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.

Une meilleure compréhension de la dynamique et des changements des formes du phosphore (P) dans les sols agricoles est indispensable pour le maintien de leur productivité et de la qualité des eaux de surface. L’objectif de cette thèse a été de développer et d’utiliser des méthodes innovatrices pour mesurer les différentes formes de P et caractériser leurs changements dans des sols soumis à différentes pratiques culturales. Nous avons évalué le potentiel de la spectroscopie dans le proche infrarouge (SPIR) à prédire le P total (PT), le P chimiquement extrait à la solution Mehlich-3 (PM3) et à l’eau (Cp) et le P organique (Po) dans deux sites de teneurs variables en P situés au Québec et en Saskatchewan. Les résultats obtenus ont démontré que la prédiction du PT et du PM3 dans le site du Québec est modérément utile et non acceptable, respectivement. Cependant, des résultats inverses ont été trouvés dans le site du Saskatchewan. La prédiction du Po est de modérément utile à modérément réussie dans le site du Saskatchewan. Le potentiel de la prédiction de ces formes du P par la SPIR dépend de la texture du sol, de leur variation dans le sol et de leur lien à la matière organique. En outre, nous avons démontré que les résultats de l’analyse de variance et de la corrélation des espèces moléculaires de P, brutes ou ordinairement transformées, varient en fonction de leur unité de mesure. L’utilisation de l’analyse compositionnelle avec les transformations du log ratio centré ou du log ratio isométrique permet d’éviter ce biais et d’avoir des interprétations cohérentes des résultats. Finalement, l’analyse par résonance magnétique nucléaire des sols sous rotation de maïs et de soya de longue durée au Québec a démontré que l’accumulation de PT (1326 mg kg-1) dans la couche superficielle du sol (0-5 cm) soumis à la fertilisation phosphatée et au semis direct était principalement due aux ions orthophosphates (49,7% du PT). Cependant, les formes organiques s’accumulaient en profondeur sous forme d’inositols monoesters et de nucléotides qui sont donc susceptibles d’atteindre les cours d’eaux adjacents par drainage. Ce projet de recherche nous permet de mieux caractériser et gérer les formes de P dans les écosystèmes cultivés en adoptant les pratiques culturales adéquates. / Understanding of phosphorus (P) forms dynamics and changes in agro-ecosystems is essential for the development of best management practices to maintain soil productivity and surface water quality. The objective of this thesis was to develop and use innovative methods to characterize soil P forms and their changes under different management practices. We examined the potential of near infrared spectroscopy (NIRS) to predict soil total P (TP), soil P extracted by Mehlich-3 solution (M3P) and by water (Cp), and soil organic P (OP) for soil samples taken from two sites with different P content located at Quebec and Saskatchewan. The results showed that the prediction of TP and M3P in the site of Quebec were moderately useful and not acceptable, respectively. However, the opposite was found in the site of Saskatchewan. The prediction of OP was moderately useful to moderately successful in experimental site of Saskatchewan. The potential of NIRS to predict P depends to the soil texture, to P soil content variation and to the relation of P to organic matter. Furthermore, contradictory results of variance and correlations analyses were found for the raw and ordinary log transformed molecular P species expressed as proportions or concentrations, indicating spurious correlations. Using compositional analysis with centred log ratio or isometric log ratio transformations avoid the methodological biases and allow coherent interpretation. Finally, phosphorus-31 nuclear magnetic resonance spectroscopy was used to characterize P species for soil samples collected from a long-term corn-soybean rotation experiment in Quebec. Results showed an accumulation of TP (1326 mg kg-1) on the top 5 cm of P fertilized soil under no-till primarily due to orthophosphate ions accumulation (49.7% of TP). However, the organic P forms of inositol monoesters and nucleotides had accumulated in the deep layer; indicating a potential loss through different hydrological pathways. Overall, these studies allow us to improve our understanding of P forms and to better monitor them under different agro-ecosystems using the best management practices.

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 février 2024) / Le phosphore (P) est un élément nutritif important pour la croissance des plantes. Cependant, les applications excessives du P dans les sols agricoles peuvent augmenter le risque de perte de cet élément par ruissellement de surface et contribuer à l'eutrophisation des cours d'eau. Ainsi, la gestion durable du P dans les sols de grandes cultures repose sur une fertilisation équilibrée entre la disponibilité en P du sol et la demande réelle du P des plantes. Il est donc important d'avoir une meilleure compréhension de la variabilité spatiale (VS) du P disponible pour les cultures, afin d'améliorer l'utilisation économique et rationnelle des engrais phosphatés, de promouvoir la rentabilité et la durabilité de l'entreprise agricole, tout en réduisant les pertes de P dans l'environnement. L'objectif général de cette thèse de doctorat a été d'évaluer la VS de la disponibilité du P des sols sous différents systèmes culturaux [ancienne prairie (AP) vs jeune prairie (JP)] et pratiques culturales [travail conventionnel (TC) vs semis direct (SD)] à l'aide d'outils statistiques et géostatistiques à des fins de recommandations agroenvironnementales. Pour répondre aux objectifs de la thèse, quatre champs en cultures commerciales ont été utilisés dont deux situés dans la région de Chaudière-Appalaches et les deux en Montérégie (province du Québec). Deux sols de la région de Chaudière-Appalaches, un sous jeune prairie (JP; 2.4 ha; 2 ans) et un sous ancienne prairie (AP; 2.5 ha; 10 ans sous pâturage permanent), classés comme podzols humo-ferriques, ont reçu des amendements organiques (fumier, lisier de bovin). Les résultats ont révélé un indice de saturation en P (ISP, (P/Al)$_\textup{M3}$) moyen de 3 % dans les deux couches (0-5 cm et 5-20 cm) sous JP contre 7 % dans la couche 0-5 cm et 4 % dans la couche 5-20 cm sous AP, suite à des applications à long terme de fumier. Pour les deux champs sous prairies (JP et AP), nous avons observé une intensité élevée de la variabilité du P (CV > 50 %) et une structure spatiale modérée (25-75 %). Les applications répétées de fumier et lisier de bovin peuvent avoir un impact à long terme sur l'accumulation de P du sol, réduisant ainsi la variabilité et la dépendance spatiales du P dans les prairies permanentes. En raison de la stratification de P observée, une stratégie d'échantillonnage du sol axée sur la couche 0-5 cm doit être retenue dans les prairies permanentes (AP) pour des recommandations durables d'engrais P dans les sols de la Province du Québec. De plus, cette étude a examiné les impacts du travail du sol sur la variabilité spatiale du P disponible de deux champs commerciaux en rotation maïs-soja depuis 20 ans, notés TC (10,8 ha) et SD (9,5 ha), à des fins d'amélioration des recommandations d'engrais phosphatés dans la région de Montérégie. Les résultats ont montré que la variabilité du P disponible du sol des deux champs allait de modérée à très élevée (32-60 %) sous TC et SD. Un ISP moyen de 3 % a été mesuré dans les deux couches sous TC, contre 8 % dans la couche 0-5 cm et 6 % dans la couche 5-20 cm sous SD. Les relations entre les indices de P et les autres propriétés physico-chimiques (CT, Fe$_\textup{M3}$, pH$_\textup{eau}$, Ca$_\textup{M3}$) différaient selon les pratiques de travail du sol. Cette étude a démontré l'importance de l'application à taux variable (ATV) à des fins d'amélioration des recommandations d'engrais P dans la Province du Québec. Par ailleurs, la délimitation des zones d'aménagement (ZAs) a été réalisée dans le champ sous SD (9,5 ha). Cette délimitation des ZAs est basée sur la relation conductivité électrique apparente (CEa)-P du sol afin de réduire la variabilité spatiale du P du sol pour des recommandations d'engrais P spécifiques au champ. Les données de la CEa (CEa₃₀; CEa₁₀₀) ont été mesurées sur deux profondeurs (0-30; 0-100 cm) à l'aide du Veris. Les ZAs ont été délimitées à l'aide de la méthode ISODATA selon trois stratégies de délimitation : mesures de l'ISP, mesures de la CEa, ou mesures combinées de l'ISP+CEa. Les résultats ont montré que l'ISP moyen était de 7,9 % sous SD. La variabilité du P du sol était modérée (32-36 %), indiquant qu'une recommandation uniforme d'engrais P ne peut pas être appliquée au champ. Les valeurs moyennes de CEa₃₀ et CEa₁₀₀ étaient respectivement de 15,8 et 32,6 mS m$^\textup{-1}$. Une corrélation significative entre la CEa₃₀ et le P du sol (0,22-0,23) a été observée. La délimitation en deux-trois ZAs à l'aide de mesures de l'ISP a généré les réductions plus importantes en P (40-74 kg P₂O₅), représentant ainsi la meilleure stratégie agronomique de délimitation des ZAs. Cette étude a mis en évidence le potentiel de réduction de la variabilité spatiale du P du sol, à l'aide de la stratégie de délimitation des ZAs, réduisant les pertes en P sous SD. Ainsi, l'ATV a généré 366 kg P₂O₅, tandis que la délimitation en deux-trois ZAs a généré 306 et 341 kg P₂O₅ dans le champ sous SD, soit des gains respectifs de 60 et 25 kg P₂O₅ comparativement à l'ATV dans la culture du maïs-grain. Par conséquent, la stratégie de délimitation en deux-trois ZAs a semblé plus efficace comparativement à l'ATV en termes de gain en P₂O₅ dans ce champ. Globalement, les résultats de cette thèse ont démontré l'importance de la prise en compte de la VS du P à des fins de gestion spécifique du P, pour une réduction des pertes en P dans les sols sous grandes cultures en agriculture de précision. / Phosphorus (P) represents an important soil nutrient for plant growth. However, excess P applications in agricultural soils relative to crop requirements may increase P loss risk through runoff, contributing to water eutrophication. Thus, field-scale sustainable management of soil P should be based on balanced fertilization between soil P supply and P real demand from crop requirements. Therefore, it is important to have a better understanding of spatial variability of soil available P under intensive managed crops, aiming to improve economic and rational use of P fertilizers, to promote profitability and sustainability of agricultural companies, while reducing P losses in the environment. The main goal of this PhD dissertation was to evaluate spatial variability of soil available P under contrasted crops [old grassland (OG) vs young grassland (YG)] and tillage systems [conventional (CT) vs no-tillage (NT)] using statistical and geostatistical tools, aiming to provide agrienvironmental recommendations. To reach the goals of this PhD dissertation, four commercial fields were used. Two fields were located in Chaudière-Appalaches region and two other in Montérégie region (Eastern Canada). Thus, the study aimed to investigate the field-scale variability of soil-test P (STP) under two contrasting grassland fields in Chaudière-Appalaches region using descriptive statistics and geostatistics for accurate recommedations on soil sampling strategy and sustainable approaches to P management. A young grassland (YG; 2 years) and an old grassland (OG; 10 years under permanent pasture) were classified as humo-ferric podzol and received organic fertilizers. Soil samples were collected in 16-m by 16-m triangular grids at two depths (0-5 and 5-20 cm). Results showed a P saturation index (PSI, (P/Al)$_\textup{M3}$) mean value of 3% in both YG soil layers (0-5 cm and 5-20 cm) against 7% in OG 0-5 cm layer and 4% in OG layer 5-20 cm, owing to long-term manure applications. Variability of soil P was high (CV > 50%) and spatial structure of soil P was moderate (25-75%) under both contrasted fields. Repeated applications of cattle and slurry manure may have a long-term impact on soil P accumulation, thereby reducing spatial variability and dependence of soil P under permanent grasslands. Owing to P stratification, a soil sampling strategy focused on 0-5 cm layer should be retained under permanent grasslands (OG) for sustainable P fertilizer recommendations in Eastern Canada. Moreover, the study examined tillage impacts on spatial variability of soil-available P, in two commercial fields under 20 years maize-soybean rotation, denoted CT (10.8 ha) and NT (9.5 ha), aiming to improve P fertilizer recommendations in Eastern Canada. Blends of NPK fertilizers were applied to the soils (Humic Gleysols) following local recommendations. Results showed that the variability of soil available P ranged from moderate to very high (32-60%) under CT and NT. The mean PSI value was 3% under both CT layers, against 8% and 6% under the 0-5 cm and 5-20 cm NT layers, respectively. Relationships between P indices and other soil chemical properties (TC, Fe$_\textup{M3}$, pH$_\textup{water}$, and Ca$_\textup{M3}$) differed between contrasted tillage practices. This study highlighted the importance of variable rate application (VRA) to improve P fertilizer recommendations in Eastern Canada. Furthermore, delineating management zones (MZs) was performed within the 9.5 ha NT field. This MZ delineation approach was based on apparent electrical conductivity (ECa)-soil P relationship, aiming to reduce spatial variability of soil P for predicting field-specific P fertilizer recommendations. The ECa data (ECa₃₀; ECa₁₀₀) were measured at two soil depths (0-30; 0-100 cm) using Veris system. The MZs were delineated using ISODATA method following three delineation strategies: ISP, ECa, and combined ISP+ECa measurements. Results showed that mean ISP value was 7.9% under NT field. Variability of soil P was moderate (32-36%), indicating that uniform P fertilizer recommendation cannot be applied in the field. The ECa₃₀ and ECa₁₀₀ mean values were 15.8 and 32.6 mSm$^\textup{-1}$, respectively. A significant correlation between ECa₃₀ and soil P (0.22-0.23) was observed. Delineating the field into two-three MZs using ISP measurements generated the highest P reductions (40-74 kg P₂O₅), thus representing the best agronomic strategy for delineating MZs. This study highlighted the importance of using MZ delineation strategy to reduce the spatial variability of soil P, decreasing P fertilizer applications and P losses under the NT field. Thus, VRA agronomy strategy generated 366 kg P₂O₅ , while delineation strategy into two-three MZs generated 306 and 341 kg P₂O₅, respectively under the NT field. This represented 60 and 25 kg P₂O₅ reductions compared to the VRA under corn-grain NT field. Therefore, delineation strategy into two-three MZs seemed more effective compared to VRA strategy in terms of P₂O₅ reduction in this field-scale. The results of this PhD dissertation demonstrated the importance for taking into account the spatial variability of soil P for field-specific P management, aiming to reduce P losses under large crop fields in precision agriculture.

Cette étude avait comme objectifs de développer un indicateur agronomique et environnemental, d'évaluer les pertes en phosphore (P) en dehors de la couche arable et de déterminer des doses de P requises par classe de fertilité pour les cultures de la carotte, du céleri, du chou-chinois, de la laitue, de l'oignon et de la pomme de terre cultivés en sols organiques. Nos travaux ont permis i) de sélectionner l'indice de saturation en P selon la méthode de Mehlich III (ISPMIII) comme test de P en sols organiques ; ii) de déterminer un seuil critique environnemental d'ISPM-m fixé à 0,05 au-delà duquel la fertilisation ne doit dépasser les exportations de P par la culture; iii) d'établir des seuils critiques agronomiques d'ISPM-m entre 0,10 et 0,15 à partir de la réponse de la culture à la fertilisation; iv) de démontrer une variabilité spatiale faible et une variabilité saisonnière élevée de I'ISPM-III en sols organiques avec des pertes enregistrées de plus de 40 kg P ha"1 entre l'automne et le printemps suivant; v) de déterminer des classes de fertilité du sol par saut de 0,05 unité d'ISPM-m; vi) de démontrer aucune ou faible réponse de la culture à la fertilisation sauf dans la classe de fertilité moyenne 0,05-0,10. Les recommandations en P sont basées selon une approche agroenvironnementale limitant l'accumulation du P dans les sols et la fertilisation doit être inférieure aux exportations de P lorsque I'ISPM-III dépasse le seuil environnemental de 0,05.

L'amélioration de notre compréhension des mécanismes et processus qui affectent le cycle du phosphore (P) dans les sols de grandes cultures est un préalable au développement de meilleures pratiques de sa gestion. L'objectif général de l'étude a été de déterminer l'effet des pratiques agricoles (travail du sol, fertilisation phosphatée, systèmes de cultures) sur la dynamique du P, particulièrement le P disponible aux plantes, dans les sols de grandes cultures. Nous avons aussi déterminé l'effet des cycles de gel et de dégel sur la disponibilité du P de la couche superficielle du sol, et la distribution du P dans les agrégats dans le semis direct et le labour conventionnel. Deux sites de longue durée, Canadien et Français, ont été utilisés. Le site Canadien est une rotation maïs - soja dans laquelle les facteurs de variation ont été le travail du sol (semis direct, labour conventionnel), les cycles de gel et de dégel et la fertilisation phosphatée. Le site Français est une monoculture de maïs où on a fait varier la fertilisation phosphatée. Dans les deux types de travail du sol, le P du sol disponible aux plantes sous une rotation biannuelle maïs - soja diminue avec le temps pour se stabiliser autour de 30 et 25 mg P kg⁻¹ avec le traitement 0 P dans le semis direct et le labour conventionnel, respectivement. Dans la monoculture de maïs, il y a une relation linéaire stable quelque soit la durée d'expérimentation entre le statut de P et le bilan cumulé. L'évaluation mécaniste et quantitative de la disponibilité du P du sol aux plantes permet de modéliser les variations du statut de P du sol pour les régimes de fertilisation équilibrés. Cette étude a montré que l'augmentation des cycles de gel et de dégel entraîne des niveaux élevés de P extrait à l'eau et la solution Mehlich-3 dans le semis direct amendé de résidus de culture comparé au labour conventionnel. Lorsque le sol est séparé en agrégats stables à l'eau, la teneur en P extrait à l'eau des agrégats sous le semis direct augmente dans l'ordre particule-(limon + argile) < micro- < meso- < macro-agrégats; sous le labour conventionnel, on observe une distribution aléatoire du P extrait à l'eau entre les agrégats stables à l'eau.

Les apports de phosphore (P) au sol proviennent des résidus végétaux et des engrais organiques et minéraux utilisés en agriculture. Les pertes de P par ruissellement et lessivage vers les eaux de surface peuvent entraîner l'eutrophisation des plans d'eau. La concentration de P total dans certaines rivières du Québec est de deux à six fois plus élevée que le seuil d'eutrophisation fixé à 0,030 mg P total par litre. Il est donc important de comprendre le processus de transformation du P dans les sols et l'implication de chacune des fractions dans l'équilibre biogéochimique afin de les relier au risque environnemental. Les fractions de P labile fournissent le P disponible pour la croissance des plantes mais contribuent au risque environnemental, d'où l'importance de dresser le patron de distribution de ces fractions. Cependant, il n'y a pas de valeur critique pour ces fractions pour les sols de texture grossière voués à la culture de la pomme de terre et de canneberges. L'objectif principal de ce projet est de déterminer les valeurs critiques d'accumulation des fractions labiles du P dans les sols minéraux de texture grossière. Pour ce faire, quarante sols ont été sélectionnés dans les classes texturales grossières, soit les sables, les sables loameux et les loam sableux. Les échantillons ont été caractérisés par les analyses suivantes : Mehlich-3, pyrophosphate de sodium, oxalate acide d'ammonium et Sissingh. . Les valeurs de (P/Al)M3 varient entre 0,8 et 28,4 %, celles de DSPox varient entre 5,1 et 35,7 % et les valeurs de P à l'eau varient entre 0,0 et 11,6 mg L-1. Des relations significatives ont été obtenues entre le Peau et le (P/Al)M3 (R2 = 0,79; P< 0,001) et entre le (P/Al)M3 et le DSPox (r2 = 0,88; P< 0,001). Le fractionnement a été effectué selon la méthode de Hedley et al. (1982a), soit les fractions extraites à la résine, au NaHCO3 et au NaOH. La répartition du P dans chaque sol fut reliée au risque environnemental ((P/Al)M3, P à l'eau et DSPox). Les données ont été traitées par analyse compositionnelle des fractions labiles de P et complétées par la méthode de la distance simplicielle dont les valeurs ont été reliées au risque environnemental. Les valeurs critiques obtenues varient de 14,9 % à 16,0% (r2 = 0,39; P< 0,01 à 0,71; P< 0,001) selon le modèle utilisé. Cette relation montre que le seuil environnemental (P/Al)M3 de 0,15 établi antérieurement sépare une tendance linéaire d'un plateau dans le patron de distribution des formes labiles de P dans les sols à l'étude.

La pollution des cours d'eau par le phosphore (P) d'origine agricole représente l'une des plus grandes menaces pour la qualité de l'eau dans les pays développés. Une partie de la solution à ce problème réside dans le compostage qui favorise la réutilisation bénéfique des déchets organiques à la fois comme amendement du sol et comme agent fertilisant. Cependant, les apports de compost pourraient aussi induire des pertes de P. Pour une utilisation durable des composts en agriculture, il faut minimiser les risques de pertes de P lors de leur application. L'objectif principal de la présente étude était d'effectuer une caractérisation de divers composts et de leurs formes de P, et d'évaluer la disponibilité du P lors d'un essai d'incubation. Seize composts de natures diverses (composts de fumier d'animaux, de sous-produits de transformation de fruits de mer, pommes de terre, biosolides municipaux, résidus forestiers) et huit sols ont été analysés pour déterminer leurs principales caractéristiques chimiques et les différentes formes de P présentes grâce à une méthode d'extraction séquentielle. Sept composts et trois sols ont ensuite été sélectionnés pour réaliser un essai d'incubation afin d'évaluer l'influence des propriétés du sol sur les formes et la disponibilité du P des composts. La première partie de l'étude a révélé que les caractéristiques chimiques de même que les formes du P étaient variables dans les différents composts. Les résultats de l'extraction séquentielle appliquée aux mélanges sol-compost ont par ailleurs indiqué que le P inorganique était une fraction dominante par rapport au P organique. De plus, la forme de P extraite en plus grande quantité dans les mélanges sol-compost était la fraction modérément labile soulignant l'importance du type du compost dans la gestion du P. Le comportement du P provenant de divers composts appliqués au sol lors d'un essai d'incubation a permis d'évaluer la biodisponibilité du P des composts, un aspect jusqu'à présent peu documenté. La diversité des composts et des sols canadiens utilisés constituait un aspect innovateur de cette étude.

Le phosphore apporté aux cultures par les engrais de synthèse est très peu disponible pour les plantes dans les sols hautement fixateurs en P. Seulement 5 à 20 % de la dose apportée reste disponible la première année d' application (Khiari et Parent, 2005). La mise en contact de solides de lisier de porc déshydratés (SLP) augmenterait l' efficacité d' utilisation du phosphore. Toutefois, il est important de développer des critères d ' acceptabilité pour leur donner une valeur fertilisante commerciale et réduire du coup les risques de pollution par le phosphore. La caractérisation de 9 solides de lisier de porc (SLP) montre qu' ils possèdent un bon pouvoir tampon comparativement à la tourbe, une salinité acceptable, une valeur fertilisante intéressante et pour ceux qui ont subit un compostage complet, une bonne stabilité biologique. Une substitution de la tourbe par un SLP issu d'une Centrifugeuse Mobile (CM) montre que le meilleur taux de disponibilité de P des engrais organo-minéraux est obtenu avec la fonnule suivante: 12% tourbe. 480/0 CM, 200/0 phosphate mono ammoniacal et 20 % phosphate di-ammoniacal surtout dans les sols argileux.

Titre de l'écran-titre (visionné le 18 avril 2023) / La connaissance et l'appréciation de la fertilité des sols agricoles passent par l'analyse au laboratoire pour connaitre la composition, la productivité, la durabilité, la santé, et la sécurité des sols agricoles. Or la qualité de ces analyses impacte fortement tout le système de diagnostic des sols et de recommandation des pratiques agricoles durables dont essentiellement la fertilisation et les amendements. Pour instaurer un système garantissant une qualité accrue de caractérisation des sols, cinq laboratoires du Québec dont trois accrédités et deux laboratoires de recherches non accrédités ont participé à cette étude. L'objectif général était d'identifier les sources principales de variations des résultats de caractérisation des sols, de quantifier leurs amplitudes et de proposer des recommandations pour les contrôler. Ainsi trois objectifs spécifiques ont fait l'objet de cette étude doctorale : i) Un premier objectif spécifique consistait à évaluer l'effet des techniques de préparation des échantillons de sols (TPÉ) de cinq laboratoires du Québec sur la reproductibilité inter-laboratoires de TPÉ, réplicabilité intra-laboratoire de TPÉ et répétabilité intra-laboratoire d'analyse des sols selon une ANOVA à structure nichée. Les résultats de ce premier objectif de recherche ont montré des variations significatives inacceptables du pHₑₐᵤ, P[indice M3], Al[indice M3], (ISP)[indice M3], Ca[indice M3], Mg[indice M3], MO, Mn[indice M3], K[indice M3] et Cu[indice M3] dues à la température de séchage et à la distribution granulométrique différentes d'un laboratoire à un autre. Cet objectif de recherche démontre qu'au Québec, les méthodes de préparation des sols avant analyse doivent être standardisées, sans quoi il ne sera pas possible d'obtenir des données fiables pour les plans agroenvironnementaux de fertilisation et de recyclage (PAEF et PAER); ii) Un deuxième objectif spécifique portait sur l'effet de la saisonnalité d'échantillonnage sur la représentativité des indicateurs de fertilité des sols agricoles. En se servant de deux outils : de statistiques descriptives et de décomposition des séries chronologiques, on a observé un effet saisonnier essentiellement, pour deux indicateurs P[indice M3] et (ISP)[indice M3]. Cet effet saisonnier a limité le calendrier d'échantillonnage aux cinq premières semaines du printemps jusqu'à la fin mai et à toute la période de l'automne, à partir du début septembre; et iii) Un troisième objectif spécifique proposait un outil intra-laboratoire de suivi de surveillance et de contrôle de qualité de 11 indicateurs de fertilité des sols. Les limites d'erreur intra-laboratoire de surveillance trouvées étaient de 6,9% pour P[indice M3]; 6,1% pour K[indice M3]; 4,6% pour Ca[indice M3] et Mg[indice M3]; 4,7% pour Al[indice M3]; 6,5% pour Mn[indice M3]; 6,6% pour Fe[indice M3]; 5,5% pour (ISP)[indice M3]; 1,5% pour pHₑₐᵤ 1,0% pour pH[indice SMP] et 7,5% pour MO. Les limites d'erreur intra-laboratoire d'action trouvées étaient de 9,2% pour P[indice M3]; 8,1% pour K[indice M3]; 6,1% pour Ca[indice M3] et Mg[indice M3]; 6,4% pour Al[indice M3]; 8,8% pour Mn[indice M3]; 8,9% pour Fe[indice M3]; 7,4% pour (ISP)[indice M3]; 2,0% pour pHₑₐᵤ 1,3% pour pH[indice SMP] et 10,1% pour MO. Pour ces 11 indicateurs de fertilité les limites intra-laboratoire sont inférieures aux limites inter-laboratoires établies par le CEAEQ. / The Knowledge and assessment of agricultural soil fertility require laboratory tests to determine agricultural soils' composition, productivity, durability, health, and safety. The accuracy of these analyses has a substantial impact on the whole system of soil diagnosis and recommendation of sustainable agricultural practices, mainly fertilization, and soil amendments. To establish a plan that would guarantee a higher standard of soil characterization, five Quebec laboratories, three of which are accredited and two non-accredited research laboratories, participated in this study. The general objective was to identify the primary sources of variation in soil characterization results, quantify their magnitudes, and propose recommendations to control them. Thus, three specific objectives were the focus of this Ph.D. study: i) The first specific objective was to evaluate the effect of soil sample preparation techniques (SPT) from five Quebec laboratories on the inter-laboratory reproducibility of SPT, intra-laboratory replicability of SPT, and intra-laboratory repeatability of soil analysis according to a nested structure ANOVA. This first research objective showed significant unacceptable variations in pH[subscript water], P[subscript M3], Al[subscript M3], (ISP) [subscript M3], Ca[subscript M3], Mg[subscript M3], MO, Mn[subscript M3], K[subscript M3], and Cu[subscript M3] due to drying temperature and different particle size distribution from one laboratory to another. This research objective demonstrates that soil preparation methods before tests must be standardized; otherwise, it will not be possible to obtain reliable data for the agro-environmental fertilization and recycling plans (PAEF and PAER); ii) A second specific objective focused on the effect of sampling seasons on the representativity of agricultural soil fertility indicators. Using two descriptive statistics and time series decomposition tools, a seasonal effect was observed for three indicators pH[subscript water], P[subscript M3] and (ISP)[subscript M3]. This seasonal effect limited the sampling time frame to the first five weeks of spring through the end of May and the entire fall period beginning in early September; and iii) A third specific objective was to propose an intra-laboratory monitoring and control tool for 11 soil fertility indicators. The monitoring intra-laboratory limits of error were found to be 6.9% for P[subscript M3]; 6.1% for K[subscript M3]; 4.6% for Ca[subscript M3] and Mg[subscript M3]; 4.7% for Al[subscript M3]; 6.5% for Mn[subscript M3]; 6.6% for Fe[subscript M3]; 5.5% for (ISP)[subscript M3]; 1.5% for pH[subscript water]; 1.0% for pH[subscript buffer]; and 7.5% for OM. The limits of intra-laboratory error of action were found to be 9.2% for P[subscript M3]; 8.1% for K[subscript M3]; 6.1% for Ca[subscript M3] and Mg[subscript M3]; 6.4% for Al[subscript M3]; 8.8% for Mn[subscript M3]; 8.9% for Fe[subscript M3]; 7.4% for (ISP)[subscript M3]; 2.0% for pH[subscript water]; 1.3% for pH[subscript buffer] and 10.1% for MO. For these 11 fertility indicators the intra-laboratory limits are lower than the inter-laboratory limits established by CEAEQ.

La problématique entourant le surplus de lisier de porc amène le développement de nouveaux engrais à base de fumure organique. Le lisier de porc desséché LIOR™ contient des éléments nutritifs et de la matière organique. Il a une valeur commerciale d'autant plus grande qu'il entre en synergie avec d'autres éléments nutritifs comme le P et des oligoéléments. Cette synergie pourrait se produire lors d'un mélange intime ou d'une proximité entre des matières organiques et des engrais minéraux phosphatés (EMP) dans la bande de placement de l'engrais. Afin d'évaluer la productivité des principales cultures en réponse à cette synergie possible, nous avons établi, à l'été 2001, 11 sites d'essais de fertilisation dans des régions agro-pédo-climatiques variées du Québec: 7 en maïs (classés selon leur pouvoir fixateur en P : faible, moyen à élevé et extrêmement élevé), 2 en orge et 2 en soya. Nous avons considéré 6 traitements répétés 4 fois et constitués de combinaisons de LIOR™ et d'EMP dans des proportions de 0:100, 25:75, 50:50, 75:25, 100:0 exprimées en terme de pourcentage de P2O5 dans les deux fractions du mélange organo-minéral. En général, il y a eu une réponse positive à l'engrais organo-minéral (EOM) chez le maïs grain en sols de saturation moyenne à élevée et chez le soya. De plus, les EOM à base de LIOR™ n'ont engendré aucun déséquilibre minéral apparent dans les parcelles expérimentales en maïs-grain. Aucune réponse ne fut observée en sols de saturation faible ou extrêmement élevée chez le maïs grain et l'orge.