Soutenance mémoire
MESURE DE LA DENSITE APPARENTE ET DE LA TENEUR EN EAU DU SOL
Site de l’étude
L’étude a été réalisée en Guadeloupe, dans la région de Capesterre-Belle-Eau (16°03′ Nord ; 61°34′ Ouest), située en Basse-Terre (Figure 1). Le climat est de type tropical humide, la température moyenne annuelle dans la zone est de 24,9°C, avec un minimum moyen annuel de 22,5°C et un maximum de 27,3°C. Les précipitations moyennes annuelles sont de 300 mm/an . Le site est une station de recherche du CIRAD (Neufchâteau) située à 260 mètres d’altitude. Le sol est de type andosol (d’après le système de classification du sol de la FAO).
Matériel végétal
Stylosanthes guianensis (Aubl.) est une fabacée herbacée pérenne . Elle forme des buissons (jusqu’à 1,8 mètres de hauteur) et dispose d’un système racinaire puissant (racine pivot profonde et capacité de s’enraciner à partir des tiges couchés au sol). Sa forte production de biomasse (jusqu’à 20 t/ha de matière sèche pour la partir aérienne ; Husson, Charpentier et al. 2008) lui permet de dominer les adventices.
Préparation de la parcelle
Antérieurement à l’expérimentation, les parcelles avaient été laissées en jachère naturelle entretenue depuis plus de trois ans. L’expérimentation a été mise en place sur une parcelle de 875m² divisé en 3 parcelles élémentaires de 1×435 et 2x 220m². Le Stylosanthes guianensis (Stylo) a été semé en lignes parallèles de 30 cm de distance par un semoir tracté sur 2 des 3 parcelles élémentaires à des dates différentes (juillet 2010 et juillet 2012). La troisième parcelle est en jachère depuis 5 ans. Des traitements herbicides ont été réalisés sur la parcelle en jachère afin de maintenir une végétation basse. Cette conduite a favorisé le développement d’espèces de dicotylédones basses. Lorsque les mesures ont été faites, les parcelles de Stylo montraient respectivement un peuplement de 7 et 32 mois qui seront dorénavant nommés respectivement Stylo 6 mois et 2ans pour simplifier l’exposé. On a ainsi trois modalités : une parcelle en jachère, une parcelle de Stylo à 6 mois et une parcelle de Stylo à 2 ans
Description du peuplement
Biomasse aérienne
Sur le peuplement de Stylo de 6 mois, la biomasse aérienne par hectare a été estimée par la collecte et le pesage de la totalité de la biomasse aérienne d’1m² (avec 5 répétitions). La biomasse aérienne n’a pas été estimée sur la parcelle de Stylo à 2 ans car le système aérien était fortement couvert par les dicotylédones.
Description du système racinaire
Prélèvement d’échantillons de sol: Cinq (5) fosses de 3,375 m3 (1,5m x 1,5m x 1,5m) sont creusées par parcelle (i.e. 15 fosses au total). On prélève 4 échantillons cubiques de sol (1000cm ) par fosse à équidistance de la ligne de semis entre 0 et 10cm de profondeur (on réalise ensuite les profils racinaires horizontaux, voir 4.2.2). Sur chaque fosse de chaque parcelle, 5 échantillons de sol (1 échantillon par tranche de 10cm) sont également prélevés entre 10 et 60cm de profondeur . Ils sont pesés et examinés afin de prélever l’intégralité des racines. Les racines sont scannées (Epson Twain Pro, 32 bits) puis les images traitées par le logiciel WinRHIZO (Regent Instruments Inc.). Par son intermédiaire, on obtient une évaluation de la morphologie racinaire. Il précise la DLR, la surface, le volume total ainsi que le diamètre moyen des racines. A partir de ces données nous pouvons obtenir la RTD et la SRL. Il donne également des informations sur la répartition de la
longueur par classes de diamètre des racines. Les paramètres choisis sont les suivants : – 400 dpi pour la résolution de l’image ; – scan « greylevel », qui impliquent des paramètres par défaut. Les racines sont ensuite placées à l’étuve (70°C pendant 10 jours) puis pesées afin d’obtenir la masse sèche des racines par unité de volume de sol.
Profils racinaires: La méthode des profils racinaires est une approche de terrain qui permet d’obtenir des valeurs de densité et de distribution racinaire (Kucke, Schmid et al. 1995).
On applique verticalement une grille (1m x 0,6m) sur l’une des parois de la fosse (perpendiculairement à la ligne des semis). Elle se compose de mailles de 10 cm². Lorsqu’une ou plusieurs racines est visible à l’intérieur d’une maille, le nombre d’impacts racinaires est noté. On réalise également un profil horizontal pour évaluer la distribution racinaire autour du pied. On décape la terre sur une profondeur de 10cm (après avoir prélevé les échantillons de sol) pour faire apparaitre les racines. On place ensuite la même grille que précédemment et on dénombre la le nombre d’impacts racinaires par maille .
Relation entre la biomasse racinaire et les profils racinaires: Pour chaque classe de profondeur, la moyenne des impacts racinaires relevée par la méthode des profils racinaires a été mise en relation avec la moyenne de la biomasse racinaire mesurée lors des prélèvements d’échantillon de sol. Ceci est réalisé dans le but de mettre en évidence un lien direct entre la biomasse racinaire et les impacts racinaires notés pendant les profils racinaires.
Comparaison de la distribution théorique des racines par rapport à la distribution observée:
Par l’intermédiaire des profils racinaires, nous pouvons établir une carte de distribution observée des impacts racinaires en peuplement selon la profondeur. De plus, des profils racinaires ont été réalisés sur les cultures individuelles de Stylosanthes guianensis de 6 mois (Lassiva 2012). Afin de comparer la distribution observée à une distribution théorique (i.e. si chaque individu de Stylosanthes guianensis étaient positionnés à la même distance moyenne que celle des plants en peuplement), nous avons modélisé une répartition autour du pied pour chaque profondeur (0-10cm ; 10-20cm ; 20-30cm ; 30-40cm ; 40-50cm ; 50-60cm) et pour une surface de 1m². Pour cela, nous avons calculé la moyenne des impacts racinaires pour les plants individuels pour chaque classe de profondeur.
Nous avons émis l’hypothèse que la distribution spatiale des racines autour de la tige du Stylosanthes guianensis était homogène pour un éloignement donné à la tige. A ce titre, nous avons considéré les impacts racinaires à gauche et à droite de la tige comme deux échantillons indépendants . Nous avons ensuite modélisé une carte des impacts racinaires moyens de rayon 50cm et de résolution de 1cm² pour chaque profondeur . Puis, nous avons modélisé une carte des impacts racinaires théoriques sur une surface d’1m² en prenant en compte 15 plants par mètre-carré, 3 lignes de semis de moyenne ayant un éloignement de 30 centimètres entre elles et 17cm moyen d’éloignement entre les plants le long de la ligne de semis qui sont les caractéristiques d’éloignement des plants dans la parcelle de Stylosanthes guianensis en peuplement de 7 mois. Nous avons additionné les impacts racinaires lorsqu’ils se chevauchaient.
Mesure de la densité apparente et de la teneur en eau du sol
On prélève 1000 cm3 de terre dans un cube métallique. La terre fraiche est pesée, mise en étuve à 105°C pendant 48h et pesée à nouveau. On peut ainsi obtenir la masse sèche et la masse fraiche de sol et déduire la teneur en eau de chaque échantillon. La densité apparente correspond à la masse sèche de sol par unité de volume de sol (en g/cm3) en place.
Infiltrométrie
La mesure de la conductivité hydraulique des sols est réalisée avec un infiltromètre à disque. Il permet de mesurer le fonctionnement hydrodynamique de la macroporosité des sols.
L’infiltromètre est composé d’un disque creux (D, 8cm de diamètre;) auquel est accolée une membrane (M) en contact avec le sol. Un réservoir (RA, 5cm de diamètre ; gradué et fermé sur la partie supérieure) alimente le disque en eau. Pour que l’eau quitte l’infiltromètre et s’infiltre dans le sol, elle doit être remplacée dans le réservoir par un volume équivalent d’air. Cet air entre par un tube A, transite dans un vase de Mariotte (VM, 3,2cm de diamètre) et ressort par un tube B. Cela permet de contrôler, maintenir et faire varier la pression de l’eau à l’interface infiltromètre/sol en abaissant ou en élevant le tube A. En faisant varier la pression, on mobilise des porosités différentes (Coquet, Boucher et al. 2000). Ainsi, pour un potentiel hydrique de -1 kPa, on mobilise des porosités ayant un rayon inférieur ou égal à 150μm. A -0,1 kPa, on mobilise des porosités inférieure ou égale à 1,5mm de rayon.
En pratique, l’infiltromètre est posé sur un sol nu et plat. Une éponge de 5mm de hauteur et de même diamètre que le disque est coupée et placée à l’interface membrane/sol afin d’assurer un maximum de contact sur toute la surface du disque. Le niveau initial (à t=0) du réservoir d’alimentation est noté. Le tube A est placé à -10cm de hauteur de colonne d’eau (i.e. un potentiel de -1 kPa) puis lorsque le niveau de l’eau dans le réservoir d’alimentation a diminué de 10 mm, le temps est noté. On répète l’expérience jusqu’à ce que le temps soit équivalent sur 3 mesures (± 10%) afin d’obtenir une vitesse moyenne (m/s). On place ensuite le tube A à -6cm et on réalise la même expérience. On fait de même pour -3cm et -1cm. 5 répétitions sont faites pour chacune des 3 parcelles.
Comparaison de la morphologie racinaire entre des cultures individuelles ou en peuplement
Aucune différence de DLR, de masse sèche, de surface totale, de volume totale, de diamètre moyen des racines ou de SRL entre la parcelle de Stylo en peuplement et la plante individuelle n’a pu être mise en évidence (Tableau II). En revanche, la RTD est presque deux fois plus importante dans les cultures en peuplement que dans les cultures individuelles (0,57 contre 0,32 g/cm3 dans les cultures individuelles ; p-value = 0,021).
En comparant la proportion de la longueur des racines pour différentes classes de diamètres, on peut voir que les cultures en peuplement ont des racines significativement plus longues que les cultures individuelles pour les classes de diamètre 0 à 0,5mm (83,97% de la longueur des racines totales contre 64,68% pour les cultures individuelles, ). De même pour des diamètres entre 1,0 à 3,0mm (au total 5,25% de la longueur totale des racines des cultures en peuplement se situent dans cette classe de diamètre contre 2,16% pour les cultures individuelles). 11,22% de la longueur totale des racines des cultures individuelles se situent dans des diamètres entre 3,0 et 4,5mm. La classe de diamètres supérieurs à 4,5mm ne présente aucune différence de longueur des racines .
Comparaison de la distribution théorique des racines par rapport à la distribution observée
En moyenne, il y a plus d’impacts racinaires dans les profils observés que dans les profils théoriques mais ce n’est qu’une tendance, les différences de moyennes ne sont pas significatives.
Cependant, on observe pour la couche 0 à 10cm moins d’impacts dans les profils observés que dans les profils théoriques (20,1 impacts de plus en moyenne pour les profils théoriques). La couche 10 à 20cm ne présente pas de différence entre les profils observés et les profils théoriques (p-value = 0,55). Enfin, on peut montrer un nombre supérieur d’impacts racinaires observés pour les couches de 20 à 60 cm (on peut voir en moyenne 9,8 impacts racinaires de plus dans les profils observés).
Influence de la profondeur et de la modalité de la parcelle sur la morphologie des racines
Il existe un effet de la modalité sur la DLR, la masse sèche, la surface totale, le volume total, le diamètre moyen des racines et la SLR.
De plus, on peut montrer une influence de la profondeur sur la DLR, la masse sèche, la surface totale, le volume totale des racines et la SRL. Aucune influence de la profondeur sur le diamètre moyen des racines (p-value = 0,32).
Enfin, on a pu mettre en évidence un effet de l’interaction entre la modalité de la parcelle et la profondeur pour la DLR, la surface totale, le volume total des racines et la SRL.
Inversement, aucune interaction significative n’as pu être mise en évidence pour la masse sèche et le diamètre moyen des racines (respectivement, p-value = 0,51 ; p-value = 0,94).
La RTD ne sera plus mentionnée dans la suite des analyses du à l’absence de l’influence de la modalité de la parcelle et de la profondeur sur ce paramètre
Infiltrométrie
Variation de la conductivité hydraulique en fonction de la modalité de la parcelle
On observe une conductivité plus de deux fois moins importante dans la parcelle de Stylosanthes guianensis à 2 ans par rapport aux deux autres parcelles (Stylo à 6 mois et jachère) pour un potentiel hydrique de -0,3 kPa, plus de 4 fois moins important à -0,2 kPa et plus de 6 fois moins important à -0,1 kPa . On n’observe pas de différence de conductivité hydraulique pour des potentiels hydriques strictement inférieurs à -0,03m. La conductivité hydraulique de la parcelle en jachère et celle du Stylosanthes guianensis à 6 mois sont statistiquement égales pour toutes les valeurs de potentiels hydriques présentés.
Variation de la porosité fonctionnelle moyenne en fonction de la modalité de la parcelle
On observe une porosité fonctionnelle moyenne environ deux fois plus basse dans la parcelle de Stylosanthes guianensis à 2 ans pour l’intervalle de potentiel [-3 ;-1] que dans les deux autres parcelles (p-value = 2,00.10-3 ). Nous n’avons pas pu montrer une différence significative de la porosité fonctionnelle moyenne dans aucun des deux autres intervalles de potentiels.
|
Table des matières
1. INTRODUCTION
2. MATERIEL ET METHODES
1. SITE DE L’ETUDE
2. MATERIEL VEGETAL
3. PREPARATION DE LA PARCELLE
4. DESCRIPTION DU PEUPLEMENT
4.1. BIOMASSE AERIENNE
4.2. DESCRIPTION DU SYSTEME RACINAIRE
4.2.1. Prélèvement d’échantillons de sol
4.2.2. Profils racinaires
4.2.3. Relation entre la biomasse racinaire et les profils racinaires
4.2.4. Comparaison de la distribution théorique des racines par rapport à la distribution observée
5. MESURE DE LA DENSITE APPARENTE ET DE LA TENEUR EN EAU DU SOL
6. INFILTROMETRIE
7. ANALYSES STATISTIQUES
3. RESULTATS
1. DESCRIPTION DU PEUPLEMENT
1.1. BIOMASSE AERIENNE
1.2. COMPARAISON DE LA MORPHOLOGIE RACINAIRE ENTRE DES CULTURES INDIVIDUELLES OU EN PEUPLEMENT
1.3. RELATION ENTRE LA BIOMASSE RACINAIRE ET LES PROFILS RACINAIRES
1.4. COMPARAISON DE LA DISTRIBUTION THEORIQUE DES RACINES PAR RAPPORT A LA DISTRIBUTION OBSERVEE (TABLEAU IV)
2. INFLUENCE DE LA PROFONDEUR ET DE LA MODALITE DE LA PARCELLE SUR LA MORPHOLOGIE DES RACINES (TABLEAU V)
2.1. INFLUENCE DE LA MODALITE DE LA PARCELLE SUR LA DENSITE DE LONGUEUR DES RACINES (DLR) (TABLEAU VI)
2.2. INFLUENCE DE LA MODALITE DE LA PARCELLE SUR LA MASSE SECHE DES RACINES (TABLEAU VI)
2.3. INFLUENCE DE LA MODALITE DE LA PARCELLE SUR LA SURFACE TOTALE DES RACINES (TABLEAU VI)
2.4. INFLUENCE DE LA MODALITE DE LA PARCELLE SUR LE VOLUME TOTAL DES RACINES (TABLEAU VI)
2.5. INFLUENCE DE LA MODALITE DE LA PARCELLE SUR LE DIAMETRE MOYEN RACINAIRE (TABLEAU VI)
2.6. INFLUENCE DE LA MODALITE DE LA PARCELLE SUR LA LONGUEUR SPECIFIQUE DES RACINES (SRL) (TABLEAU VI)
3. INFLUENCE DE LA PROFONDEUR ET DE LA MODALITE DE LA PARCELLE SUR LES QUALITES PHYSIQUES DU SOL
3.1. INFLUENCE SUR LA DENSITE APPARENTE (TABLEAU VII)
3.2. INFLUENCE SUR LA TENEUR EN EAU (TABLEAU VIII)
4. INFILTROMETRIE
4.1. VARIATION DE LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE EN FONCTION DE LA MODALITE DE LA PARCELLE
4.2. VARIATION DE LA POROSITE FONCTIONNELLE MOYENNE EN FONCTION DE LA MODALITE DE LA PARCELLE
4. DISCUSSION
1. DESCRIPTION DU PEUPLEMENT
1.1. BIOMASSE AERIENNE
1.2. COMPARAISON DE LA MORPHOLOGIE RACINAIRE ENTRE DES CULTURES INDIVIDUELLES OU EN PEUPLEMENT
2. INFLUENCE DE LA MODALITE DE LA PARCELLE ET DE LA PROFONDEUR SUR LA MORPHOLOGIE DES RACINES
3. INFLUENCE DE LA MODALITE DE LA PARCELLE ET DE LA PROFONDEUR SUR LES QUALITES PHYSIQUES DU SOL
4. INFILTROMETRIE
5. CONCLUSION
Télécharger le rapport complet
