Les pratiques agricoles intensives produisent un compactage du sol qui influence la plupart des propriétés et des processus physiques, chimiques et biologiques du sol qui favorisent l'agrégation. Les microorganismes du sol jouent un rôle majeurs dans la structure physique du sol. Ce travail visait à (1) construire des modèles de prédiction des indices de compactage du sol, (2) mesurer l'impact des pratiques de travail du sol sur l’agrégation, (3) construire des modèles de prédiction des indices d’agrégation, et (4) mesurer la réponse de la diversité bactérienne du sol à l'agrégation et au compactage. L'ensemble de données comprend la teneur en eau gravimétrique, la masse volumique apparente, la distribution des particules, la répartition granulométrique, la masse volumique maximale, la teneur critique en eau, le carbone organique total, l'azote total, les concentrations de Si, Fe, Al, Mn, Mg et Ca dans des échantillons du sol prélevés sur 49 sites au Québec en 2014 pour élaborer les modèles de compactage et d’agrégation. Les données de 94 essais comparant les systèmes de labour conventionnel et de semis direct provenaient de 20 articles. Des échantillons de sol prélevés sur 16 fermes au Québec en 2014 ont été analysés pour diverses mesures de la diversité bactérienne et reliées au compactage et à l’agrégation. Les interactions entre les composantes impliquées dans la structure du sol ont été prises en compte dans l'analyse des données compositionnelles. Les indices de compactage du sol ont été prédits à partir de la teneur en eau du sol, de la matière organique, des particules minérales du sol et des agents de cimentation minéraux. Les résultats ont démontré que les agents de cimentation minéraux étaient les principaux contributeurs aux indices de compactage du sol. Les oxydes de Si, Al, Fe et Ca ont fait augmenter la masse volumétrique apparente, le degré de compacité et la teneur en eau critique, mais ont réduit la densité apparente maximale. La méta-analyse a démontré les avantages de la culture sous semis direct par rapport aux pratiques conventionnelles dans la couche superficielle de 0 à 5 cm, qui augmentaient 10 à 16 ans après la mise en œuvre du semis direct. L'effet du semis direct était plus important dans les sols dont le pH était supérieur à 7 et avec des cultures annuelles continues. Les sols dont les agrégats montraient une perturbation maximale inférieure à 1,27 par rapport à la déstructuration bénéficiaient davantage du semis direct. L’analyse de redondance a montré que la macro-agrégation était étroitement liée aux agents de cimentation minéraux, et légèrement liée à l'argile et à la matière organique. Le limon et le sable fin étaient positivement reliés aux micro-agrégats. Nous avons construit des modèles reliant les agents de cimentation à la distance d’Aitchison et au log-ratios isométriques, qui pourraient servir d’indices pour la stabilité des agrégats. L’agrégation des sols dans les deux couches supérieures de sol dépendait de la matière organique et des ciments minéraux. L'agrégation du sol dans la couche inférieure a été stabilisée principalement par les particules de sol et les ciments minéraux. La richesse bactérienne était liée positivement aux micro-agrégats. L'indice de diversité phylogénétique présentait une corrélation positive avec les fractions 1-0,5 mm et 2-1 mm. En plus de la richesse et de la diversité bactériennes, la structure de la communauté bactérienne a été significativement affectée par le compactage du sol. Il y avait une richesse plus importante et une diversité bactériennes plus abondante dans les sites très compactés / Intensive agricultural practices cause soil compaction which influences most soil physical, chemical and biological properties and processes promoting soil aggregation. Soil microorganisms play a decisive role in soil structure. This work aims to (1) build models to predict soil compaction indices, (2) study the impact of tillage practices on soil aggregate, (3) build models to predict soil aggregation indices, and (4) analyze the response of soil bacterial diversity to aggregation and compaction. Gravimetric water content, bulk density, particle-size distribution, aggregate-size distribution, maximum bulk density, critical water content, organic carbon, total nitrogen, Si, Fe, Al, Mn, Mg and Ca analyzed from soil samples collected on 49 farm sites in Quebec in 2014 were used to elaborate compaction and aggregation models. The dataset on the impact of tillage practices on soil aggregate consisted of 94 paired conventional tillage and no-till experiments retrieved from 20 peer-reviewed papers. The dataset for the last objective includes bacterial diversity variables, soil compaction degree and aggregate size distribution analyzed in soil samples taken from 16 farm sites in Quebec in 2014. The interactions among soil components involved in soil structure were accounted for using compositional data analysis. Compaction indices were predicted from soil water content, organic matter, soil mineral particles and mineral cementing agents. Mineral cementing agents were shown to be the major contributors to soil compaction. The Si, Al, Fe and Ca oxides increased bulk density, degree of compactness and critical water content, but reduced maximum bulk density. Meta-analysis showed that the benefit of no-till over conventional practices predominated in the surface 0-5 cm layer and increased up to 10-16 years after implementing no-tillage. The effect size of no-till was larger in soils of pH > 7 and under continuous annual cropping systems. The soil group highly responsive to no-till (soil aggregation value from maximum disruption structure below 1.27) largely benefited from no-till in the long run. Redundancy analyze indicated that macro-aggregation was closely related to mineral cementing agents and slightly related to clay and organic matter contents. Silt and fine sand were strongly and positively related to micro-aggregates. We built models relating cementing agents to the Aitchison distance and isometric log-ratio which could be used as indices of aggregate stability. Soil aggregation in the upper two layers depended on organic matter and mineral cementing agents. Soil aggregation in the lower layer was stabilized mainly by soil particles and polyvalent cations. Bacterial species richness was positively related to micro-aggregation. The phylogenetic diversity index showed a positive correlation with the 1-0.5 mm and 2-1 mm fractions. Not only bacterial richness and diversity but also bacterial community structure was significantly affected by soil compaction. Larger bacterial richness and diversity were found in soils showing the highest degree of compaction.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 février 2024) / Les producteurs agricoles et leurs conseillers ont besoin d'outils simples pour mesurer l'état de la structure des sols et évaluer les effets de leurs pratiques; cependant, aucune des méthodes d'évaluation visuelle n'a été validée dans les conditions des sols minéraux du Québec. Ce projet vise la conception d'une nouvelle méthode pour diagnostiquer la qualité structurale des sols minéraux du Québec par évaluation visuelle et tactile. Ce nouvel indicateur, l'indicateur visuel de la qualité structurale des profils des sols minéraux (IVQS), a été élaboré à partir de six descripteurs pédomorphologiques prélevés dans l'étude de l'état de santé des sols agricoles du Québec (EESSAQ) et recensés lors de l'inventaire pédologique : le type, la classe et le grade de la structure, la consistance, la porosité fine et la porosité grossière. Le développement de l'IVQS a consisté à quantifier des catégories de descripteurs ainsi qu'à pondérer les descripteurs pour construire une note. Les résultats de l'IVQS et ceux du VESS (Visual Evaluation of Soil Structure), une méthode d'évaluation visuelle similaire à l'IVQS et souvent rapportée dans littérature scientifique; ont été évalués en les comparant à cinq paramètres physiques de sols : diamètre moyen pondéré (DMP), masse volumique apparente (MVA), macroporosité, matière organique (MO) et conductivité hydraulique (Ksat); et le rendement des cultures. L'algorithme de l'IVQS est sensible et permet de démontrer des différences significatives de l'état structural entre sols cultivés et sols témoins inventoriés dans l'EESSAQ pour la majorité des types de sols minéraux. Les résultats de l'IVQS et du VESS sont fortement corrélés entre eux dans les sols des groupes texturaux argileux, loameux et limoneux. Les corrélations entre les cinq paramètres physiques et le rendement relatif avec l'IVQS et le VESS sont toutefois faibles dans les cinq groupes texturaux. Les associations inconsistantes observées dans l'horizon B des cinq groupes texturaux et de façon majoritaire dans les sols sableux et squelettiques, invitent à revoir la méthodologie de l'IVQS utilisé dans l'horizon B et plus particulièrement dans les sols sableux et squelettiques. Malgré les faibles corrélations observées avec les paramètres physiques du sol et le rendement des cultures, la méthodologie actuelle de l'IVQS présente plusieurs avantages par rapport aux méthodes d'évaluation visuelle existantes. En conclusion, l'IVQS serait pertinent à utiliser lors de l'évaluation de la qualité structurale de la majorité des types de sols minéraux québécois, mais des travaux supplémentaires seraient nécessaires pour mieux comprendre ou améliorer la relation de cet indicateur avec les autres indicateurs de santé des sols et la productivité de cultures. / Farmers and their advisors need simple tools to assess the condition of soil structure and evaluate their practices; however, none of the visual assessment methods have been validated under the conditions of mineral soils in Quebec. This project aims to design a new method to diagnose the structural quality of Quebec's mineral soils through visual and tactile assessment. This new indicator, the Visual Indicator of Structural Quality of Mineral Soil Profiles (IVQS), was developed based on six pedomorphologic descriptors: type, class, and grade of structure, consistency, fine porosity, and coarse porosity collected during a national soil health survey conducted in Quebec (EESSAQ). The development of IVQS involved quantifying descriptor categories and weighting descriptors to construct a score. IVQS results and those of the Visual Evaluation of Soil Structure (VESS) method, a visual soil structure assessment method commonly reported in the literature, were evaluated and compared to five soil physical parameters: mean weighted diameter (MWD), bulk density (BD), macroporosity, organic matter (OM), and hydraulic conductivity (Ksat); and crop yield. The IVQS algorithm is sensitive in demonstrating significant differences in structural condition between cultivated and control soils inventoried in EESSAQ for the majority of mineral soil types. IVQS and VESS are strongly correlated together in clayey, loamy, and silty textural groups. Correlations between IVQS and VESS and the five physical parameters and relative yield show are however weak in the five textural groups. Inconsistent associations observed in the B horizon of the five textural groups and predominantly for sandy and skeletal soils suggest a need to review the IVQS methodology used for the B horizon and entirely for sandy and skeletal soils. Despite the weak relationships observed between physical parameters and crop yield, the current IVQS methodology has several advantages over existing visual assessment methods. In conclusion, IVQS is a relevant tool for evaluating the structural quality of the majority of Quebec's mineral soil types, but further work should be undertaken to improve relationships between IVQS and other soil health indicators and crop productivity.

La structure d'une pessière à lichens ancienne située à la limite des arbres dans la région de la rivière Boniface (570 45' N; 760 20' 0), au Québec nordique, a été caractérisée afin de mieux comprendre la dynamique spatio-temporelle de cet écosystème rare. Les arbres et les caractéristiques pédogénétiques des sols ont été étudiés pour décrire la forêt, reconstituer son historique au-delà du dernier feu et vérifier que ce peuplement est en équilibre avec le climat actuel en l'absence de perturbation (feu). La forêt s'est établie après un feu survenu il y a 950 ans et la radiodatation des charbons de bois du sol indique qu'il y aurait eu plusieurs épisodes de feux entre 2700 et 950 ans étal. BP. La fréquence des feux était d'environ 300 ans pendant cette période, alors qu'elle est nulle depuis le dernier feu. Les courbes de structure de taille (hauteur et diamètre) en J inversé indiquent que la forêt est ancienne et qu'elle est en équilibre avec le climat actuel en l'absence de feu. L'étude dendrochronologique a permis de dater l'époque de vie des arbres. Depuis le dernier feu, les épinettes se sont établies à toutes les époques. La longévité des individus, variant généralement entre 150 et 350 ans, indique que les individus vivant présentement dans le site ne sont pas issus de la première cohorte après feu. Par contre, peu de reproduction par des graines, permettant l'établissement de nouveaux individus à une grande distance des parents, a été observée. La forêt se maintient plutôt grâce au marcottage en l'absence de feu et les épinettes issues de marcottes se trouvent toujours à proximité de l'individu-mère. La distribution du couvert végétal est donc relativement stable depuis 950 ans. On a observé que la stabilité du couvert en un endroit donné favorise la différentiation des sols qui sont davantage podzolisés sous les épinettes (podzol humoferrique) que sous les lichens (brunisol dystrique éluvié). Toutefois, depuis l'installation de la forêt, il y a plutôt eu une uniformisation du degré de podzolisation des sols causée par le déplacement des épinettes et des lichens suite à chacun des feux qui se sont produits entre 2700 et 950 ans étal. BP.