Couplage des cycles du carbone et de l'azote dans les sols cultivés: Etude, au champ, des processus de décomposition après apport de matière organique fraîche - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1996

Coupling of carbon and nitrogen cycles in cultivated soils. Study, in the field, of decomposition processes after the addition of fresh organic matter

Couplage des cycles du carbone et de l'azote dans les sols cultivés: Etude, au champ, des processus de décomposition après apport de matière organique fraîche

Celso Aita
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 976025

Résumé

Predicting the evolution of nitrogen transformations and nitrate transfers in the soil in the short term is necessary to manage crop nitrogen fertilization and limit nitrate pollution. A number of processes involved in the closely related carbon (C) and nitrogen (N) cycles during the decomposition of crop residues in the soil, which are already relatively well known under controlled conditions, need to be studied under field conditions. The objective of this work was to quantify the coupled transformations of C and N in a soil, after incorporation of wheat straw, in the absence of plants, on a one-year scale. The two treatments compared consisted of the addition or not of a wheat straw doubly labelled 13C-15N. The variables monitored were the C and N mineralization of the straw and their evolution in the soil, the dynamics of C and N incorporation in the microbial biomass and in the different granulometric fractions of the soil, and the gross N fluxes (mineralization and immobilization. Straw decomposition was very rapid immediately after incorporation. The evolution of 13C-straw quantities in the soil was described by a two-compartment model, each decomposing according to first order kinetics. Isotope tracing associated with particle size fractionation allowed the dynamics of 13C and 15N transfers from straw to the different soil particle size fractions to be followed. After one year, 23% of the 13C supplied was found in the soil, including 14% in the fraction < 50µm. A method was developed to analyse the C and N contents in the microbial biomass and their 13C and 15N isotopic excesses in the same sample. The amount of C and N-biomass increased significantly with the addition of straw. However, the amount of straw-derived C and N in this biomass represented only 4.5 and 18.1% of the supplied C and N, respectively. We demonstrate the value of a numerical compartmental analysis method for the simultaneous estimation of gross N fluxes. This measurement of gross mineralization and immobilization by 15N isotope tracing indicates that significant amounts of N are involved in the decomposition of straw carbon by heterotrophic soil microorganisms. This effect of straw on N fluxes was no longer perceptible one year after its incorporation into the soil and this is in agreement with the observations made on the evolution of microbial biomass and residual C in the soil. This work provides a database for testing C and N biotransformation models. A first comparison between measured and simulated values for mineralized C and gross N fluxes was carried out with the CANTIS model developed by Néel (1996)
La prédiction de l'évolution des transformations de l'azote et des transferts de nitrate dans le sol à court terme est nécessaire pour gérer la fertilisation azotée des cultures et limiter la pollution nitrique. Un certain nombre de processus intervenant sur les cycles étroitement liés du carbone (C) et de l'azote (N) pendant la décomposition des résidus de culture dans le sol, déjà relativement connus en conditions contrôlées, nécessitent d'être étudiés en conditions de plein champ. L'objectif de ce travail a été de quantifier les transformations couplées de C et N dans un sol, après incorporation de paille de blé, en absence de plante, à l'échelle d'une année. Les deux traitements comparés ont consisté en l'apport ou non d'une paille de blé doublement marquée 13C-15N. Les variables suivies ont été: la minéralisation de C et de N de la paille et leur évolution dans le sol, la dynamique d'incorporation de C et de N dans la biomasse microbienne et dans les différentes fractions granulométriques du sol, et les flux bruts d'azote (minéralisation et organisation) et leur évolution au cours du temps. La décomposition de la paille a été très rapide juste après incorporation. L'évolution des quantités de 13C-paille dans le sol a été décrite par un modèle à deux compartiments, chacun se décomposant selon une cinétique du premier ordre. Le traçage isotopique associé au fractionnement granulométrique a permis de suivre la dynamique des transferts du 13C et du 15N de la paille aux différentes fractions granulométriques du sol. Après une année, 23% du 13C apporté a été retrouvé dans le sol, dont 14% dans la fraction < à 50µm. Une méthode permettant d'analyser dans le même échantillon les teneurs de C et N dans la biomasse microbienne et leurs excès isotopiques 13C et 15N a été développée. La quantité de C et N-biomasse a augmenté significativement avec l'apport de paille. Cependant, la quantité de C et N dérivé de la paille dans cette biomasse n'a représenté que 4.5 et 18.1 % de C et N apporté, respectivement. Nous démontrons l'intérêt d'une méthode d'analyse compartimentale numérique pour l'estimation simultanée des flux bruts d'azote. Cette mesure de minéralisation et d'organisation brutes par traçage isotopique 15N, indique que des quantités importantes d'azote sont mises en jeu lors de la décomposition du carbone de la paille par les micro-organismes hétérotrophes du sol. Cet effet de la paille sur les flux d'azote n'est plus perceptible un an après son incorporation au sol et ceci est en accord avec les observations faites sur l'évolution de la biomasse microbienne et du C résiduel dans le sol. Ce travail constitue une base de données permettant de tester les modèles de biotransformations du C et N. Une première comparaison entre valeurs mesurées et simulées pour le C minéralisé et les flux bruts d'azote a été réalisée avec le modèle CANTIS développé par Néel (1996)
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Citer

Celso Aita. Couplage des cycles du carbone et de l'azote dans les sols cultivés: Etude, au champ, des processus de décomposition après apport de matière organique fraîche. Sciences de l'environnement. Université Pierre et Marie Curie - Paris 6, 1996. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03609120⟩
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