Stabilisation de la structure d'un sol limoneux avec apports de compost d'origine urbaine : la relation avec leurs caractéristiques de matière organique. L’effet du compost sur l’étanchéité de la surface d’un lit de semence sera d’abord étudié sous pluie simulée (chapitre 6).
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
La structure du sol, composante majeure de la fertilité des sols
- Définitions
- Structure du sol
- Hiérarchisation de la structure
- Stabilité de la structure
- Lien entre la structure et les autres propriétés d’un sol
- Conséquences de la dégradation de la structure du sol
La notion de hiérarchie de structure des sols repose donc sur la répartition des agrégats telle que révélée après leur destruction. La structure du sol est une propriété fondamentale d'un sol puisqu'elle conditionne plusieurs autres propriétés (Tableau I-1).
Agents et mécanismes de l’agrégation
- Agents Chimiques et biologiques
- Argiles
- Sesquioxydes métalliques
- Calcium
- Matières organiques
- Agents mécaniques
Les micro-organismes et leur activité sont également très impliqués dans le phénomène d'agrégation des sols (Lynch et Bragg, 1985). C'est pourquoi le rôle de la matière organique dans la formation et la stabilité de la structure du sol sera plus amplement analysé plus loin dans cette étude bibliographique (voir § 6).
Mécanismes et conséquences de la désagrégation
- Mécanismes de désagrégation
- Formation des croûtes de battance
- Erosion hydrique
L’érosion hydrique expose progressivement la surface du sol et entraîne une détérioration de la qualité du sol et des eaux de surface. Cela dépend essentiellement de la stabilité structurelle et des propriétés d’infiltration des horizons superficiels du sol.
Méthodes d’évaluation de la stabilité de la structure du sol
- Stabilité des microagrégats
- Stabilité des macroagrégats
- Influence des conditions de réalisation des tests
- Interprétation des tests de mesure de la stabilité des agrégats
- Choix d’une méthode
Amézketa (1999) différencie les méthodes d'étude de la stabilité des agrégats selon qu'elles visent à étudier le comportement des microagrégats ou la stabilité des macroagrégats. La plupart de ces méthodes d'évaluation de la stabilité des macrogranulats vis-à-vis de l'action de l'eau favorisent le phénomène d'éclatement lié au mouillage rapide des granulats et ne reflètent donc pas tous les mécanismes mis en jeu.
Méthodes d’évaluation de la formation des croûtes de battance
Sur le terrain, Boiffin (1984) a développé une méthode originale d'arpentage du territoire. Cette méthode a permis d'identifier trois faciès successifs de l'évolution de l'aspect de la surface terrestre.
Rôle des matières organiques dans la stabilité de la structure des sols
- Localisation et nature du carbone organique dans la structure du sol
- Lien entre teneurs en matière organique et stabilité de la structure dans les sols
- Nature des matières organiques actives dans la stabilisation de la structure du sol et mécanismes
- Mécanismes impliqués
- Rôle des matières organiques vivantes
- Rôle des matières organiques non vivantes
- Modèles reliant la matière organique à la structure du sol
Nature de la matière organique active dans la stabilisation de la structure du sol et mécanismes impliqués Structure du sol et mécanismes impliqués. La stabilité des agrégats est positivement corrélée à la biomasse microbienne totale du sol (Jastrow et Miller 1991 ; Sparling et al, 1992) (Tableaux I-7 et I-8).
Effet des produits résiduaires organiques sur les propriétés physiques des sols
- Les produits résiduaires organiques
- Apport de PRO et porosité du sol
- Effets des PRO sur les propriétés de rétention en eau des sols
- Réduction des phénomènes d’érosion après apport de PRO
- Effet des PRO sur la stabilité structurale
- Agents et mécanismes en jeu
- Indicateurs d’effet des produits résiduaires organiques sur la stabilité structurale
De nombreux résultats prouvent l’effet bénéfique des additifs PRO sur la stabilité de la structure du sol. Zone B : décomposition plus douce de la matière organique sur une durée plus longue avec un impact moins prononcé sur la stabilité structurelle, mais plus durable (environ un mois) (matière organique typique : paille).
Contexte français du recyclage des PRO en agriculture
Zone C : décomposition lente de la matière organique avec une augmentation progressive et faible de la stabilité structurelle mais qui se poursuit pendant plusieurs années (matière organique typique : fumier bien décomposé). Ce comportement typique a été confirmé par Abiven (2004) qui a également constaté que la décomposition de la matière organique exogène contribue à expliquer une grande partie de l'évolution de la stabilité structurelle du sol.
Compost et compostage
- Qu’est ce que le compostage
- Les déchets d’origine urbaine susceptibles d’être compostés
- Evolution des principales caractéristiques du compost au cours du compostage
- Evolution de la matière organique des composts au cours du compostage
- Stabilisation de la matière organique des composts au cours du compostage
- Evolution de la composition biochimique de la matière organique des composts au cours du compostage
- Evolution de la composition chimique de la matière organique des composts au cours du compostage : mise en
- Notion de maturité des composts
Evolution de la composition biochimique de la matière organique du compost lors du compostage au cours du compostage. La stabilité de la biodiversité des populations microbiennes du compost lors du compostage est un critère de maturité (Insam et al, 1996 ; Annabi, 2004).
Conclusion de l’étude bibliographique et objectifs du travail
Afin d'évaluer l'influence du degré de stabilité de la matière organique du compost sur leurs effets sur la stabilisation de la structure d'un sol argileux, des incubations de mélanges granulats de sol + compost sont réalisées. Durant ces incubations, on suit l'évolution de la stabilité des granulats ainsi que l'évolution des paramètres permettant d'expliquer l'impact des composts sur cette stabilité.
MATERIELS ET METHODES
Le dispositif au champ
Des ajouts de compost au chaume de blé ont été effectués en octobre 1998, septembre 2000 et septembre 2002 sur la base de la même quantité de carbone organique ajoutée dans les différents traitements. Les quantités exactes de carbone ajoutées à chaque traitement lors de chaque application sont illustrées dans le tableau II-2.
Les composts utilisés
- Présentation
- Evaluation du degré de maturité des composts
- Test d’auto-échauffement
- Test de respirométrie ou AT4
- Extractions des fractions humiques et fulviques
- Caractérisation physico-chimique des composts
- Caractérisation de la matière organique des composts
- Fractionnement biochimique de la matière organique des composts
- Identification des composés organiques constituant la matière organique des composts par pyrolyse
- Extraction des lipides
- Mouillabilité des composts
Nous déduisons la teneur en carbone de la fraction humus et humine : CAH = CAH+AF – CAF. En complément du dosage du carbone organique total du compost, une caractérisation plus approfondie de la matière organique du compost est réalisée sur compost sec broyé à 1 mm.
Effet des composts sur la stabilité d’agrégats de sol en conditions contrôlées
- Prélèvement des agrégats de sol
- Mise en place des incubations
- Suivi de la minéralisation du carbone organique au cours des incubations
- Mesure de la biomasse microbienne
- Evaluation de la biomasse fongique
- Extraction et dosage des polysaccharides extractibles à l’eau chaude
- Extraction et dosage des polysaccharides extractibles à l’acide dilué
- Mouillabilité des agrégats de sol après incubation
- Mesure de la stabilité des agrégats
Ce système nous permet d'avoir un angle de contact des deux côtés de la goutte d'eau. Les polysaccharides ainsi extraits sont mesurés par la même méthode que les polysaccharides extraits à l'eau chaude (Dubois et al, 1956).
Effet de la dose de compost apportée sur la stabilité structurale
79 Tableau II-7 : Quantités de compost BIOi et d'eau prévues pour la préparation de mélanges à doses croissantes de compost. L'effet du compost sur l'évolution de l'état de surface d'une masse de granulats sous pluie simulée.
Effet des composts sur l’évolution de l’état de surface d’un massif d’agrégats sous pluie simulée
- Préparation des massifs d’agrégats
- Pluie simulée
- Mesure de l’infiltration de l’eau
- Analyse des eaux infiltrées
- Matière en suspension
- Carbone organique en solution
Les cylindres sont perforés à leur base, permettant ainsi la récupération de l'eau ayant traversé la masse de granulats lors d'une pluie simulée. L’eau utilisée pour la simulation de pluie est soit de l’eau de pluie naturelle, collectée et filtrée, soit de l’eau osmosée.
Effet des composts sur la stabilité de la structure au champ
Effet des composts sur l’évolution de l’état de surface d’un lit de semence au champ
Analyses statistiques
CARACTERISTIQUES DES COMPOSTS UTILISES
- Maturité des composts
- Tests effectués sur produits frais
- Indicateurs évalués sur produits séchés et broyés
- Caractéristiques physico-chimiques des composts
- Caractéristiques de la matière organique des composts
- Fractionnement biochimique
- Pyrolyses
- Teneurs en polysaccharides
- Hydrophobicité des composts
- Teneurs en lipides
- Mesure de l’angle de contact
- Conclusion du chapitre III
La température d'incubation n'a pas d'effet significatif sur le développement de la biomasse microbienne en présence de compost mature. 134 Figure IV-19 : Evolution de la stabilité des granulats selon test de mouillage lent lors des incubations.
EFFICACITE DES COMPOSTS A STABILISER DES AGREGATS DE SOL : LIEN
Sol témoin non amendé
- Minéralisation du carbone organique
- Facteurs stabilisants
- Biomasse microbienne totale
- Biomasse fongique : teneur en ergostérol
- Polysaccharides extractibles à l’eau chaude
- Polysaccharides extractibles à l’acide dilué
- Hydrophobicité des agrégats
- Stabilité structurale
- Conclusion
L'intensité de la minéralisation du carbone organique du sol varie peu entre les deux séries d'incubation. Aucune différence significative n’a été observée entre les niveaux de biomasse microbienne entre les deux séries d’incubation.
En présence de composts
- Minéralisation du carbone organique des composts
- Facteurs stabilisants
- Biomasse microbienne totale
- Biomasse fongique : évolution des teneurs en ergostérol
- Evolution des teneurs en polysaccharides
- Hydrophobicité des agrégats
- Effet des composts sur la stabilité des agrégats de sol
- Test d’humectation rapide
- Test de désagrégation mécanique
- Test d’humectation lente
- Moyenne des trois tests
- Distribution des tailles des agrégats résultant des 3 tests
L’augmentation de la biomasse microbienne après ajout de compost immature est également significativement plus élevée à 4°C qu’à 28°C. En présence de compost immature à 28°C, la teneur en polysaccharides extractibles à l'eau chaude est significativement supérieure à celles mesurées dans le sol témoin seul.
Relation entre facteurs stabilisants et stabilité structurale
L'augmentation de la cohésion interne des agrégats est due au renforcement des liaisons entre les particules qui forment l'agrégat. 145 L'amélioration de la stabilité des agrégats lors des tests de mouillage rapide et lent est plus importante et plus rapide dans le compost immature que dans le compost mature.
Conclusion du chapitre IV
Ceci est sans doute le résultat de la grande stabilité des granulats humides face à l’action destructrice de la pluie. 181 généralement plus chargée en carbone organique que l'eau résultant des infiltrations de granulats humides.
INFLUENCE DE LA DOSE DE COMPOST APPORTEE SUR LA STABILITE
Minéralisation du carbone organique
La minéralisation du carbone organique, et donc la respiration microbienne, augmente avec la dose ajoutée de compost. Serra-Wittling (1995) ainsi que Tejada et Gonzalez (2002) ont également observé cette augmentation de la minéralisation du carbone à mesure que la quantité de compost ajoutée augmentait.
Biomasse microbienne totale
La seule dose qui ressort reste la dose la plus élevée (195 tC.ha-1), où seulement 26 % du carbone est minéralisé à la fin de l'incubation. Il apparaît donc que, quelle que soit la dose administrée (sauf la dernière dose la plus élevée), la minéralisation carbonée observée correspond au potentiel d'activité maximal de la microflore présente, et donc l'activité de minéralisation augmenterait proportionnellement à la dose de carbone disponible sans aucun facteur limitant. se produit. .
Biomasse fongique
157 Albiach et al (2001a) ont également observé une augmentation de la taille microbienne, de l'activité enzymatique et du mucilage microbien avec l'augmentation des doses de deux boues urbaines. L'apport de matière organique exogène entraîne une augmentation de la biomasse fongique lors des premiers stades de décomposition, puis le niveau de cette population diminue au fil du temps (Metzger et al, 1987, Roldan et al, 1994).
Stabilité des agrégats vis-à-vis de l’action destructive de l’eau
L'amélioration de la stabilité structurelle avec des doses croissantes de matière organique exogène a déjà été observée dans plusieurs études. Tiarks et al (1974) et Pagliai et al (1981) ont également montré une amélioration de la stabilité structurelle avec des doses croissantes de lisier et de boue respectivement.
Discussion
L’efficacité d’utilisation de la source de carbone caractérise la proportion de carbone utilisée pour la croissance microbienne par rapport au carbone utilisé qui est brûlé sous forme de CO2. À l’inverse, plus le quotient d’utilisation métabolique est élevé, plus l’efficacité de l’utilisation du carbone métabolisable pour la synthèse microbienne est faible ; une partie importante du carbone est alors libérée sous forme de CO2.
Conclusion du chapitre V
Les résultats de la distribution granulométrique des particules solides dans l'eau de percolation des granulats initialement humides sont donnés sur la Figure VI-2. Les résultats de répartition granulométrique des particules solides dans l'eau de percolation des granulats initialement secs sont donnés sur la Figure VI-3.
EFFETS DES COMPOSTS SUR LA STABILITE D’UN LIT DE SEMENCE
Observations visuelles de l’état de surface des agrégats
- Action des gouttes de pluie sur les agrégats humides
- Action des gouttes de pluie sur les agrégats secs
A la fin de la séquence de pluie et pour tous les traitements, une croûte de dépôt apparaît dans les microdépressions. De plus, l’inspection visuelle à la fin de la séquence de pluie des couches de granulats situées sous la surface montre des granulats intacts, qui seraient protégés par les couches de surface.
Suivi de l’infiltration de l’eau à travers les massifs d’agrégats
- Agrégats humides
- Agrégats secs
167 Les taux d'infiltration d'eau à la 160e minute de pluie sont donnés dans le Tableau VI-2. Le tableau VI-3 donne le taux moyen d'infiltration d'eau à travers les granulats exposés à la pluie à l'état sec pour différentes dates de mesures.
Qualité des eaux recueillies au cours des pluies simulées
- Charge en éléments en suspension
- Charges solides dans les eaux d’infiltration des agrégats humides
- Charges solides dans les eaux d’infiltration des agrégats secs
- Distribution de la taille des particules en suspension
- Eaux récoltées sous les agrégats humides
- Eaux récoltées sous les agrégats secs
- Carbone organique dans les eaux de percolation
- Eaux de percolation récupérées sous les agrégats humides
- Eaux de percolation récupérées sous les agrégats secs
171 Tableau VI-7 : Masse de particules en suspension dans l'eau de percolation obtenue à partir de granulats initialement secs (en g). 175 Tableau VI-8 : Quantités de carbone organique (en mg) dans les eaux de percolation obtenues sous granulats initialement humides.
Discussion
177 Avec des granulats initialement secs, l’infiltration globale diminue rapidement en raison de la dégradation rapide des granulats de surface. L’action des gouttes de pluie dans la décomposition des granulats humides se produit par l’érosion de la surface des granulats.
Conclusion du chapitre VI
Cela peut être dû à une solubilité accrue du carbone organique lors du séchage et/ou à des particules organiques du compost qui auraient migré dans le perméat. Cependant, une corrélation positive très significative (r= 0,60, p<0,001) est observée entre la teneur en carbone organique des eaux d'infiltration des granulats initialement humides et secs.
EFFET DES COMPOSTS SUR LA STABILITE STRUCTURALE ET LA
- Caractéristiques des produits résiduaires organiques épandus au champ
- Effet des produits organiques épandus au champ sur la stabilité des agrégats
- Stabilité des agrégats
- Discussion
- Effet des produits organiques épandus au champ sur la résistance à la battance du lit de semences
- Evolution de l’état de surface des lits de semence au fur et à mesure des épisodes pluvieux
- Discussion
- Conclusion du chapitre VII
L'effet de la sécheresse sur l'augmentation de la stabilité des agrégats a déjà été observé dans d'autres études (Caron et al, 1992 ; Schjonning et al, 1994). Les effets des changements climatiques (ou de toute pratique culturelle, en dehors des apports organiques) permettent une amélioration de la stabilité des granulats résistants aux contraintes de type.
CONCLUSIONS GENERALES ET PERSPECTIVES
