Diss.--Agricultural sciences--Göttingen--Georg-August University, 2002. / Bibliogr. p. 59-68.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 120-127. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

La durabilité des systèmes de rotation avec exportation de résidus de récolte ne peut être garantie que par des apports répétés des fumiers ou par l'introduction d'une prairie. Le premier objectif de cette étude visait donc l'évaluation des effets de 28 ans de fertilisation minérale, avec ou sans fumier, sur les propriétés du sol dans un système maïs-céréale avec exportation de résidus. Ainsi, la combinaison d'un labour annuel et d'un apport répété d'engrais minéraux pendant 28 ans a entraîné une détérioration de la structure et un appauvrissement en macroéléments du sol. Par contre, les apports annuels de fumier de bovins (20 t ha⁻¹) ont permis de maintenir à long terme la structure, la disponibilité de l'azote et les teneurs en macroéléments du sol. Sachant que l'azote est un élément déterminant du rendement, le deuxième objectif visait à évaluer les effets d'apport de fumier et de l'introduction d'une prairie dans une rotation maïs-céréale sur la capacité du sol à fournir de l'azote et sur le coefficient d'utilisation de l'engrais azoté. Ces deux pratiques ont permis d'augmenter la fourniture du sol en N jusqu'à 76 % du N total prélevé par le maïs fourrager, contre 34 % dans le sol recevant des engrais minéraux. Plus de 50 % de l'azote du fertilisant récupéré dans le sol entier à la récolte se trouvaient dans les macroagrégats (diamètre > 0,25 mm). En plus de l'azote du sol, d'autres propriétés du sol peuvent limiter les rendements. Le troisième objectif consistait à déterminer la variabilité du prélèvement en azote et du rendement en mais-fourrager expliquée en considérant plusieurs paramètres du sol simultanément, ou divers indicateurs de disponibilité de l'azote sur une base individuelle. Une analyse en composantes principales incluant 16 paramètres édaphiques a permis d'expliquer jusqu'à 90 % de la variabilité des rendements en maïs et des quantités de N prélevées en 2005, et jusqu'à 81 % de la variabilité en 2006. Les indices de disponibilité de l'azote du sol se sont révélés des indicateurs de premier ordre pour expliquer la variabilité des rendements en maïs, alors que les paramètres physiques du sol se sont avérés des indicateurs secondaires. Les quantités de NO3 extraites au KCI 2M et au CaC^ 0,01 M étaient les indicateurs qui ont expliqué à eux seuls 66 à 87 % de la variabilité du N prélevé et du rendement en maïs fourrager aucours des deux années d'expérimentation.

Les antibiotiques, notamment la chlorotétracycline (CTC), sont souvent utilisés dans la production animale à titre prophylactique et comme promoteurs de croissance. Cependant, les effets de la CTC sur la minéralisation de l'azote (N), plus particulièrement sur la production de nitrate (NO3), dans les sols agricoles amendés avec des composts de fumiers de ferme sont encore mal connus. En agriculture, la nitrification (i.e., production de nitrate) est un indicateur de l'état de la fertilité des sols agricoles. En général, les travaux portant sur les effets des antibiotiques sur les microorganismes du sol sont rares et parfois contradictoires. L'objectif de la présente étude était d'évaluer la minéralisation de N organique, plus particulièrement la production de NO3-N, dans deux sols agricoles de texture contrastante, un sol limono-argileux et un sol sableux, amendés avec deux composts à base de fumiers de bovins en présence et en l'absence de CTC. Les deux composts de fumiers de bovins contenaient de la paille (CP) ou des copeaux de bois (CB). La minéralisation de N a été évaluée en laboratoire durant une incubation aérobie de 160 jours, sous des conditions de température et d'humidité. Des échantillons de sols seuls ou mélangés avec trois doses de chaque compost sur une base de N total (0, 15,4 et 30,9 g CP/kg de sol ou 0, 12,5 et 25,0 g CB/kg de sol). Les doses de CTC étaient 0, 0,45 et 2,24 mg CTC/kg de substrat. Les traitements ont été répétés trois fois. L'essai d'incubation des sols en aérobie a montré que l'ajout des deux composts de fumiers de bovins (CB et CP) aux deux sols (limono-argileux et sableux) a engendré une augmentation des quantités de NO3-N en fonction du temps d'incubation. La production de NO3-N dans le substrat a été significativement affectée par le type de sol, le sol limono-argileux ayant produit une quantité de NO3-N plus élevée que le sol sableux. En termes de quantités nettes de NO3-N produites, c'est le compost pailleux (CP) qui a généré de quantités nettes de NO3-N les plus élevées durant les périodes d'incubation. Dans les conditions expérimentales utilisées et selon les résultats obtenus, il ressort que la minéralisation du N organique a été peu ou pas affectée par la présence de CTC dans les 11 substrats. D'une part, l'absence d'une période de latence et de ralentissement brutal de la nitrification et d'autre part, l'augmentation de la production de NO3-N avec le temps d'incubation dans l'ensemble des échantillons indiquent que les micro-organismes associés aux processus de minéralisation du N organique ont été peu ou pas affectés par les concentrations de CTC fraîchement ajoutées aux substrats. D'une manière générale, les résultats indiquent que la présence de CTC aurait tendance à abaisser légèrement les quantités de NO3-N produites dans l'ensemble des échantillons.

Une bonne gestion de l'azote (N) permet de limiter les risques environnementaux tout en maximisant la productivité du blé panifiable. Trois méthodes diagnostiques [l'indice de nutrition azoté (INA), le lecteur de chlorophylle (SPAD-502) et le test de nitrate (N-NO3) du sol] ont donc été évaluées. Des essais de fertilisation (0 à 200 kg N ha"1) se sont déroulés dans trois régions du Québec (Lanaudière, Montérégie et St-Jean-sur-Richelieu) en 2004 et en 2005. L'étude a permis de déterminer une courbe de teneur critique en N (Ncr = 40,37 MS"0'60) exprimée en fonction de la biomasse aérienne (MS). Cette courbe était différente de celle établie par Justes et coll. (1994) en France. L'INA, calculé à partir des valeurs Ncr, était relié au rendement relatif par une relation linéaire plateau décrivant trois classes de nutrition azotée : INA< 0,77 : rendement maximal non atteint; 0,77 < INA < 1 : réponse variable; INA > 1 : rendement maximal atteint. L'indice de chlorophylle absolu était relié positivement à l'INA, mais cette relation variait selon le site. Les valeurs normalisées de chlorophylle n'ont pas été étudiées, car des conditions de saturation en azote n'ont pu être maintenu dans les parcelles de saturation. La dose d'azote économiquement optimale (Nop) en post-levée était reliée à la teneur en nitrate (N-NO3) dans les sols mesurée avant la montaison [Nop = 92,4 - 3,18(N-N03)]. L'intégration de ces outils à la régie du blé panifiable pourrait permettre d'optimiser l'utilisation de l'azote

Les biosolides et les cendres de combustion de boues (CCB) constituent des sources importantes d’éléments nutritifs (particulièrement l’azote et/ou le phosphore). Bien que plusieurs auteurs aient étudié la disponibilité de ces éléments dans les biosolides, ces études se sont concentrées sur des produits spécifiques et réalisées dans des conditions expérimentales différentes, générant des résultats très diversifiés. Ainsi, il n’existe actuellement aucun modèle de prédiction de la disponibilité de ces éléments pour les cultures. Concernant les CCB, elles ont été largement caractérisées chimiquement au cours des dernières années, mais il existe très peu d'études sur la réponse des cultures à cette source de phosphore. Cette étude fournit des modèles de prédiction de la disponibilité de l’azote et du phosphore dans ces produits afin d’améliorer l'efficacité de leur recyclage agricole et éviter les risques environnementaux. Deux modèles d’évaluation et de classification de la biodisponibilité de l’azote et du phosphore dans les biosolides ont été élaborés à partir des données de la littérature scientifique nationale et internationale. Le potentiel fertilisant de 12 CCB provenant de monoincinérateurs situés au Canada et aux États-Unis a été également testé dans une expérimentation réalisée en serre en utilisant deux types de sol. Ensuite, la modélisation par la méthode de forêt aléatoire a été utilisée pour déterminer un indicateur de prédiction de la disponibilité du P dans les CCB. En fonction du rapport C/N, la disponibilité de l’azote dans les matières résiduelles fertilisantes a été classée en deux grands systèmes : un minéralisateur et un immobilisateur, pour un total de six sous-systèmes: i) forte minéralisation : coefficient d’efficacité relative de l’azote (CERN) de +66% et C/N≤5, ii) minéralisation moyenne : CERN de +33% et 5<C/N≤16, iii) faible minéralisation : CERN de +9% et 16<C/N≤38, iv) faible immobilisation : CERN de -9% et 38<C/N≤90, v) immobilisation moyenne : CERN de -27% et 90<C/N≤140, vi) forte immobilisation : CERN de -55% et C/N>140. En fonction de la concentration molaire total en aluminium et en fer, la disponibilité du phosphore dans les biosolides a été divisée en 4 classes de disponibilité: i) très élevée (230-400 mmol kg-1), ii) élevée (401-1100 mmol kg-1), iii) moyenne (1101-2800 mmol kg-1) et iv) faible (2801-5132 mmol kg-1). Suite à l'application des CCB, l'augmentation de la biomasse aérienne du ray-grass par rapport au témoin varie de 4-29% et de 15-59% dans les sols argileux et loam sableux, respectivement. Cette augmentation est en moyenne 40% inférieure à celle du triple super phosphate (TSP) pour les deux types de sols. Les plus grandes augmentations de biomasse ont été obtenues pour les CCB ayant un pourcentage de solubilité du P (PSP) ≥ 54%. Un comportement similaire a été observé pour le prélèvement du P par la plante avec des augmentations maximales de 26% et de 165% pour le sol argileux et loam sableux, respectivement. Suite à l'application des CCB, l’augmentation de la biomasse et du prélèvement en P est supérieure à celle du phosphate naturel (PN) dans le sol argileux, mais similaire dans le sol loam sableux. La modélisation par la méthode de forêt aléatoire montre que l’extraction à l’oxalate est un indicateur pratique de prédiction de la disponibilité du phosphore des CCB et que l’aluminium est le facteur influençant le plus cette disponibilité. / Biosolids and sludges incinerated ashes (SIA) are valuables sources of nutrients (N, P) and organics matter. During the last decades, a considerable amount of research has been done on biosolids nutrients availability after their application onto agricultural land. But these studies are focused on specific products and performed under different experimental conditions, generating very different results. Therefore, so far, no model has been proposed to predict nitrogen and phosphorus plant availability for biosolids land application. Although the chemical characterization of SIA has been widely examined, there are only a few studies regarding crop responses to this source of P. This study has generated prediction models to evaluate nitrogen and phosphorus plant availability in these products in order to improve their agricultural recycling and avoid environmental risks of pollution. Data were collected from national and international literature in order to design two models to assess and classify nitrogen and phosphorus availability in SIA. Twelve SIA from mono-incinerators located in Canada and the USA were tested for their fertilizing potential in a greenhouse experiment. Then, random forest modeling was used to find out an indicator of prediction of SIA phosphorus availability. Depending on the C/N ratio of non-composted by-products, six categories were defined. i) high mineralization: +66 % relative N effectiveness (RNE) and 5 ≤ C/N, ii) moderate mineralization: +33 % RNE and 5 < C/N ≤ 16, iii) low mineralization: +9 % RNE and 16 < C/N ≤ 38, iv) low immobilization: −9% RNE and 38 < C/N ≤ 90, v) moderate immobilization: −27 % RNE and 90 < C/N ≤ 140, and vi) high immobilization: −55 % RNE and C/N > 140. According to the total molar concentration of Al and Fe in biosolids, phosphorus availability were divided into 4 classes: i) very high (230-400 mmol kg-1), ii) high (401-1100 mmol kg-1), iii) medium (1101-2800 mmol kg-1), and, iv), and low (2801-5132 mmol kg-1). The biomass increases following an SIA application were as high as 29 % and 59 % more than the control for the sandy loam and clayey soil, respectively, but 40% less than for the triple super phosphate (TSP), for both soils. The ray-grass biomass and P uptake increases due to SIA applications were larger than those of rock phosphate (RP) application in the clayey soil, but similar to those in the sandy loam soil. A similar behavior was observed for P uptake, with a maximum increase of 26 % for the clayey soil, and 165 % for the sandy loam soil. The SIA with a PSP of ≥ 54% significantly increased soil available P stocks and saturation. The random forest modeling shows that oxalate extraction is a practical indicator of prediction of SIA phosphorus availability. Also, this modeling shows that SIA Al content is the most influent factor of this availability.