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.

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.