Relation entre qualité initiale des produits organiques et la minéralisation du carbone apporté. 135

Le pourcentage de sous-estimation de la cellulose par rapport à la méthode Van Soest (75 %) correspond avec l'erreur classique que les auteurs (Riquet, 1979 ; Jarrige et al., 1995) attribuent à la méthode Van Soest (+ 20%). Cette valeur est aussi proche de celle mesurée par une technique proche utilisant des cellulases (Trinsoutrot et al., 2004).

Ceci constitue une première étape d'une nouvelle méthode permettant de mesurer la teneur en cellulose dans les produits organiques. L'attaque enzymatique est une méthode prometteuse qui peut permettre de déterminer de façon précise et simple des compartiments importants des produits organiques. Par la suite, cette méthode pourrait d'une part être appliquée sur les produits organiques et dans le continuum produit organique + sol en cours de décomposition et d'autre part être étendue à d'autres caractéristiques comme la teneur en hémicellulose, en lignine ou d'autres composés.

4.2 Relations entre la qualité initiale des produits organiques et

136 Tr = (0.3221 x % Soluble NDF) – (0.7155 x % hémicellulose) + (0.6717 x % cellulose) + (1.8919 x % Lignine) + (0.0271 * % Mat. Minérales). Tr : Proportion de C restant dans le sol à long terme [Robin, 1997] (5)

% C min = 72.37 – 4.77 (Lignine / %N), 140 jours à 25°C [Kachaka et al., 1993] (6)

% C min = -14.09 + 1.1 Cellulose + 0.68 Soluble NDF + 0.25 Soluble 20°C, 168 jours à 15°C [Trinsoutrot et al., 2000] (7)

ISB = 2.112 – 0.02009 x Soluble NDF – 0.02378 x Hémicellulose + 0.00840 x Lignine – 0.02216 x Cellulose Weende, Indice de Stabilité Biologique, [Linères et Djakovitch, 1993] (8) Le tableau 15 présente les différentes évaluations de la minéralisation des produits en fonction de ces différentes équations. Les résultats sont comparés avec la minéralisation du carbone à la fin de l'incubation (plateau de minéralisation prédit par les différentes équations) ou au nombre de jours équivalent.

100-Tr Kachaka et al. Trinsoutrot et al. (1-ISB)% % C (61j - 70 j/ fin incub.)

CF 65.9 62.1 50.6 75 75.0 / 77.0

Pa 76.3 -12.4 47.2 88 71.7 / 77.7

FB 62.4 46.8 40.8 62 30.3 / 36.6

Co FB 46.8 35.2 34.4 39 -

Co Ec 40.3 29.6 44.7 39 18.8 / 27.3

Co DV 57.1 36.6 47.4 66 -

LB 75.9 44.1 28.0 39 -

CF x Pa 71.1 24.9 48.9 82 61.5 / 66.3

CF x FB 64.2 54.5 45.7 70 37.7 / 43.3

Tableau 15 : Prédiction de la minéralisation du carbone – les valeurs ont été recalculées pour correspondre à un pourcentage de minéralisation en % C-CO2 . C apporté^-1

Aucune des équations ne permet de prédire l'évolution de l'ensemble de la gamme des produits organiques. L'indice proposé par Robin (1997) permet de bien estimer le niveau de décomposition de la paille, mais sous estime la minéralisation du chou-fleur et surestime la minéralisation du FB et Co Ec. Pourtant, des effluents d'élevage et différents produits transformés faisaient partie de l'échantillonnage utilisé. Les équations de Kachaka et al.

(1993) étaient calculées à partir de résidus de coupes d'arbustes. La régression ne correspond

pas du tout à la minéralisation observée pour les résidus de culture et le fumier de bovin, en revanche, elle permet de bien prédire le comportement du Co Ec, composé en partie d'écorces de peuplier. L'équation proposée par Trinsoutrot et al., (2000) correspond à la minéralisation à 56 jours dans nos conditions d'incubation (normalisation des températures par la loi de Vant'Hoff). Elle sous estime la décomposition des résidus de culture, alors qu'elle était calculée pour ce genre de produit. L'indice ISB surestime la décomposabilité de tous les produits, sauf de CF qu'il prédit très bien.

Ces équations semblent difficiles à utiliser pour prédire l'évolution finale d'un produit.

Il semble en particulier qu'il soit difficile d'extrapoler au-delà de la gamme des produits utilisés, et que, même lorsque l'échantillonnage est large, la diversité des produits soit difficile à envisager. Ces différences sont aussi certainement liées à la difficulté de caractériser l'ensemble de la gamme des produits organiques disponibles en tant qu'amendement avec les méthodes classiques de description de la qualité.

Une autre façon d'appréhender la relation entre qualité initiale et minéralisation est d'utiliser des modèles dynamiques prenant en compte les mécanismes de décomposition de la MO via les micro-organismes du sol. Les résultats de simulation de la minéralisation du carbone avec le module de décomposition de la matière organique du modèle STICS (Nicolardot et al., 2001) sont présentés en annexe 3. Ce modèle inclus trois compartiments : le produit organique, la biomasse microbienne et la matière organique humifiée. Le paramétrage utilisé ici est le même que celui utilisé dans Nicolardot et al., (2001). La qualité initiale de la MO est considérée par le C/N du produit organique. Ce modèle a été paramétré pour des résidus de culture. On observe que le modèle a des difficultés à prédire la décomposition de l'ensemble de la gamme. Le C/N ne suffit donc pas pour prédire la minéralisation, même en prenant en compte des mécanismes plus précis de la décomposition.

Le lien entre caractéristiques initiales et minéralisation du carbone est donc difficile à réaliser. D'autres méthodes de caractérisation sont sans doute nécessaires pour améliorer la prédiction de la décomposition.

138 4.2.2 Relations entre qualité initiale des produits organiques et les dynamiques

des facteurs agrégeants biologiques

La teneur en polysaccharides extraits à l'eau chaude dans le sol au cours des incubations ne semble pas être particulièrement liée à la teneur initiale en polysaccharides ou en sucres solubles dans les produits initiaux. Les évolutions des teneurs dans les sols amendés avec le CF et Pa sont assez proches au début de la décomposition alors que les caractéristiques initiales de ces deux produits sont très différentes. Haynes et Francis (1993) proposaient que la majorité des polysaccharides extraits à l'eau provenaient des composés extracellulaires microbiens. Le modèle conceptuel proposé dans le chapitre 3 correspond aussi à cette hypothèse. Martens et Frankenberger (1992 a et b) suggéraient que l'apport de glucose seul stimulait l'activité microbienne, mais pas la synthèse de polysaccharides ayant un rôle agrégeant. Comme proposé précédemment, les polysaccharides actifs sur l'agrégation dépendent plutôt de la décomposabilité des substrats et de l'activité biologique qu'ils génèrent plutôt que de groupes de molécules précis.

La biomasse fongique est à la fois présente dans les groupes de micro-organismes à stratégies –r et –K (Hu et al., 1999). Ceci explique pourquoi on observe des évolutions de la longueur des hyphes à la fois au début de la décomposition, mais aussi plus tard dans le temps. Les champignons sont principalement responsables de la décomposition de la cellulose (Swift et al., 1979 ; Paul, 1992). Plusieurs auteurs ont constaté l'augmentation de la biomasse fongique suite à l'application de paille dans le sol (Allison et Killham, 1988 ; Sonnleitner et al., 2003). C'est aussi le cas dans notre étude. L'augmentation de la biomasse fongique observée pour le traitement FB que nous avons associé à l'augmentation de stabilité structurale peut aussi être liée à la présence de cellulose de paille dans l'effluent d'élevage. La lignine est aussi un substrat favorisant les champignons (Harvey et al., 1987 ; Hammel, 1997).

Caesar-Thon That et Cochran (2000) observaient une production de sucres insolubles agrégeants par des champignons décomposant de la lignine. Nous n'observons pas ce genre d'effet avec le Co Ec (riche en équivalent lignine et lignine mesurée par pyrolyse).

4.2.3 Relation entre caractérisation initiale des produits organiques et les