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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. min. microb. brute NH 3 org. microb. brute ruissellement lessivage NH 4 + NO 2 - NO 3 - lixiv. N2N2ON2N2O absorption nitritation nitratation NO NH 4 + fixé min CO 2 Caractériser les entrées organiques pour prédire leur devenir

2 Principe de lanalyse pariétale appliquée à la caractérisation des M.O. exogènes Détournement de technique destinée à caractériser la valeur nutritionnelle des fourrages Applicable aux seuls produits solides Difficultés selon la texture Méthodologie qui a évolué dans sa technologie Système manuel de digestion « Van-Soest » et accessoire de filtration associé. À chaque étape du processus (4 rep/echt) : - pesées à 40°C et 100°C - cendres résiduelles (500°C)

3 Feuille de calcul pré-calculée pour la finalisation des résultats Van Soest Zone de saisie des pesées Zone de vérification intermédiaire (humidité ; cendres ; résidus Zone de calculs définitifs (matière brute ; matière sèche

4 Analyse pariétale des litières de filao – différentiation selon les sites. Particularité ou artéfact dans lanalyse des feuilles ?? Variabilité assez forte des résultats (charge minérale ??) Pas dinformations particulières a/s phytotoxicité LitièresArbres

5 Les polyphénols solubles totaux : Autre paramètre de qualité des M.O. Méthodologie oExtraction eau (50) -méthanol (50) à 80° C pendant 1H (400 mg/40 ml) oTransfert, lavage et ajustement à 100 ml par H 2 O en fiole jaugée oDosage par colorimétrie au réactif de Folin-Ciolcateu (manifold original) (résultats en équivalents acide tannique) Utilisation oRapport (lignine + polyphénols totaux) / Ntotal Densité fréquence Polyphénols (mg g-1 ac. Tan.)

6 Phytotoxicité des litières de filao : Mise en évidence par un test de germination Forte phytotoxicité des couches de litière les plus récentes (couche 1) Disparition de la phytotoxicité pour la couche la plus ancienne (couche 4) Observation qui corrobore le constat des fleuristes et pépiniéristes dakarois Test de germination « cresson » Sol + 10% litière Une nécessité : Connaître les raisons et prévenir les conséquences de la phytotoxicité.

7 Test de phytotoxicité à partir dextrait aqueux de litière : Recherche dune valeur de «DL50» Recherche graphique du « nombre de dilutions dextraits de litière** nécessaires pour obtenir un taux de germination de 0.50 des graines de laitue. Nb. Dilutions milieu aqueux Taux germination ** : extraits de litière obtenus par macération avec agitation de la litière dans leau distillée et filtration à 0.2µm de la suspension après centrifugation. Valeur GI 0.50

8 Test de phytotoxicité à partir dextrait aqueux de litière : Synthèse des résultats Phytotoxicité pour [C soluble] 100 mg l -1 Effet synergique aux faibles [C soluble] C soluble (mg l -1 ) Indice GI

9 Spectres de réflectance dans le proche infra rouge : Aperçu de la qualité des résultats C total dosé (mg g -1 ) C total calculé (mg g -1 ) Dose Extrait DL50 mesurée (Nb. dil)Dose Extrait DL50 calculée (Nb. dil)

10 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. : Q uantifier le réapprovisionnement en M.O. fraîche min CO 2

11 Les litières et résidus de culture : Quantifier lincorporation au sol Quantification des pertes de matière : les litterbags et cages dexclusion Quantification des retombées de litières : les collecteurs Géométrie à adapter pour une bonne représentativité de la collecte

12 Cages dexclusion vs litterbags : Quel choix ? Quantifier individuellement la quantité initiale de résidus Litterbags : oDispositif artificialisé (humidité) oIndispensables si enfouissement oApproche des effets de la mésofaune du sol Dosages C, N et cendres nécessaires

13 Biodégradation dun mulch sous S.C.V. en Centre C.I. Effet «macrofaune» (BF%) Litterbags : Quantification du rôle de la macrofaune dans lincorporation au sol du C de la litière BF = 100 *(%C 0.2mm - %C 2mm )/(100 – C 2mm ) Source : thèse P. Autfray. Litterbags : Modélisation de la cinétique dincorporation de la litière au sol Mod : A(1 –e -k1t ) + (1-A)((1 –e -k2t ) %C initial incorporé Cho Jach 6 mois Cho Jach 18 mois

14 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. : Indicateurs de dynamique de minéralisation du C min CO 2

15 Techniques détude de la minéralisation de la M.O. au laboratoire et in-situ A partir du terrain : oEvolution de la teneur en C et N total oFractionnement physique de la M.O. oCloches et/ou tunnels de confinement A partir dexpériences dincubation oConditions de lincubation (°C ; humid.) oEtudes dimpact des apports exogènes

16 [CO 2 ] : Techniques de mesure Carbonatation dune base Y X(OH) - n + CO 2 CO 3 X y + y/ 2 H 2 O oDosage en retour par acidimétrie Piégeage NaOH + ajout excès BaCl 2 + dosage HCl Piégeage Ba(OH) 2 + dosage (COOH) 2 oFacile à mettre en œuvre ; faible investissement ; pas dinhibition par excès CO 2 ni réaction CO 2 - sol Dosage direct [CO 2 ] otechniques Appareil type Licor (absorption IR CO 2 ) Chromato. phase gazeuse détection catharomètre oInvestissement de base ; connaissance du volume mis en jeu; détermination directe; combinaison avec autres suivis (NH 3 ; N 2 O)

17 [CO 2 ] : Dispositifs de piégeage Volume de la cloche ~8 litres Durée de piégeage oCO2 : 30 minutes (2 à 4 prlvts) oN2O : 1 à 2 heures (2 à 4 prlvts) Autres techniques : Tunnels ventilés automatisés Cloche de piégeage sur le terrain connectée à un appareil IR Licor Base de la cloche installée et prlvt de gaz dans le sol

18 Flux de CO 2 sur le terrain : Rythme circadien et effet ponctuel des techniques Metay 2002 : riz pluvial Cerrados Brésiliens Effet dun labour sur le flux de CO 2 (mg C m -2 heure -1 ) 1 heure après labour : jour après labour : 125 (moyenne sur 3 mois : 140)

19 [CO 2 ] : Dispositifs de piégeage Enceinte fermée avec piégeage par NaOH

20 [CO 2 ] : Dispositifs de piégeage Enceinte fermée avec ajutages de connexion à un CPG

21 Minéralisation en laboratoire : Vitesses et quantités de CO2 cumulées. Ajustement des vitesses : combinaison dexponentielles A1e -k1t + A2e -k2t Intégration de la fonction vitesse : Qt CO 2 cumulées

22 Minéralisation en laboratoire : Cinétique en temps courts « effet démarrage » Vérification de létablissement progressif de la minéralisation du produit : installation de la biomasse zymogène Modélisation logistique du taux cumulé de minéralisation du C

23 Expériences de minéralisation en laboratoire : Prévoir et modéliser Source : thèse P. Autfray. Minéralisation des horizons de surface dun sol ferrallitique sous divers systèmes de culture Incorporation de litières fraîches de Pueraria et Chromoleana : immobilisation temporaire de N Modélisation Dynamique C et N

24 Caractériser les évolutions : Modéliser un modèle simple (Hénin-Dupuy) Biomasse incorporée (A) MOS (C) CO 2 K1AK1A K2K2 H 0 = 20.6 t ha -1 K 1 racines = 0.15

25 Exemple : Détermination des coefficients K1 (acrisol BKF) et K2 (fumier de parc) TraitementK2K1 Témoin0.04 engrais faible dose (e)0.03 engrais forte dose (E)0.04 e + fumier E + FUMIER Ajustement : 11 dates sur 40 années dévolution K1K Fumier moutonsAutre fumiercrucifères - Badiane 93 (sans labour) - Badiane 93 (avec labour) K2K2 - Siband 72 - Hien 2001 Valeurs acquises dans ce cas

26 RothC : P révoir lévolution des apports de M.O. exogènes D P M R P M M.O. exogène DPM : M.O. décomposable RPM : M.O. résistante IOM : M.O. inerte Bio : biomasse µbienne Hum : M.O. humifiée Bio Hum CO 2 DD Bio Hum CO 2 D D Décomposition : Y = Y0 e –abck t (mois) a : facteur température b : facteur humidité c : facteur « couverture du sol » K : constante de minéralisation du compartiment I O M

27 Prévision de lévolution du C dun acrisol du Burkina Faso avec et sans apport de fumier Incertitudes sur létat initial (prlvt jachère voisine) Simulation convenable de la parcelle « témoin » Ecarts à la réalité dans le cas de forts apports de fumier oHypothèses avancées : réalité des apports oEffet de la macrofaune oQualité du fumier (constante K inadaptée) o« Dispersion » des apports Parcelle Témoin Parcelle forte dose fumier Thèse E. Hien

28 Cantis* : Meilleure prise en compte de la nature des M.O. (composition biochimique) Prise en compte de la composition « pariétale » (Van Soest) o K spécifique par compartiment oModule spécifique pour mulch Deux pools de biomasse µbienne oAutochtone (AUB) humus oZymogène (ZYG) M.O. exogène Biom µbienne morte décomposée par AUB * : Développé par lINRA (Garnier et al 2001) f B : param. contact sol-produit f N : param. Insuf. N min f T : param. Température f W : param. Humidité

29 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. min. microb. brute NH 3 org. microb. brute ruissellement lessivage NH 4 + NO 2 - NO 3 - lixiv. N2N2ON2N2O absorption nitritation nitratation NO NH 4 + fixé min CO 2 La biomasse microbienne : U n acteur essentiel difficile à saisir

30 Techniques de caractérisation de la biomasse microbienne Dénombrement oComptages direct sous microscope oComptage de colonies sur milieu de culture Dépendant de la composition du milieu Sensibilité biom. zymogène vs biom. autochtone Identification par culture sur milieux sélectifs Méthodes indirectes destimation oDosages de composés spécifiques (expl. : ergostérol de la biomasse fongique) oMéthodes par fumigation Fumigation – incubation et mesure activité métabolique relativement à un échantillon non fumigé. Fumigation – extraction et dosage dindicateurs de présence de la produits de lyse des µorganismes sur echts fumigés vs non fumigés Dosage C tot, Nto t sur extrait K 2 SO 4 Dosage N alpha-aminé sur extrait KCl oRespiration induite par le substrat Ajout de glucose et détermination du surplus dactivité (CO 2 ) par rapport sol seul

31 Technique fumigation-extraction et dosage de N alpha-aminé. Matériel nécessaire oHotte et pompe à vide oDessicateur en verre oMatériel pour lextraction de N minéral Extrait KCl Terre fine fraîche Terre fine fraîche Extrait KCl CHCl 3 10 jours Evac. CHCl 3 Dosage manifold original

32 Biomasse microbienne et N minéralisable en bananeraies martiniquaises N minéralisable mg kg -1 j -1 C biom. microbienne mg kg -1

33 Faits marquants sur : La caractérisation des M.O. et leur devenir dans les sols La caractérisation chimique oLanalyse élémentaire et la détermination de types de molécules à « effet protecteur » oLa subdivision en compartiments de résistance croissante aux réactifs agresseurs oLes techniques danalyse rapide par SPIR (NIRS) Létude du comportement des M.O. dans les sols oQuantification de lincorporation des M.O. au sol oMesures directes des émissions gazeuses à linterface sol-atmosphère oEtude des cinétiques dincubation Production de CO2 (et autres gaz) Suivi de la minéralisation de lazote La formalisation des cinétiques et les modèles couplant les cinétiques du C et N organique oVers une meilleure prise en compte de linterdépendance des cycles de C et N et des conditions trophiques oUn danger : la multiplication des paramètres...pas toujours accessibles !!!


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