PRODUCTION ET EMISSION DE N2O PAR LES SOLS
Relations entre le taux de remplissage des pores en eau (WFPS) et la dynamique de dénitrification
Principe
Dans cette expérience, on impose aux échantillons de sol enrichis en ammonium par un apport de SO4(NH4)2, un gradient d’humidité exprimé en termes de WFPS et on détermine la relation nitrification = f(WFPS) par un suivi dynamique à court terme (7 jours).
Le WFPS (Water-Filled Pore Space) permet de rendre compte de l’effet de l’humidité du sol sur l’activité microbienne. Ce paramètre, très souvent utilisé dans les modèles de prédiction de flux de gaz, est défini par la formule suivante (LINN et DORAN, 1984) :
WFPS(%) = θ / n * 100 où θ est la teneur en eau volumique (cm3 cm-3), θ = m × γd, n est la porosité, n = 1 – (γd / γs) et m est la teneur en eau gravimétrique (g g-1 sol sec) ; γd la densité apparente (g cm-3) et γs la densité de solide (g cm-3).
La densité apparente a été déterminée à partir de 15 échantillons de sol. Le résultat obtenu (γd = 0.85, CV = 3.5%) est différent de celui obtenu par PAYET pour le même horizon (0.97), ce qui peut s’expliquer par une humidité différente du sol au moment du prélèvement (PAYET, 2005). Pour la densité de solide nous avons retenu la valeur de 2.5 g.cm3 déterminé par McTAGGART et al (2003) pour un andosol.
Les correspondances entre WFPS et teneur en eau gravimétrique obtenues en fin d’expérience sont présentées dans le tableau 2.
Mode opératoire
La détermination de la relation entre le WFPS et la dynamique de nitrification en condition de substrat ammoniacal non limitant s’est faite d’après le protocole suivant avec trois répétitions:
Sept coupelles numérotées de 1 à 7 reçoivent 22.5 g chacune de terre séchée à 40°C et tamisée à 2 mm (sol remanié). Les six premières reçoivent 1 ml d’une solution de SO4(NH4)2 à 34.01 g.l-1, la septième coupelle ne recevant qu’un ml d’eau osmosée (témoin).
La terre de chacune des coupelles est alors transférée dans des coupelles d’incubation de type «plasthom». On ajoute alors dans chaque coupelle d’incubation une quantité d’eau osmosée correspondante à un niveau croissant de WFPS, les coupelles 6 et 7 recevant la quantité maximale d’eau osmosée correspondant au plus haut niveau de WFPS.
Les coupelles d’incubation sont alors suspendues dans des flacons sérum de volume nominal de 500ml grâce a des fils en nylon destiné à faciliter l’homogénéisation de l’atmosphère des flacons et à pouvoir récupérer facilement les coupelles. Les flacons sont alors fermés hermétiquement (bouchon septum), on réalise un premier prélèvement d’atmosphère à la seringue « Terumo » (2 * 8.5 ml par flacon) que l’on remplace par la même quantité d’atmosphère du labo. Les flacons sont alors mis à l’étuve à une température de 28°C et l’évolution de l’atmosphère dans les flacons est assuré sur 7 jours par des prélèvements réalisés à T0, T + 24 heures, T + 48 heures, T+ 96 heures et T+ 168 heures.
En fin d’expérimentation, les coupelles sont récupérées, on prélève 10 g de terre dans chacune d’elle pour extraire l’azote minéral dans 40 cl d’une solution de KCl molaire et on détermine l’humidité sur le reste de terre. Les extraits KCl sont transmis au laboratoire local pour analyse et les prélèvements d’atmosphère au laboratoire métropolitain (même matériel que pour les dosages sur l’essai terrain).
A partir des résultats d’analyses des extraits KCl , les teneurs en N–NH4+ et N-NO3- en fin de période d’incubation ont été calculées (N mg /kg de sol sec) en tenant compte des 40 ml de KCl et du volume d’eau apporté avec l’échantillon.
Echantillons de sols étudiés
L’expérience, initialement prévue sur des échantillons de terre ayant reçu ou non des apports de lisier n’a, en fait, dans le cadre de ce stage pu être réalisée que sur un échantillon de terre de l’horizon superficiel (0-10cm) de la parcelle étudiée par PAYET (2005) et qui avait reçu depuis 2003 un apport de lisier par an.
Nous avons choisi cet échantillon de sol afin de pouvoir obtenir des pistes susceptibles d’expliquer le défaut de bilan d’azote minéral observé sur cette parcelle entre 2003 et 2005.
Mesure des activités dénitrifiantes potentielles et réelles
Principe
Cette détermination consiste en une mesure des activités dénitrifiantes potentielles et réelles d’échantillons de terre au moment du prélèvement en anaérobiose totale (remplacement de l’atmosphère des flacons par de l’hélium), en conditions non limitantes de substrat (ajout de NO3K) et d’énergie (ajouts de glucose et acide glutamique).
L’activité dénitrifiante est mesurée sur la population microbienne existante au moment du prélèvement avant toute multiplication de cette population (durée d’incubation limitée à 4 heures) consécutive à l’établissement de conditions particulièrement favorables à la dénitrification.
Mode opératoire
La technique utilisée qui est inspirée des travaux de LENSI et al (1985) est jointe en fin de document (annexe 1).
Echantillons de sol étudiés
Les échantillons testés proviennent de profils de sol de la station des colimaçons, correspondant à trois traitements : T= parcelle n’ayant jamais reçu d’apport de lisier, L- = parcelle ayant reçu un apport de lisier juste avant le prélèvement, L+ = parcelle recevant tous les ans un apport de lisier depuis 2003 (parcelle utilisée par PAYET). Les prélèvements analysés portent sur des échantillons moyens des couches 0-10 cm ; 10-30 cm ; 30-60 cm et 60-90 cm et ce pour chaque traitement.
Le choix des horizons testés a été fait afin d’avoir des données sur la variation des activités dénitrifiantes en fonction de la profondeur.
Le choix des parcelles s’est fait afin de pouvoir faire ressortir un effet potentiel lié à l’épandage plus ou moins fréquent de lisier de porc sur ce type de sol.
|
Table des matières
INTRODUCTION
I- CONTEXTE DE L’ETUDE
1.1 PRESENTATION DE L’ILE DE LA REUNION
1.1.1 Situation géographique
1.1.2 Climat
1.1.3 Géologie
1.1.4 Formations pédologiques
1.2 CARACTERISTIQUES DES ANDOSOLS DE LA REUNION
1.2.1 Généralités sur les andosols
1.2.2 Importance des andosols pour l’agriculture de l’île
1.2.3 Minéralisation dans le cas des Andosols de la Réunion
1.2.4 La volatilisation après épandage de lisier sur un andosol
1.2.5 Lixiviation des nitrates après épandage de lisier sur un sol andique
1.3 PRODUCTION ET EMISSION DE N2O PAR LES SOLS
1.3.1 Les enjeux
1.3.2 Etude des processus concernés
1.3.3 Modélisation des flux de N2O
II- MATERIEL ET METHODES
2.1 QUANTIFICATION AU CHAMP DES EMISSIONS DE N2O ET NH3
2.1.1 Description du site de la station des Colimaçons
2.1.2 Choix de la parcelle d’essai
2.1.3 Méthode utilisée pour la mesure des émissions
2.1.4 Description du dispositif expérimental
2.2 RELATIONS ENTRE LE TAUX DE REMPLISSAGE DES PORES EN EAU (WFPS) ET LA DYNAMIQUE DE DENITRIFICATION
2.2.1 Principe
2.2.2 Mode opératoire
2.2.3 Echantillons de sols étudiés
2.3 MESURE DES ACTIVITES DENITRIFIANTES POTENTIELLES ET REELLES
2.3.1 Principe
2.3.2 Mode opératoire
2.3.3 Echantillons de sol étudiés
2.4 ANALYSE DES RESULTATS
III- RESULTATS ET DISCUSSIONS
3.1 EMISSIONS DE N2O ET NH3 SUR L’ESSAI TERRAIN
3.1.1 Conditions météorologiques au cours de l’expérimentation
3.1.2 Evolution de l’humidité du sol
3.1.3 Caractéristiques du lisier apporté.
3.1.4 Bilan de l’azote minéral du sol
3.1.5 Emissions de NH3
3.1.6 Emissions de N2O
3.1.7 Emissions de CO2
3.2 RELATIONS ENTRE LE TAUX DE REMPLISSAGE DES PORES EN EAU (WFPS) ET LA DYNAMIQUE DE DENITRIFICATION
3.2.1 Flux de C-CO2
3.2.2 Flux de N-N2O
3.2.3 Relation entre flux de N2O et WFPS au laboratoire
3.2.4 Bilan de l’azote minéral selon l’humidité lors de l’incubation
3.3 MESURE DES ACTIVITES DENITRIFIANTES POTENTIELLES ET REELLES
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
Télécharger le rapport complet
