Soutenance mémoire
Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études
Nutrition phosphatée des plantes cultivées
Le P est un élément majeur dans la nutrition des plantes, il rentre en effet dans de nombreux cycles et processus biochimiques. Il joue un rôle i mportant dans : la stimulation de la croissance des racines (un apport localisé de P entraîne une prolifération des racines) ; la stimulation d’un tallage plus actif avec des talles fertiles pour le riz; la maturation des grains (des teneurs élevées en P réduit le temps dematurité et donne une paille plus solide) ; et la formation des graines (Pande et al., 1997).
La plante ne peut utiliser que des ions phosphate solubles : H2PO4- essentiellement dans les sols ferrallitiques acides avec un pH entre 2,5 à 5 ; et HPO42- dans les sols avec un pH entre 6 à 8 (Rabeharisoa, 2004), prélevés par les racines via la solution du sol (Fardeau, 1992) par entrainement en masse par l’eau de transpiration (Fardeau et al., 1998). Sans apport d’engrais, la nutrition phosphatée des plantes provient du P assimilable du sol ; mais avec un apport d’engrais, elle est assurée de 0 % à 20 % par cet apport (Fardeau, 1992).
L’approvisionnement en P de la solution du sol provient soit directement de l’apport de fertilisants phosphatés minéraux solubles, soit dela désorption des ions de la phase solide du sol vers la phase liquide (Figure 1). On estime que 99 % des ions phosphate qui vont dans la solution du sol proviennent de la phase solide du sol (Rabeharisoa et al., 2005). Le P de la phase solide est constitué de : (i) P minéral inclus dans la roche mère (apatite) ou précipité par les oxydes de Fe et d’Al amorphes qui ne peut pas être prélevé par les racines qu’après solubilisation, P minéral adsorbé à la surface desargiles minéraux (kaolinite, oxydes de Fe et d’Al) et passe dans la solution du sol après désorption des ions phosphate (Frossard et al., 2006) ; (ii) P organique immobilisé par les microorganismes essentiellement composés de bactéries et de champignons (Buresh et al., 1997), et P organique incorporé dans la matière organique du sol. Certains sont adsorbés ou précipités sur les argiles et hydroxydes et sont difficilement hydrolysables par les enzymes (Rabeharisoa, 2004). Pour le P organique, une faible partie de la totalité est labile à court terme (Buresh et al., 1997); sa minéralisation est donc importante pour l’approvisionnement de la solution du sol.
La diffusion des ions phosphate à l’interface soli de-solution se présente comme le mécanisme dominant dans la nutrition phosphatée des cultures et l’approvisionnement de la solution du sol en ions phosphate (Morel, 2006). L’action des acides organiques libérés après décomposition des matières organiques apportées ausol, par les exsudats racinaires et par les métabolites des microorganismes sur la biodisponibilité du P a été mise en évidence : en effet, ces acides organiques contenant des groupements fonctionnels (-OH ; -COOH) peuvent complexer l’Al et le Fe, et entrent donc en compétition avec le P sur les sites d’adsorption du sol jouant par conséquent un rôle majeur sur la diffusion des ions phosphate de la phase solide vers la solution du sol (Hue, 1991; Haynes et al., 2001; Guppy et al., 2005). En cas d’apport d’engrais, plus la concentration des acides organiques dans l’engrais est élevée, plus la fixation du phosphore par l’Al et le Fe dans le sol sera faible (Parent et al., 2002). Il a aussi été mis en évidence qu’il existe une relation entrele pouvoir fixateur du sol vis-à-vis des ions phosphate avec les teneurs en oxyde de Fe et d’Al et/ou en argile et avec l’acidité du sol (Al échangeable complexe les ions P) (Frossard et al., 1992; Rabeharisoa, 2004). En outre, l’utilisation des matières organiques dans la fertilisation peut constituer une source de C et d’énergie nécessaire à l’activité des microorganismes du sol, et pourrait donc favoriser par la suite les activités enzymatiques qui hydrolysent le P organique (Palm et al., 1997). L’excrétion de protons par les racines ainsi que les acides organiques peuvent entraîner une acidification du pH de la rhizosphère qui joue un rôle majeur dans les équilibres d’adsorption-désorption ou de précipitation-dissolution du P dans le sol (Hinsinger et al., 2006). En effet, dans de nombreux cas, une désorption du P ayant réagi avec le sol, dont le P associé aux argiles à charge variable et une partie du P adsorb é par les oxydes cristallisés, est favorisée par une diminution du pH (Kirk et al., 1998). Pour les sols acides, la teneur en Al échangeable est en corrélation négative très significative avec le pH pour des valeurs inférieures à 5,1 de ce dernier (Trinh, 1976). A part la capacité d’adsorber (Haynes et al., 2001) ou de précipiter le P dans le sol (Hinsinger et al., 2006), l’Al échangeable inhibe l’action de la microflore du sol, peut arrêter la décomposition de la matière organique pour un pH < 4,5, s’oppose à tout relèvement du pH, chasse le K de la plupart des sites d’échange et s’oppose à toute fixation ultérieure (Boyer, 1976). Par contre, La plus forte solubilité du P dans les sols minéraux se situe entre les pH 6,2 et7,0 (Parent et al., 2002).
Stock et flux de phosphore dans une parcelle cultivée
Le stock de P total du sol est constitué par les ions phosphate dans la solution du sol et le P lié à la phase solide. Les sols ferrallitiques de Madag ascar ont une forte teneur en P total dans la phase solide (100 à 800g.kg -1), par contre on observe une très faible concentration en cet élément dans la solution du sol : 0,005 à 0,05 mg.-l1 (Rabeharisoa, 2004). Dans une parcelle cultivée, ce stock de P prend en compte aussi la quantité de P contenu dans les cultures.
Le flux de P dans une parcelle cultivée peut se traduire par les entrée et sortie du P dans la parcelle cultivée ainsi que les transferts d’ions entre les différents compartiments du le sol (Figure : 3) en kgP.ha-1.an-1.
Les entrées de P dans une parcelle cultivée sont essentiellement assurées par les apports d’engrais minéraux et organiqques. La variation du stock sera aussi conditionnnée s’il y aura ou pas une restitution du P préleevé par les résidus derécolte et celui dans es raacines. Elles sont très limitées à Madagascar à cause de la très faible utilisation d’engraais minéraux (9 kgNPK.ha-1) et d’engrais organiques, et la faible restitution des réssidus de récolte (Rabeharisoa, 2004). Les exportations par la récolte, la migration en profon deur et une partie transférée par érosion de la partie superficielleudsol constituent par contre les sorties du P (Rabeharisoa, 2004). Mais le prélèvement par la récolte se prénte comme le flux majeur entrant dans le cycle du P dans une parcelle cultivée(Morel, 2002).
Pour le cas d’une culture de riiz pluvial sur sol ferrallitique à Madagascar en 2007 (cité dans § 1.1.1.), le tableau 1 résume à part ir du bilan en P et des analyses effectuéées, le flux du P durant la campagne ainsi que la variation du stock de P après la récolte avecc un rendement de 4,5 T.ha-1.
Si on tient compte de la teneur en P en solution et de la quantité exportée par la récolte, il a donc fallu 5,86 kgP.ha-1 qui passent de la phase solide vers la solution du sol pour assurer les exportations hors parcelle. On peut donc conclure par cela que 93,6 % du P dans la solution du sol provient de la phase solide.
D’après le bilan qui est positif, les apports de P dépassent largement la quantité exportée par la récolte. S’il y a restitution du P des résidus de récolte et des racines, il y aura en plus un redressement du niveau de la teneur en P total du sol (Giroux et al., 1994). La partie du P prélevé par la plante venant de l’apport ne dépassejamais 25 % dans les sols où, simultanément, la teneur en phosphore extractible est faible et le pouvoir fixateur peu élevé (COMIFER, 1993). Ici, la quantité exportée représente 6,96 % de la quantité apportée. Il y a -1 -1 du stock de P du sol moins les quantités exportées donc une amélioration de 83,7 kg.ha .an par ruissellement et celles ayant migrées en profondeur qui peuvent être respectivement : 0,05 à 2,5 kg.ha -1.an-1 et 0,5 kg.ha-1.an-1 (Morel, 2002) si il y a restitution du P prélevé ansd les résidus de récolte et les racines. D’où, la restitution des résidus de récolte se présente comme une source non négligeable d’entrée du P dans une parcelle.
Le pourcentage de l’apport, prélevé par la plante,constitue l’ effet immédiat. L’intense compétition existant entre le sol et la plante pourles ions phosphate apportés fait que la plus grande partie de ceux-ci gagne les différents compartiments du P biodisponible du sol, et donne lieu à l’ effet résiduel (COMIFER, 1993).
Formes du phosphore disponible du sol et méthodes d’évaluation
Le P disponible est la forme du P susceptible d’être prélevé par les cultures (Fardeau et al., 1996). La méthode Olsen, extraction avec le bicarbonate de sodium, permet d’évaluer la quantité de P disponible dans le sol (Morel, 2002).Cette méthode est la plus utilisée dans le monde pour évaluer la teneur en P disponible du solafin d’élaborer un conseil agronomique (Stroia, 2007). Selon Fardeau et al., (1988), entre les différentes méthodes chimiques d’extraction du P, le P extrait par la méthode Olsen présente la composition isotopique la plus voisine de celle des ions de la solution du sol.
Le P en solution dans le sol, étant la seule forme qui peut être prélevée directement par les racines de la plante, peut être déterminé par un dosage colorimétrique au vert de malachite (Van Veldhoven et al., 1987 ) de la concentration des ions phosphate (Cp, mgP.l-1) dans une solution filtrée (0,2 µm) d’une suspension de terre de 1g et 10 ml à l’état stationnaire (Morel et al., 2004).
Le P phytodisponible est la fraction du P du sol ou d’un intrant qui peut être prélevée par la plante (Morel, 2002). Selon Rabeharisoa (2004), cette fraction du P peut être évaluée quantitativement à partir de la plante. Il s’agit d e mettre en culture dans des conditions de climat non contrôlées (au champ) et de mesurer la quantité prélevée par la récolte. Après un apport d’engrais, on peut évaluer par la méthode detraçage isotopique du P de l’engrais : la quantité de P prélevé par la plante provenant de engraisl’ et celle provenant de la réserve du sol. Le pourcentage de P venant de l’engrais donne le coefficient réel d’utilisation (CRU) (Fardeau et al., 1998). Après deux études réaliséesen parallèle, sur sol-plante et sur sol-solution en utilisant la méthode de traçage et de dilution isotopique du P, il a été conclu que la fraction phytodisponible du P du sol est la somme du P dissous et de la fraction du P minéral du sol susceptible de passer en solution sous l’effet d’un gradient de concentration (Morel, 2002).
Le P diffusible représente les ions phosphate susceptibles de réapprovisionner la solution du sol sous l’effet du gradient de concentration créépar l’absorption par les racines des ions phosphate dissous (Morel, 2006). Il peut être déterminé par la méthode de traçage et de dilution isotopique permettant de quantifier la quantité brute d’ions phosphate transférés entre les phases solide et liquide du sol en suspension.
Le P biodisponible est la fraction du P total du sol susceptible d’être absorbé, prélevé par un organisme vivant (Rabeharisoa, 2004). C’est donc la fraction du P susceptible d’être prélevée par les plantes dans le contexte des écosystèmes cultivés dont la quantité est la somme des ions phosphates dissous avec le P diffusible à l’in terface solide-solution (Morel, 2006). Il tient en compte trois paramètres interdépendants dans un type de sols donné : l’intensité de la concentration des ions phosphate dans la solution du sol directement en contact avec les racines, la capacité du sol à réalimenter la solution du sol et la quantité d’ions phosphate susceptibles de quitter la phase solide en un temps donné pour rejoindre la solution du sol (COMIFER, 1993). La détermination du P biodisponible peut être faite à partir des expériences en laboratoire sur des suspensions de sol (1g:10ml) couplant des réactions de sorption avec la méthode de traçage et de dilution isotopique des ions phosphate en déterminant la quantité de P isotopiquement échangeable (Rabeharisoa, 2004; Stroia, 2007).
|
Table des matières
1. INTRODUCTION
1.1. Contexte et problématique
1.2. Bases scientifiques
1.2.1. Nutrition phosphatée des plantes cultivées
1.2.2. Stock et flux de phosphore dans une parcelle cultivée
1.2.3. Formes du phosphore disponible du sol et méthodes d’évaluation
2. MATERIELS ET METHODES
2.1. Site d’expérimentation
2.1.1. Situation géographique et climat
2.1.2. Caractéristiques pédologiques
2.2. Dispositif expérimental
2.2.1. Essai au champ
2.2.2. Essai en pot
2.3. Préparation des échantillons
2.3.1. Récolte des plantes
2.3.2. Echantillonnage des sols
2.4. Méthodes analytiques
2.4.1. Evaluation de la biomasse végétale des essais au champ et en pot
2.4.2. Bilan en phosphore de l’essai au champ
2.4.3. Efficience d’utilisation du phosphore (EUP)
2.4.4. Détermination du phosphore dans la plante et dans le sol de l’essai en pot
2.4.5. Détermination du carbone organique par la méthode de Walkley et Black de l’essai en pot
2.4.6. Détermination du pH du sol de l’essai en pot
2.4.7. Détermination de l’aluminium échangeable du sol de l’essai en pot
2.4.8. Analyse statistique
3. RESULTATS
3.1. Résultats de l’essai en pot après deux mois de culture
3.1.1. Production de biomasse végétale
3.1.2. Le phosphore total prélevé dans la biomasse aérienne par le riz pluvial
3.1.3. Le phosphore total dans le sol
3.1.4. Le phosphore hydrosoluble dans le sol
3.1.5. Le phosphore Olsen dans le sol
3.1.6. Pouvoir fixateur du sol
3.1.7. Le carbone organique du sol
3.1.8. pH du sol
3.1.9. L’aluminium échangeable du sol
3.2. Estimation des résultats de l’essai au champ
3.2.1. Estimation du rendement en grain
3.2.1. Estimation de l’efficience d’utilisation du phosphore (EUP) par le riz pluvial
3.1.1. Bilan estimé en phosphore
4. DISCUSSIONS
4.1. Discussion des résultats de l’essai en pot
4.1.1. Réponse du riz pluvial aux intrants
4.1.2. Propriétés chimiques du sol
4.2. Discussion de l’estimation des résultats de l’essai au champ
4.1.1. Estimation du rendement en grain
4.1.2. Bilan en phosphore du sol
4.4. Limite de l’étude
5. CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE
Télécharger le rapport complet
