sur : Les fuites dazote hors du profil cultural Les pertes par lixiviation. oEssentiellement des dispositifs de « terrain » oDes dispositifs expérimentaux qui, soit artificialisent fortement le milieu (lysimètres), soit ne proposent que des « instantanés » oUne nécessaire connaissance des flux deau (mesures et modélisation). Les pertes par volatilisation oDes mesures globales associées à des modèles microclimatiques oDes mesures ponctuelles oUne forte dépendance des conditions de milieu oDes simulations en laboratoire permettant de dégrossir les connaissances Les pertes par dénitrification oDes techniques analytiques « sophistiquéees » oUn facteur majeur : le WFPS accessible à travers la connaissance physique du sol et la modélisation des transferts deau oUne modélisation indispensable pour comprendre les facteurs majeurs des émissions et les quantifier

26 Merci


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