Stock de carbone et d’azote dans le sol

Carbone et productivité des cultures

Le carbone organique des sols est le constituant principal de la matière organique du sol qui joue un rôle fondamental dans le comportement global des sols et des agroécosystèmes qu’ils supportent : qualités physiques des sols, stimulation de l’activité biologique des sols, stockage et mise à disposition de l’eau et des nutriments pour les plantes, régulation des polluants. Ainsi, la teneur en carbone organique des sols est généralement considérée comme l’indicateur principal de la qualité des sols, à la fois pour leurs fonctions agricoles et environnementales. Les stocks de carbone et les rendements des cultures sont positivement corrélés. En effet, plusieurs études ont montré que le maintien ou l’augmentation des stocks ce carbone des sols peut soutenir les rendements des cultures des sols tropicaux (Bekunda et al., 1997; Bationo et al., 2007). Cependant, les rendements de cultures n’augmentent pas de manière linéaire avec les stocks de carbone des sols compte tenu des apports organiques qui peuvent être rapidement minéralisés (Roussel et al., 2001). Les expériences de longue durée menées en Afrique sub-saharienne ont montré très peu d’augmentation du stock de C du sol avec les apports de matière organique d’origine animale (fumier), mais une augmentation des rendements des cultures (Guibert et al., 2007). En effet, les coefficients élevés de minéralisation de la matière organique limitent l’impact des apports organiques sur les stocks de carbone des sols.

Evolution du stock de carbone du sol sous culture après défriche

Les études ont montré de manière commune la baisse des stocks de carbone du sol avec la mise en culture (Siband, 1974; Pichot, 1981; Pieri, 1989; Deen and Kataki, 2003). Les stocks de carbone du sol dans les agro-systèmes tropicaux baissent fortement au cours des premières années qui suivent la défriche et l’équilibre n’est atteint qu’après une vingtaine d’années environ (Kintché et al., 2010). Les pratiques culturales et les conditions pédoclimatiques sont incontestablement les principales causes de la baisse des stocks de carbone des sols. Les sols labourés régulièrement voient leur stock de carbone diminuer à long terme, en rapport avec les conditions pédoclimatiques (Chatskikh et al., 2008; La Scala et al., 2008). En effet, le labour désagrège les particules de sol, réduit la protection des composés organiques labiles et rapidement assimilables vis-à-vis des attaques enzymatiques et augmente la porosité du sol, ce qui améliore la diffusion des gaz et l’accès à l’eau pour les micro-organismes décomposeurs (La Scala et al., 2008). Toutefois, les techniques de non labour et les restitutions des pailles favoriseraient une stabilisation voire une augmentation des stocks de carbone des sols (Paustian et al., 2000; Six et al., 2002; Bernoux et al., 2006). Ces effets sont liés à la diminution de la perturbation du sol et la formation de macro-agrégats stables qui protègent les particules de matière organique du sol des attaques microbiennes.

Respiration du sol

La respiration du sol correspond aux flux de CO2 émis par les sols vers l’atmosphère. Ce flux provient à la fois de la respiration des racines vivantes et de la flore rhizosphérique (respiration autotrophe) et de la décomposition de la matière organique du sol par les microorganismes (respiration hétérotrophe), voir Figure 3. Le CO2 produit par ces deux types de respiration dans le sol est ensuite diffusé dans les pores du sol, pour être émis dans l’atmosphère. La respiration du sol joue un rôle important dans le cycle global du carbone.Les contributions respectives des composantes de respiration hétérotrophe et autotrophe peuvent varier de manière importante. Dans une synthèse de 51 articles publiés, Hanson et al. (2000) ont reporté une contribution de la respiration racinaire, en moyenne de 48% et, ils montrent une variation de 10 à 90%, en fonction du type de végétation et la saison de l’année. La contribution des racines présente une variabilité saisonnière avec de faibles valeurs au cours de la période de la saison de dormance, et augmente de façon spectaculaire au cours des saisons de croissance. De même, la respiration hétérotrophe représente entre 50 et 100% de la respiration du sol (Bond‐Lamberty et al., 2004). Mes travaux de thèse sont focalisés sur la décomposition de la matière organique du sol par les microorganismes du sol. Cette respiration hétérotrophe est liée essentiellement à la disponibilité du carbone du sol et à des facteurs environnementaux (température et humidité du sol et cycles humectation-dessiccation).

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Table des matières

DEDICACE
REMERCIEMENTS
RESUME
ABSTRACT
TABLE DES MATIERES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
SIGLES ET ABREVIATIONS
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1: ETAT DE L’ART
1.1 Stock de carbone et d’azote dans le sol
1.1.1 Le sol réservoir de carbone
1.1.2 Cycle du carbone dans l’écosystème terrestre
1.1.3 L’azote dans le sol
1.2 Carbone et productivité des cultures
1.3 Evolution du stock de carbone du sol sous culture après défriche
1.4 Respiration du sol 2
1.4.1 Définition
1.4.2 Les respirations autotrophes et hétérotrophes du sol
1.4.3 Déterminants de la respiration du sol
1.4.4 Variabilité temporelle et spatiale de la respiration du sol
1.5 Objectifs et stratégies de recherche
1.5.1 Hypothèses de travail
1.5.2 Objectifs
1.5.3 Approche
1.5.4 Plan de la thèse
CHAPITRE 2: MILIEU D’ETUDE
2.1 Situation géographique
2.2 Relief
2.3 Climat
2.4 Type de sols
2.5 Géologie
2.6 Caractéristiques des exploitations agricoles et pratiques culturales au Nord Cameroun
CHAPITRE 3: 24-HOUR VARIATION IN SOIL RESPIRATION AFTER A LONG DRY SEASON IN A SUDANO-SAHELIAN REGION
3.1 Introduction
3.2 Materials and Methods
3.2.1 Study area
3.2.2 Experimental design
3.2.3 Measurement of SR and environmental factors
3.2.4 Data analysis
3.3 Résulta
3.3.1 24-hour variation of SR, soil temperature and moisture
3.3.2 Polynomial functions
3.3.3 Robustness of the polynomial functions
3.3.4 Linear functions
3.3.5 Robustness of the linear functions
3.3.6 Effects on SR of soil temperature, soil moisture, and time of measurement
3.4 Discussion
3.4.1 24-hour variation of SR, soil temperature and moisture
3.4.2 Method for estimating the mean SR in the field
3.4.3 Effects on SR of soil temperature, soil moisture, and time of measurement
3.5 Conclusion
3.6 Acknowledgements
CHAPITRE 4: EFFECT OF BIOMASS MANAGEMENT REGIMES AND WETTINGDRYING CYCLES ON SOIL CARBON MINERALIZATION IN A SUDANOSAHELIAN REGION
4.1 Introduction
4.2 Materials and Methods
4.2.1 The site
4.2.2 Experimental design
4.2.3 Measuring the soil respiration and environmental factors
4.2.4 Statistical analyses
4.3 Results
4.3.1 Soil moisture content
4.3.2 Soil temperature
4.3.3 Carbon mineralization flush
4.3.4 Total carbon mineralization
4.3.5 Soil carbon content and stocks
4.4 Discussion
4.4.1 Carbon mineralization flush
4.4.2 Total carbon mineralization
4.4.3 Soil carbon stocks
4.5 Conclusion
4.6 Acknowledgements
CHAPITRE 5: WETTING-DRYING CYCLES ARE NOT INCREASING ORGANIC CARBON AND NITROGEN MINERALIZATION IN STRAW AMENDED SOILS IN SUDANO-SAHELIAN CONTEXT
5.1 Introduction
5.2 Matériels et Méthodes
5.2.1 Description du site et échantillonnage
5.2.2 Incubations de laboratoire
5.2.3 Détermination C et N minéralisé
5.2.4 Analyses statistiques
5.3 Résultats
5.3.1 Minéralisation du carbone dans les différents traitements
5.3.2 Minéralisation de l’azote dans les différents traitements
5.4 Discussion
5.4.1 Minéralisation du carbone dans les différents traitements
5.4.2 Minéralisation de l’azote dans les différents traitements
5.5 Conclusion
5.6 Remerciements
CHAPITRE 6: DISCUSSION GENERALE
6.1 Impact des cycles humectation-dessiccation sur la minéralisation du carbone et de l’azote des sols
6.2 Impact des modes de gestion de la biomasse sur sur la minéralisation du carbone et de l’azote des sols
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
Conclusion générale
Perspectives
REFERENCES
ANNEXES