Les sols organiques cultivés de l'ouest de la Montérégie alimentent une grande part du secteur horticole de la province de Québec. Or, le drainage pour leur mise en culture les rend particulièrement vulnérables à la dégradation et aux pertes de sol. Des scientifiques présument que la moitié de leur dégradation s'expliquerait par l'érosion. Cependant, son intensité réelle est mal connue. Le présent projet de recherche réalisé dans le cadre de la maîtrise en sols et environnement présentait comme objectifs de quantifier l'érosion totale cumulée depuis 1963 en sols organiques cultivés et d'étudier la modulation de son intensité par des mesures de la redistribution spatiale du césium-137. Les taux d'érosion annuels obtenus varient de 0,4 à 8,8 t/ha, alors que ceux estimés initialement varient de 4,1 et 54,6 t/ha. Cependant, la valeur moyenne de 2,9 t/ha (avec un écart-type standard de 2,1 t/ha) obtenue était comparable à celle obtenue dans l'actuelle Étude sur l'état de santé des sols agricoles du Québec réalisée par l'IRDA qui était de 3,6 t/ha (avec un écart-type standard de 4,5 t/ha). Aucune différence significative entre les taux d'érosion annuels n'a pu être détectée au moyen d'analyses de la variance entre les groupes de champs à l'étude. De plus, les analyses comparatives entre les taux d'érosion des sols calculés à partir des teneurs résiduelles en césium-137 par rapport à ceux estimés à l'aide des différents paramètres physico-chimiques ne donnent pas de résultats significatifs. On peut émettre l'hypothèse que la part des pertes de sol par érosion serait plus importante que celle présumée au départ. De plus, plusieurs hypothèses sont avancées afin d'expliquer l'absence d'effet et de tendance significative détectée. Enfin, il semble qu'un nouveau modèle d'interprétation des inventaires de césium-137 en pertes de sol par érosion doive être développé pour les sols organiques cultivés et drainés. / The cultivated organic soils of western Montérégie supply a large part of the horticultural sector of the province of Quebec. However, drainage for their cultivation makes them particularly vulnerable to degradation and soil loss. Scientists assume that half of their degradation can be explained by erosion. However, its real intensity is poorly known. The present research project carried out within the framework of the master's degree in soils and environment presented as objectives to quantify the total cumulative erosion since 1963 in cultivated organic soils and to study the modulation of its intensity by measurements of the spatial redistribution of caesium-137. The annual erosion rates obtained vary from 0.4 to 8.8 t/ha, while those initially estimated vary from 4.1 to 54.6 t/ha. However, the average value of 2.9 t/ha (with a standard deviation of 2.1 t/ha) obtained was comparable to that obtained in the current Study on the Health of Agricultural Soils in Quebec carried out by the IRDA which was 3.6 t/ha (with a standard deviation of 4.5 t/ha). No significant difference between the annual erosion rates could be detected by means of analyzes of variance between the groups of fields under study. In addition, the comparative analyzes between the soil erosion rates calculated from the residual caesium-137 contents compared to those estimated using the various physico-chemical parameters do not yield significant results. It can be hypothesized that the share of soil loss by erosion would be greater than presumed initially. In addition, several hypotheses are put forward to explain the lack of effect and significant trend detected. Finally, it seems that a new model for interpreting caesium-137 inventories in soil loss by erosion must be developed for cultivated and drained organic soils.

La luzerne est l'un des fourrages les plus cultivés au Québec en raison de son bon potentiel de rendement et sa haute qualité nutritionnelle. Cette plante requiert des pratiques agronomiques axées sur le chaulage afin d'optimiser sa croissance et son rendement. L'objectif de cette étude était de déterminer les effets de neuf amendements calciques (CaCO₃ grossier, CaCO₃ moyen, CaCO₃ fin, Ca(OH)₂, chaux mixte 1, chaux mixte 2, chaux mixte 3, anhydrite et un mélange (CaCO₃ grossier et anhydrite)) sur une luzernière en établissement (site 1) et sur une luzernière en entretien (site 2). Des expériences se sont déroulées dans deux champs situées à Saint-Augustin-de-Desmaures (Québec) selon un plan de trois blocs complets randomisés. Les résultats du site 1 montrent que les amendements calciques n'ont aucun effet significatif sur la hauteur des plants, la lecture de l'indice chlorophyllien avec le compteur SPAD-502 et sur le rendement. Pour l'exportation foliaire, le soufre s'est révélé significatif avec un accroissement de 3% avec l'anhydrite et le mélange. Concernant le site 2, l'effet de la chaux mixte 1, s'est révélé significatif sur la hauteur de la luzerne. L'anhydrite, le mélange et la chaux mixte 3 ont montré un effet significatif sur la lecture chlorophyllienne avec SPAD-502 et le rendement. Pour l'exportation foliaire, le soufre s'est révélé significatif avec une augmentation de 13% avec l'anhydrite, le mélange et la chaux mixte 3. L'approche de Diagnostic de Composantes Nutritionnelles (CND) ont permis d'obtenir trois grandes classes de performance agronomique en termes de rendement et de CNDr² : classe hautement performante, performante et classe moins performante. En termes d'équilibre nutritif, nous avons obtenu 3 classes : classe hautement équilibrée, équilibrée et classe déséquilibrée. La présente étude nous a révélé que l'anhydrite, la chaux mixte 3 et le mélange ont un effet sur l'équilibre nutritif de la luzerne. Cette étude pourrait être poursuivie afin de valider les effets à long terme des traitements et de valider le CNDr² des indices de déséquilibre. / Alfalfa is a widely grown forage in Québec due to its good yield potential and high nutritional quality. It requires liming to optimize its growth and yield. The objective of this study was to determine the effects of nine calcium amendments on alfalfa under establishment (site 1) and maintenance (site 2). The calcium amendments used in this study were: coarse CaCO₃, medium CaCO₃, fine CaCO₃, Ca(OH)₂, mixed lime 1, mixed lime 2, mixed lime 3, anhydrite and a mixture of coarse CaCO₃ and anhydrite. The experiments took place in two fields, located in Saint-Augustin-de-Desmaures near Québec City, using three complete randomized blocks. The results from site 1 show that calcium amendments have no significant effects on plant height, SPAD-502 reading and yield. For foliar export, sulfur was found to be significant with an increase of 3% with anhydrite and blending. Regarding site 2, mixed lime 1 had a significant effect on alfalfa growth. Anhydrite, the mixture and mixed lime 3 showed a significant effect on SPAD-502 reading and yield. For foliar export, sulfur was found to be significant with an increase of 13% for anhydrite, mixture and mixed lime 3. The CND approach allowed us to define three major classes of agronomic performance for yield and CNDr²: high performance class, performance class and less efficient class. For nutrient balance, we developed three classes: highly balanced, balanced and unbalanced. The present study showed us that anhydrite, mixed lime 3 and the mixture have an effect on the nutrient balance of alfalfa. Further study could validate the long-term effects of the treatments and the CNDr² of the imbalance indices.

L'exploitation croissante de pétrole non conventionnel du bitume de l'Alberta (Canada) a soulevé des préoccupations majeures environnementales, car ce type de pétrole est intrinsèquement différents des pétroles conventionnels. Les études précédentes se sont principalement concentrées sur le bitume dilué, mais le pétrole brut synthétique, aussi connu sous le nom de "synthetic crude oil" ou "SCO", qui prend 35 % de part de marché des pétroles de bitume, n'a pas été bien étudié. Il y a actuellement très peu d'information sur la charge des contaminants dans le SCO, les techniques efficaces de décontamination après déversement, et les facteurs qui sont déterminants pour la réussite de la biorestauration. À cet égard, le but de cette étude est de développer ces connaissances en utilisant des microcosmes de sol dans des conditions de laboratoire. Premièrement, nous avons caractérisé les contaminants d'HAP qui viennent du SCO. Le résultat d'analyse du sol contaminé par le SCO (le Sol-SCO) nous a démontré qu'il y a une différence marquée sur l'abondance relative des HAP entre un sol contaminé avec SCO et un sol contaminé du pétrole conventionnel de "Texas-crude" (le Sol-Texas). Le Sol-SCO contient une fraction significativement plus élevée d'HAP lourds (avec 3 à 6 anneaux) que le Sol-Texas. Les deux sols ont été également caractérisés par des taux de perte de HAP contrastés, ce qui est causé probablement par leurs compositions différentes. Cela soulève des inquiétudes quant à l'efficacité des méthodes de décontamination actuelles, car elles ont été développées originairement pour le pétrole conventionnel. À cet effet, nous avons évalué les potentiels de divers traitements pour le Sol-SCO, tels que l'atténuation naturelle (NA), l'ajout de boue d'épuration (S), l'inoculation de champignon (F), la plantation de graminées (P) et leurs combinaisons (S-F, S-P, F-P, et S-F-P). En suivant le taux de perte d'HAP (y compris les HAP alkylés et 16 HAP prioritaires de l'EPA), nous avons trouvé que tous les traitements sont très efficaces avec au moins 80 % de perte d'HAP après 60 jours. Cependant, les taux de perte d'HAP sont distincts entre les HAP légers ( ≤ 3 anneaux, ~ 96 % de perte moyenne) et les HAP lourds (4 à 6 anneaux, ~ 29 % de perte moyenne). Nous avons également observé que le traitement S-P a atteint les meilleurs résultats au niveau de la concentration d'HAP qui demeurent dans le sol post-traité (0,10 ± 0,02 mg•kg⁻¹ pour une concentration initiale de 0,29 ± 0,12 mg•kg⁻¹). Afin de trouver les facteurs qui ont donné ces meilleurs résultats liés avec les traitements avec la boue (notamment le S et le S-P), nous avons étudié les structures communautaires des bactéries. Le résultat a démontré qu'il n'y a pas de changement significatif au niveau de la structure de microbiome entre les traitements. Cependant, en intégrant toutes les données ensemble (les taxa de bactérie, les concentrations d'HAP, le niveau de CO₂ de sol, et l'humidité de sol), nous avons observé que les traitements se différencient en trois groupes - - le Cluster de plante, le Cluster de microorganisme, et le Cluster de contrôle. L'analyse de multi-facteurs (MFA) a démontré que ces changements sont fortement contribués par l'application de la boue et la plantation. Le MFA aussi a montré que la plupart des bactéries sont corrélées avec les HAP alkylés (tels que le 1-méthylphénanthrène, le 2-éthylanthracène, le 3-éthylphénanthrène et le 4-butylbenzothiophène) au lieu des HAP non-alkylés qui sont suivants choisis comme les cibles de l'étude environnementale. Cela implique que, en comparant avec les HAP non-alkylés, les bactéries métabolisaient principalement les HAP alkylés dans nos sols. Donc on suggère que les études futures pour la biorestauration des HAP devraient inclure plus de HAP alkylés dans leurs cibles d'analyse afin d'évider d'avoir du biais potentiellement important. En conclusion, notre étude a démontré que les traitements avec la boue d'épuration sont capables de mieux réduire la contamination d'HAP de SCO (comparativement aux autres traitements) dans le sol. Cette observation suggère que ces techniques pourraient être des bons candidats pour les recherches futures sur la biorestauration. Cependant, une attention particulière est nécessaire pour choisir l'environnement d'application, car des facteurs tels que l'humidité, le CO₂ et la concentration d'HAP auraient des impacts significatifs sur les activités microbiennes.

Thèse en cotutelle : « Université Laval, Québec, Canada et Université de Bordeaux, Talence, France. » / La disponibilité du phosphore (P) du sol pour les plantes cultivées (phytodisponibilité) est au centre d'enjeux agronomiques (production agricole, raisonnement de la fertilisation) et environnementaux (eutrophisation, pénurie des réserves mondiales) importants. Le phosphore (P) total du sol est à 30-40% sous forme de composés organiques (POS) dans la couche labourée. La minéralisation du POS est peu connue, alors même que ce processus pourrait contribuer à la phytodisponibilité du P du sol et ainsi à la nutrition phosphatée des plantes cultivées. L'objectif de cette thèse est de chiffrer la minéralisation à long-terme du POS dans les conditions du champ et d'en identifier les facteurs de contrôle (e.g. spéciation du POS, propriétés du sol, conditions climatiques). Pour répondre à ces questions, quatre dispositifs expérimentaux de longue durée (LTFE) ont été utilisés, deux appartenant au réseau des LTFE de l'INRAE sur la fertilisation minérale et les deux autres à l'observatoire de recherche en environnement sur les produits résiduaires organiques (SOERE-PRO). Ils ont été sélectionnés pour couvrir une diversité de situations agropédoclimatiques. L'hypothèse sous-jacente associée est que la nature (superphosphate, composts urbains, boues de STEP, fumier de vache) et la dose (entre 0 et 112 kg P ha⁻¹ an⁻¹) des apports d'engrais, la gestion des résidus de culture, le type de sols, les conditions climatiques, la succession culturale, pourraient affecter la vitesse de minéralisation du POS (Vm-POS). De plus, les bases de données des séries chronologiques de mesures sur les cultures et les sols de ces essais sont complètes, et les échantillons de terre régulièrement échantillonnés ont été stockés. Cela a permis de déterminer les évolutions des teneurs en POS et en P inorganique du sol (PIS) pendant plusieurs décennies, ainsi que le cumul du budget phosphaté des parcelles (Bcum = Σ (P apporté - P exporté dans les récoltes)). Vm-POS a été calculée à l'aide du modèle bi-compartimental de Hénin and Dupuis (1945). Ce modèle décrit l'évolution annuelle du stock de POS en fonction de sa minéralisation et de l'incorporation de P au POS par la décomposition des résidus de culture et des PRO. Dans deux des quatre LTFE, la spéciation du POS et du PIS a été déterminée par résonance magnétique nucléaire du P dans des solutions NaOH-EDTA (RMN-P). Le stock initial de POS varie considérablement entre les essais de 368 à 1145 kg ha⁻¹. En moyenne des essais et traitements, 3.2 kg P ha⁻¹ an⁻¹ de résidus aériens et racinaires post-récolte ont été incorporés au stock de POS pour 10.9 kg P ha⁻¹ an⁻¹ libérés dans la solution du sol. Pour les PRO, l'apport de P varie considérablement de 24 à 112 kg P ha⁻¹ an⁻¹ (moyenne 32.4) selon le mode de raisonnement (soit 2 t C-PRO ha⁻¹ an⁻¹, soit 170 kg N-PRO ha⁻¹ tous les deux ans) et du rapport C/P et N/P. En moyenne, 5.5 kg P ha⁻¹ an⁻¹ ont été incorporés au POS et 26.9 kg P ha⁻¹ an⁻¹ libérés dans la solution de sol. Vm-POS est comprise entre 1.7 et 11.2 kg P ha⁻¹ an⁻¹ (5.1 en moyenne soit 0.8% du stock de POS) avec un temps de résidence compris entre 56 et 227 ans. Les résultats de RMN-P indique que le POS est majoritairement sous forme d'orthophosphate monoesters, les inositolhexakisphosphates (IHP) y étant prédominants. Les faibles valeurs de Vm-POS pourraient être expliquées par la présence des IHP, connus pour s'associer fortement avec la phase solide du sol, et par une concentration élevée d'ions phosphates en solution, qui pourrait inhiber la catalyse enzymatique des IHP. Malgré des valeurs de Bcum très différentes (de -724 à +1830 kg P ha⁻¹ pour l'un des essais), le stock de POS est invariant dans tous les LTFE, alors que, au contraire, le stock de PIS change strictement en fonction des valeurs de Bcum. En conclusion, ce travail de thèse indique que Vm-POS est faible, bien que variable entre les quatre LTFE. Elle varie proportionnellement au stock de POS mais les déterminants de ce stock et du cœfficient de minéralisation n'ont pu être clairement identifiés, probablement par manque de situations analysées. Ce flux contribue à alimenter marginalement le compartiment de P phytodisponible du sol, par rapport au processus de diffusion des ions phosphate à l'interface solide-solution. / Total phosphorus (P) in the plough layer of cropped soils is at 30-40% in the form of organic compounds (SOP). Little is known about SOP mineralization, even though this process may significantly contribute to the soil plant-available P and therefore to the P nutrition of cropped plants. The objective of this thesis is to quantify the long-term mineralization of SOP under field conditions and to identify its driving factors (SOP speciation, soil properties, climatic conditions). To answer these questions, four long-term field experiment (LTFE) were selected, two belonging to the INRAE LTFE network on mineral fertilization and the other two to the Observatory of Environmental Research on Organic Waste Products, i.e. OWP (SOERE-PRO). They were selected to cover a diversity of agropedoclimatic situations. The underlying hypothesis is that the nature (superphosphate, urban composts, urban sewage sludge, cattle manure) and the fertilization P dose (between 0 and 112 kg P ha⁻¹ yr⁻¹), crop residue management, soil classification, climatic conditions, and crop succession, affect the SOP mineralization rate. In addition, the time-series databases of crop and soil measurements from these trials are complete, and the soil were regularly sampled and stored. This allowed determining changes in soil SOP and inorganic P (SIP) levels over several decades, as well as the plot cumulative P budget (Bcum = Σ(P supplied - P exported in crops)). The SOP mineralization rate was calculated using the bi-compartmental model of Hénin and Dupuis (1945). This model describes the annual evolution of the SOP stock as a function of its mineralization and the incorporation of P into the SOP through the decomposition of crop residues and OWP. In two of the four LTFE, the speciation of SOP and SIP was determined by nuclear magnetic resonance of P in NaOH-EDTA solutions (P-NMR). The initial SOP stock varied considerably among the trials from 368 to 1145 kg ha⁻¹. On average across trials and treatments, 3.2 kg P ha⁻¹yr⁻¹ of post-harvest aerial and root residues were incorporated into the SOP stock for 10.9 kg P ha⁻¹yr⁻¹ released into the soil solution. For OWP, P input varied considerably from 24 to 112 kg P ha⁻¹yr⁻¹ (mean 32.4) depending on the reasoning (i.e. 2 t C-OWP ha⁻¹yr⁻¹ or 170 kg N-OWP ha⁻¹ every two years) and the C/P and N/P ratio. On average, 5.5 kg P ha⁻¹yr⁻¹ was incorporated into the SOP and 26.9 kg P ha⁻¹yr⁻¹ was released into the soil solution. The SOP mineralization rates ranged from 1.7 to 11.2 kg P ha⁻¹ yr⁻¹ (5.1 on average or 0.8% of the SOP stock) with a residence time ranging from 56 to 227 yrs. The P-NMR results indicate that the SOP is predominantly in the form of orthophosphate monoesters, in which inositolhexakisphosphates (IHP) are the main compounds. The low SOP mineralization values could be explained by the presence of IHP, which are known strongly interact with the soil solid phase, and by a high concentration of phosphate ions in soil solution, which could inhibit the enzymatic catalysis of IHP. Despite very different Bcum values (between -724 and +1830 kg P ha⁻¹ for one of the trials), the SOP stock is constant in all LTFE while, on the contrary, the SIP stock changes strictly according to Bcum values. In conclusion, this thesis indicates that SOP mineralization is low, although variable among the four LTFE. It varies proportionally to the SOP stock but the drivers of this stock and of the mineralization coefficient could not be clearly identified, probably due to the scarcity of analyzed situations. This mineralization flux contributes marginally to the soil plant-available P, compared to the diffusion mechanism of phosphate ions at the solid-to-solution interface.

L'étude menée dans cette thèse avait pour but de développer et d'approfondir nos connaissances sur la relation entre le mouvement diffusif des gaz dans le sol et certaines propriétés physiques du sol, à trois niveaux d'observations : micro-, méso- et macroéchelle. À cette fin, cinq objectifs ont été définis : (1) micro-échelle - mise en évidence de la relation entre la porosité du sol, décrite par des paramètres multi-fractals et calculée sur des images de systèmes porals en 3-D obtenues de données CT scan (tomodensitométrie assistée par ordinateur), et la diffusion des gaz mesurée en laboratoire à méso-échelle; (2) méso-échelle - mesures sur des colonnes de sol en laboratoire des coefficients de diffusion relatifs des gaz dans le sol (Dc/D0) et sélection d'un modèle de prédiction optimal basé sur des caractéristiques physiques du sol; (3) macro-échelle - mise en application du modèle de prédiction de Ds/D0 par une analyse temporelle des patrons de distribution spatiale multi-échelles de Ds/D0 en sol agricole; (4) multi-échelle - intégration de DJD0 et de sa relation avec les paramètres physiques des sols agricoles décrivant la porosité aux trois niveaux d'observations; (5) macro-échelle - application concrète du transfert d'échelle (méso à macro) par une approche simple permettant d'estimer l'oxydation du méthane dans un sol de recouvrement de site d'enfouissement. Les résultats ont montré que : (1) à micro-échelle, il existe une forte corrélation entre Ds/D0 et certains paramètres multi-fractals décrivant la porosité du sol. Une loi de puissance d'ordre deux serait applicable comme relation d'échelle de Ds/D0. (2) À mésoéchelle, le modèle de Millington et Quirk (1961), aussi une loi de puissance, s'avère être le plus performant pour les sols agricoles et le sol de recouvrement de site d'enfouissement. (3) À macro-échelle, ce modèle permet l'analyse de la variabilité spatio-temporelle de Dç/Do à l'échelle d'un champ. Cela a révélé une variabilité spatiale élevée de Ds/D0, dépendante de la distance dans le champ, et dont la structure spatiale se maintient au cours d'une saison de croissance. (4) L'intégration de ces trois échelles a permis d'esquisser un pont empirique entre certaines propriétés physiques du sol et Ds/D0 sur trois niveaux d'observations. (5) Une approche simple a pu être validée à macro-échelle où ce modèle de prédiction de Ds/D0 s'est avéré adéquat pour estimer l'oxydation du méthane à partir de propriétés physiques du sol faciles à mesurer.

Les sols organiques sont très productifs et leurs propriétés physiques et chimiques permettent de cultiver des denrées de grande qualité à fort volume. Malheureusement, la qualité des sols organiques et les propriétés qui les rendent si productifs se dégradent rapidement, et ce dès leur mise en culture. Afin de préserver le potentiel agronomique de ces sols, des mesures de protection et de conservation des sols sont à l’étude. Parmi celles-ci, l’apport de biomasse végétale broyée est envisagé afin de ralentir ou de stabiliser les pertes de sols et de maintenir les propriétés physiques de ces sols. Cette méthode est à l’étude avec un dispositif expérimental établi enserre. Deux types de biomasses (miscanthus et saule) à des doses de 15 et 30 t/ha ont été appliqués sur un sol organique affaissé. Quatre mélanges de fibre ayant des tailles variant de5 à 45 mm ont été testés. L’effet des traitements a été étudié sur trois cycles de production successifs de légumes feuilles (épinard, roquette, épinard). Une réduction notable des rendements de la culture avec la dose de biomasse apportée a été obtenue lors du premier cycle de production. Une chute de rendement d’environ 60% a été observée pour les cultures ayant reçu une dose de 30t/ha d’amendement. Aucune fluctuation significative des rendements n’a été notée au deuxième cycle, contrairement au troisième cycle où les rendements ont sensiblement augmenté pour les traitements ayant reçu une dose d’amendement de 30 t/ha. Les différentes mesures prises pour évaluer les propriétés du sol après les trois cycles de culture ne révèlent aucun changement notable des propriétés physiques ou hydrauliques du sol à la suite des applications de biomasse. Des variations significatives de certaines propriétés chimiques ont été obtenues, mais ne permettent pas d’expliquer de façon claire les effets des traitements sur les rendements. L’apport de biomasse est une méthode prometteuse qui nécessite certaines études plus approfondies afin de comprendre les effets observés. / Organic soils are very productive, and their physical and chemical properties allow for the cultivation of high quality, high-volume foodstuffs. Unfortunately, the quality of organic soils and the physical properties that make them so productive quickly deteriorate as soon as they are drained for cultivation. In order to preserve the agronomic potential of these soils, soil protection and conservation measures are being studied. Among these, the addition of crushed plant biomass is considered to help slow down or stabilize soil losses and maintain physical properties of these soils. This method was studied in a greenhouse experimental design. Two types of biomass (miscanthus and willow) at rates of 15 and 30 t/ha were applied to a collapsed organic soil. Four fibre length mixtures ranging from 5 to 45 mm were studied on three cycles of leafy vegetables (spinach, rocket, spinach). A significant reduction in crop yields with increasing biomass dose was noted for the first production cycle. No significant yield fluctuations were noted in the second cycle, in contrast to the third one, where yields increased significantly for treatments with an amendment rate of 30 t/ha. The various measurements taken at the end of the three production cycles to evaluate soil properties did not reveal any significant improvement in the physical or hydraulic properties of the soils following biomass applications. Significant variations were obtained for some chemical characteristics measured, with no clear results to help explain the yield variations obtained. Biomass amendment is a promising method that requires more studies in order to understand the processes involved.

Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada et Institut national supérieur des sciences agronomiques, agroalimentaires, horticoles et du paysage Rennes, France / L'objectif de cette étude était de comparer le rendement des cultures (maïs, soya, blé) et l'impact environnemental (santé du sol et stockage de C et de N) de 20 itinéraires techniques combinant le type de travail du sol (travail réduit, labour), la gestion des résidus de culture (récoltés ou retournés au sol) et cinq différentes sources fertilisantes(organiques et minérales) sur deux sols à texture contrastée (loam sableux et argile limoneuse) sur une période de neuf ans. Après une période de transition de six ans, les rendements sous travail réduit étaient de 8 à 30 % supérieurs qu'avec le labour dans l'argile limoneuse. Dans le loam sableux, l'effet du travail réduit variait (-20 à 13 %), principalement en fonction de la culture et de l'année. La concentration en C organique du sol, la biomasse microbienne et le diamètre moyen pondéré des agrégats dans les 10 premiers centimètres de sol étaient de 14 à 58 % plus élevés dans le travail réduit que dans le labour, mais le travail réduit du sol n'a eu aucun effet sur les stocks de C et de N lorsque tout le profil était considéré (0-60 cm). Les engrais de ferme permettaient d'obtenir des rendements semblables à l'engrais minéral dans le blé et ont même eu un arrière-effet positif sur le rendement du soya dans le loam sableux. Cependant, dans le maïs, les écarts de rendement observés entre l'engrais minéral et les engrais de ferme étaient parfois très importants, mais aussi très variables (0 à -38 %), en fonction des conditions météorologiques de la saison de croissance. Parmi les engrais de ferme, le lisier de porc donnait généralement de meilleurs rendements, mais le lisier de bovin et le fumier de volaille avaient des effets positifs plus marqués sur les indicateurs de santé du sol en surface. Le lisier de bovin et le fumier de volaille favorisaient l'accumulation de C et de N dans la fraction lourde et grossière de la matière organique (coarse-MAOM) des sols à l'étude. Dans l'argile limoneuse, le lisier de bovin et le fumier de volaille ont également permis l'accumulation de C et de N organique dans la fraction fine et stable de la matière organique du sol, contribuant ainsi à la stabilisation de C et de N sur le long terme dans la couche de surface. Inversement, les résidus de culture avec un rapport C/N plus élevé ont contribué également à la santé du sol, mais principalement via l'accumulation de C dans les fractions grossières de la matière organique. Lorsque tout le profil était considéré, l'effet des traitements sur les stocks de C était plus faible dans les 15 premiers cm de sol (0,36 à 0,76 kg C m⁻²) que dans les couches sous-jacentes (jusqu'à 2,3 kg C m⁻² pour la couche 30-45 cm). L'effet net des pratiques agricoles sur les stocks de C et de N, lorsque tout le profil était considéré(0-60 cm), dépendait donc principalement des changements en profondeur. Dans le loam sableux, ces changements étaient influencés par une interaction triple entre le travail du sol, la gestion des résidus de culture et la source fertilisante. Les stocks de C en profondeur étaient les plus élevés lorsque le labour du sol était combiné au retour des résidus de culture et à l'utilisation d'engrais de ferme liquide. Cependant, sous fertilisation minérale, les stocks étaient plus élevés en profondeur lorsque les résidus étaient récoltés. Les résultats de cette thèse montrent bien que les itinéraires techniques agricoles devraient être adaptés aux caractéristiques culturales et pédoclimatiques propres à chaque site. En plus de fournir une preuve terrain en soutien aux récentes théories expliquant les mécanismes de stabilisation du C dans le sol, cette thèse propose un modèle conceptuel permettant d'intégrer la notion de fertilité du sol à ces concepts émergeants en considérant la coarse-MAOM comme une fraction pivot dans les cycles de C et de N du sol. Elle démontre également l'importance de considérer les stocks de C profond (>30 cm) afin de mesurer avec justesse l'effet des pratiques agricoles sur les stocks de C du sol, du moins sous des conditions froides et humides. Il faudra donc continuer d'approfondir notre compréhension des mécanismes biogéochimiques impliqués dans les interactions sol-plantes-atmosphère pour faciliter le développement de systèmes de production rentables, durables et résilients, tout en contribuant à la lutte aux changements climatiques. / The objective of this study was to compare the crops yield (corn, soybean wheat) and environmental effect (soil health and C and N storage) of 20 different crop management itineraries combining two tillage regimes (minimum tillage, moulboard plowing), crop residue management (harvested or returned to soil) and five different fertilizer sources (organic and mineral) on two soils with contrasting textures (sandy loam and silty clay) over a 9-year period. After a transition period of 6 years, reduced tillage yielded 8-30% more grain, than mouldboard plowing in the silty clay soil. In the sandy loam soil, the benefits of minimum tillage on crop yield varied (-20 to 13%), mainly according to crop type and meteorological conditions. Organic C concentration, microbial biomass and the mean weight diameter of stable aggregates in the first 10 cm of soil were 14-58% higher under reduced tillage than mouldboard plowing, but reduced tillage had no effect on C and N stocks when the entire profile was considered (0-60 cm). Similar wheat grain yields were obtained with the mineral fertilizer and farmyard manures and manures even had a positive legacy effect on soybean yield in sandy loam. For corn, however, the yield differences observed between mineral fertilizer and farmyard manures were highly variable (0-38%) and mostly depended on weather conditions. Among farmyard manures, the use of liquid swine manure generally resulted in greater yields, but cattle and poultry manures had a greater effects on surface soil health indicators. Cattle and poultry manures promoted the accumulation of C and N in the heavy and coarse fraction of soil organic matter (coarse-MAOM) of both soils. In the silty clay soil, cattle and poultry manures also fostered the accumulation of organic C and N in the fine and stable fraction of soil organic matter, thus contributing to the long-term stabilization of C and N in the surface soil layer. Conversely, crop residues with a higher C/N ratio contributed to soil health mainly through the accumulation of C in the coarse fractions of organic matter. When the entire profile was considered, the effect of treatments on C stocks was smaller in the first 15 cm of soil (0.36 to 0.76 kg C m⁻²) than in deeper soil layers (up to 2.3 kg C m⁻² for the 30-45 cm layer). The net effect of farming practices on C and N stocks when the entire profile was considered (0-60 cm) therefore mainly depended on changes at depth. In the sandy loam soil, these changes were influenced by a three-way interaction between tillage, crop residue management and fertilizer source. Deep C stocks were the highest when tillage was combined with crop residue return and the use of liquid farmyard manures. However, under mineral fertilization, deep C stocks were the highest when residues were harvested. This thesis highlights the fact that agricultural combinations of management practices should be adapted to the cultural and pedoclimatic characteristics of each site. In addition to providing field evidence in support of recent theories regarding soil organic matter formation and stabilization processes, this thesis proposes a way to integrate soil fertility concepts to these emerging theories by considering the coarse-MAOM as a pivotal fraction in both C and N cycles. It also demonstrates the importance of considering deep C stocks (>30 cm) to accurately measure the effect of agricultural practices on soil C stocks, at least under cold and humid conditions. It will therefore be necessary to keep deepening our understanding of the biogeochemical mechanisms involved in soil-plant-atmosphere interactions to ensure the profitability, sustainability, and resilience of our production systems while contributing to climate change mitigation.

Nous avons étudié l'impact à moyen-terme du scalpage de l'horizon organique, de la fertilisation et de la pulvérisation d'herbicide, réalisés seuls ou combinés, sur la fertilité des sols et la croissance des plants de conifères. L'utilisation de la biomasse microbienne et du taux de minéralisation nette de l'azote comme indicateurs de la qualité des sols a permis d'identifier la pulvérisation d'herbicide comme étant le traitement le plus perturbateur. Ce traitement a entraîné une importante diminution des stocks d'éléments nutritifs et de l'activité enzymatique des horizons supérieurs du sol, ainsi qu'une augmentation de la croissance en hauteur et en diamètre des plants de conifère. L'augmentation de croissance pourrait s'atténuer dans les années à venir, en raison de la diminution des stocks dans les parcelles traitées. D'autre part, ce traitement, en uniformisant les conditions du milieu, a entraîné une diminution de la variabilité intrinsèque des sols et donc certainement une diminution de la biodiversité.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie civil : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3778. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 140-146.

Au Québec, la pomme de terre est cultivée sur des sols sableux favorisant les pertes par lixiviation de l’azote et du potassium. Selon le principe de réactions d’échanges cationiques, on a supposé que les doses et les sources d'azote puissent avoir un impact sur la lixiviation du potassium. Ainsi, une expérience a été menée, pendant trois années, dans un champ de pomme. Le dispositif expérimental est un bloc complet aléatoire de quatre répétitions constitué de 10 traitements qui sont un factoriel de trois sources d'azote (nitrate d’ammonium, sulfate d’ammonium et un engrais à libération lente) et trois doses (120, 200 et 280 kg N ha⁻¹) avec un traitement témoin. Des lysimètres ont été installés pour récupérer la solution du sol et doser sa concentration en potassium aux deux semaines. Les résultats ont révélé un effet non significatif de la source et de la dose de l'azote sur la lixiviation du potassium. Un modèle d’évolution de la lixiviation de potassium est obtenu pour aider les producteurs à mieux fractionner leurs engrais potassiques. Le bilan partiel de K montre une lixiviation nette pour les parcelles qui ont reçu une fertilisation azotée mais pas pour le témoin.