La dégradation de la qualité des eaux de surface par le phosphore (P) provenant de sources diffuses, surtout agricoles, a initié le développement d’outils de prédiction des risques de perte de P tenant compte des facteurs transport et source. Aux États-Unis, plusieurs indices de perte de phosphore (IPP) ont été mis au point. Ces IPP n'étant pas nécessairement applicables au Québec, une méthode d’indice modifiée a été proposée : l'Indice de Risque de Phosphore (IRP). L’objectif de ce projet de recherche était de valider et, possiblement, d’améliorer la méthode IRP en se basant sur les pertes de P mesurées sur neuf parcelles expérimentales situées sur la ferme de l’IRDA à Saint-Lambert-de-Lauzon. Les pertes de P par érosion hydrique, par ruissellement et par drainage souterrain ont été mesurées en continu durant deux années (2001-2002) par des systèmes automatiques de mesure et d’échantillonnage quantifiant les volumes d’eau ruisselée et drainée et leur concentration en P pour chaque parcelle. Les pertes de P total (PT) ont été en moyenne de 540 g ha-1, dont 95 % a été perdu par le drainage souterrain. Pour chaque parcelle expérimentale, l’indice de classe de risque sélectionné pour chaque composante de la méthode IRP a été multiplié par le poids de chaque composante pour obtenir une valeur pondérée. Les valeurs pondérées de chaque composante ont ensuite été additionnées pour donner la valeur finale de l’IRP. Les résultats montrent que les masses de PT perdues et les valeurs de l'IRP correspondantes sont corrélées à 0,63. Afin d’améliorer la relation entre les pertes réelles de P et les valeurs de l'IRP, l’algorithme Trust-region de la procédure de programmation non-linéaire (proc NLP) de SAS a été utilisée pour optimiser la valeur des poids et le classement de la valeur des composantes. L'optimisation a résulté en un ensemble de poids et de valeurs de classement ayant une corrélation de 0,92. Les changements apportés ont conservé la structure additive de la méthode IRP. Il faut souligner que les résultats ne sont valides que pour le site de Saint-Lambert. Une généralisation à l'ensemble du territoire agricole du Québec nécessiterait des sites expérimentaux couvrant un plus large éventail de conditions climatiques, édaphiques et agronomiques. Néanmoins, les résultats obtenus montrent la possibilité d'améliorer la capacité prédictive de la méthode IRP. Mots-clés : indice de risque de phosphore, perte de phosphore, optimisation, évaluation du risque, facteurs source, facteurs transport. / Surface water quality impairment is primarily caused by phosphorus (P) lost from surrounding agricultural fields. This knowledge triggered the development of P losses predicting tools taking into account transport and source factors. In the United States, a great number of P index (PI) approaches has been developed and adopted. Because these PIs are not necessarily applicable in the province of Québec, a P index specific to Québec has been developed : the Phosphorus Risk Index (PRI). The objective of this research was to validate and possibly improve the PRI method using P losses measured on nine experimental agricultural plots located on the IRDA farm in Saint-Lambert-de-Lauzon. For each plot, P losses and the amounts of water from runoff and tile-drainage were continuously measured during a two-year period (2001-2002) using automated systems. The total P losses were on average 540 g ha-1 from which 95% was exported via the subsurface drainage system. For each plots, the selected P loss value of each of the PRI components were multiplied by the weight assigned to each components and summed to obtain the final PRI value which is associated to one of the five P loss ratings (i.e. very low, low, medium, high and very high). Results indicate that the measured total P losses and PRI values showed a correlation coefficient of 0.63. In order to improve the relationship between P losses and the IRP, the Trust-region algorithm of the SAS none-linear programming (proc. NLP) was used to optimize weights and P loss potential values of the components. Optimization resulted in a correlation coefficient of 0.92. Modifications to the method kept the additive structure of the PRI method. Results were only valid for the Saint-Lambert plots. Generalization across Québec would require experiments on a range of soil, climate, and agronomic conditions. Results from this research indicated possible improvement in the predictive accuracy of the PRI method. Keywords: Phosphorus index, phosphorus losses, optimization, risk assessment, source factors, transport factors.

L'enrichissement des sols en phosphore et sa dissipation dans les eaux de surface suscitent des interrogations sur les causes, les risques et les modes de régie de cet élément. Le but de notre étude est d'améliorer les connaissances sur les deux catégories d'indicateurs i) de pouvoir fixateur et ii) de saturation en P des sols. Pour ce faire, nous avons entrepris une étude sur 25 sols minéraux acides représentatifs du Québec et ayant subit chacun deux types d'équilibre: à court et à long terme avec 5 doses croissantes de phosphore allant de 0 à 120 mg P kg(-1 suscrit). Les résultats révèlent une corrélation hautement significative entre le taux d'adsorption et le taux de sorption de P. Ces taux de rétention, nous ont permis d'établir les trois systèmes de classification suivants: -six classes de (Al+Fe )ox (ox souscrit) -G Sept classes de DSP ox (ox souscrit) -Sept classes de (PI Al)M-III (M-III souscrit)

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 grande majorité des grilles de recommandation que l'on retrouve dans le Guide de référence en fertilisation (CRAAQ, 2003) n'ont pas été réévaluées depuis plusieurs décennies et suscitent de nombreuses interrogations quant à leur validité. Une mise à jour de ces grilles, basée sur les régies de production actuelle, et intégrant les besoins réels des cultures est donc devenue indispensable. Ce projet de maîtrise vise à l'élaboration d'un modèle d'évaluation des besoins en azote, phosphore et potassium dans les cultures du chou, du chou-fleur et du brocoli en sols minéraux au Québec. Pour ce faire, des essais de fertilisation ont été réalisés, entre 2003 et 2008, dans quatre régions de la province de Québec, soit la Montérégie, les Laurentides, Lanaudière et Québec (Ile d'Orléans). Au total, toutes cultures confondues, 72 essais en azote, 60 en phosphore et 38 en potassium ont été implantés chez des producteurs maraîchers. Les traitements évalués étaient les suivants : 3 à 6 doses d'azote variant de 0 à 350 kg N/ha, 4 à 5 doses de phosphore variant de 0 à 300 kg P205/ha, et 4 doses de potassium variant de 0 à 240 kg K20/ha. Le dispositif expérimental était en tiroirs (split-plot) avec trois répétitions. Les étapes de réalisation du modèle d'évaluation des besoins étaient basées en partie sur le modèle ayant servi à l'élaboration de la nouvelle grille de fertilisation en phosphore pour la culture de la pomme de terre, telle que revue par Samson et collaborateurs (2008). Ces essais ont permis de déterminer un intervalle de fertilisation azoté pour chacune des cultures, soit de 160 à 200 kg N/ha pour le brocoli, de 190 à 240 kg N/ha pour le chou et de 130 à 185 kg N/ha pour le chou-fleur. Quelques essais de fractionnement de l'azote ont eu lieu de 2003 à 2005. Dans la majorité des cas, l'analyse statistique des fractionnements de l'azote n'a pas montré de différences significatives. Les doses proposées pour le phosphore et le potassium diminuent et varient de 0 à 150 kg P205 selon le rapport P/AlM_m dans le sol et de 0 à 180 kg K20/ha selon la teneur du sol en Kyi_ui. En comparant ces doses proposées avec celles de ia grille de recommandation actuelle du Guide de référence en fertilisation (CRAAQ, 2003), il y a une diminution de 37,5 % pour le phosphore et de 21,7 % pour le potassium. L'analyse de la variance ne révèle aucune différence significative au niveau des prélèvements en azote, en phosphore et en potassium en fonction des doses testé

La pratique du «semis direct» ou no-till (NT) se développe rapidement comme méthode de conservation des sols. Cette pratique modifie nombre de propriétés du sol comme, par exemple, la répartition du phosphore (P) dans le profil du sol. L’objectif de cette thèse est d’analyser les impacts après plusieurs décennies sous la gestion de NT sur le cycle biogéochimique du P et d’intégrer ces effets dans un modèle de fonctionnement. Nous avons utilisé un essai au champ de longue durée sous maïs-soja (L’Acadie, Québec, Canada) implanté sur un sol argilo-limoneux. Le dispositif était un split-plot à 4 blocs avec le labour conventionnel ou « mouldboard plough » (MP) et sans labour (NT) en parcelles prioncipales et 3 doses de fertilisation en P minéral [0 (0P), 17.5 (0.5P), 35 (1P) kg P ha⁻¹] apportées sur le maïs et localisées à 5 cm de profondeur et à 5 cm du rang de maïs, en sous-parcelles. La concentration en ions phosphates dans le sol (Cp) était relativement uniforme dans la couche labourée (0-20 cm) (0.08 mg P L⁻¹), puis baissait légèrement dans la couche 20-30 cm (0.05 mg P L⁻¹) et davantage au-delà (0.01 mg P L⁻¹). Sous les traitements [NT, 0.5P] et [NT, 1P] traitements, le Cp était plus élevé dans la couche 0-10 cm (0.28 et 0.19 mg P L⁻¹) que dans la couche labourée mais baissait rapidement avec la profondeur. Cette stratification verticale sous NT était également observée pour les teneurs en P-Olsen, P-M3 et autres nutriments comme C, N et K. Après 23 et 24 années d’essai, il y avait tendanciellement moins de racines du maïs sous NT (-14%) que sous MP, probablement à cause de la présence plus importante d’adventices sous NT. Pour le soja, il y avait beaucoup plus de racines dans la couche 0-10 cm sous NT (44% de longueur total) que sous MP (21%) et inversement dans la couche 10-20 cm. Ces différences de distribution des racines sous NT et MP correspondaient à la stratification de N, P, et K. Ce jeu de données sur la distribution des racines et du phosphore a été utilisé pour i) évaluer un modèle 1D décrivant la dynamique du P dans la couche labourée du sol sur plusieurs décennies, ii) proposer un mode d’estimation de la distribution du prélèvement dans le profil de sol, et iii) développer un modèle spatialisé 2D décrivant la dynamique du P pour le traitement sans labour. Ce modèle permet de simuler l’évolution de la disponibilité en P du sol sur le long terme quelque soient les modes de préparation du sol et le régime de fertilisation P. Même si le modèle surestime parfois la disponibilité en P à proximité de la zone fertilisée, il permet de prédire la stratification du P du sol en NT et ses conséquences sur le prélèvement de P en relation avec les propriétés du sol et le développement du système racinaire. Il contribue à améliorer le raisonnement de la fertilisation phosphatée dans le contexte du sans-labour. Mots clés : labour, sans-labour, semis direct, agriculture de conservation, fertilisation phosphatée, agrosystèmes, stocks et flux, interception racinaire, sol, fertilité, bilan. / The no-till (NT) is gaining great attention for soil preparation. This practice modifies number of soil properties such as the distribution of phosphorus (P) in the soil profile. This work aims to analyze the impacts on the biogeochemical P cycle after decades of NT and to incorporate those effects in an operational model. We used a long-term field experiment under corn-soybean rotation established on a clay loam soil (L’Acadie, Quebec, Canada). The design was a split-plot plan with 4 blocks under moldboard plough (MP) and NT as main plots, subdivided by 3 doses of P [0 (0P), 17.5 (0.5P), 35 (1P) kg P ha⁻¹] applied in corn phase and localized to 5-cm deep and 5-cm from the corn row, as sub-plots. The phosphate ion concentration under MP was relatively constant (0.08 mg P L⁻¹) in the tilled layer (0-20 cm), slightly lower in 20-30 cm (0.05 mg P L⁻¹) and much lower below (0.01 mg P L⁻¹). In [NT, 0.5P] and [NT, 1P] plots, Cp was higher (0.28 et 0.19 mg P L⁻¹) in the 0-10 cm layer compared to the tilled layer in MP, but decreased sharply with depth. This vertical stratification in NT was also observed for P-Olsen, P-M3 and other nutrients as C, N, and K. After 23- and 24-year of experimentation, maize roots tended to be fewer (-14%) under NT than MP, probably because of increased weed infestation under NT. For soybean, more roots accumulated in the 0-10 cm layer under NT (44% of total length) than MP (21%) and vice versa for the 10-20 cm layer. Those differences in root distribution under NT and MP corresponded to the stratification of N, P, and K. This data set on the distribution of roots and phosphorus was used i) to develop a 1D model describing P dynamics over several decades in MP, ii) to test a method to assess the spatial P uptake distribution according local root length density and soil P availability, and iii) to develop a spatial 2D model describing P dynamic in NT. This model simulates the soil P availability dynamic on long term according soil properties and crop root distribution within the soil profile for different soil preparation regimes and P fertilization rates. Although the model overestimates the P availability near the localized P fertilizer, it can predict soil P stratification in the NT treatment and its consequences on crop P uptake. This new model will be a useful tool to improve P fertilization management in context of no-till practices. Keywords: tillage, no-till, direct drilling, conservation agriculture, phosphate fertilizer, agro-systems, stocks and flows, root interception, soil fertility, P budget.

Titre de l'écran-titre (visionné le 29 février 2024) / Dans la vallée du Fraser en Colombie-Britannique, l'élevage intensif de vaches laitières produit d'importantes quantités de fumier. Le maïs ensilage (*Zea mays* L.), cultivé en rotation avec d'autres plantes fourragères telles que le ray-grass (*Lolium perenne* L.), représente la principale source d'aliments pour cet élevage intensif. Cet agroécosystème permet de recycler le fumier riche en nutriments comme le phosphore (P). Cependant, la culture du maïs ensilage dans la vallée du Fraser implique d'importantes applications de fumier et d'engrais de démarrage. Ceci entraine une accumulation de P dans les sols, augmentant le risque de perte de P vers les sources d'eau. De plus, le risque de mobilisation et de transport de P peut aussi être accéléré par les conditions hydriques des sols, notamment l'engorgement en eau, du fait des fortes précipitations qui s'accumulent dans les parcelles agricoles à cause du mauvais drainage des sols. Cette thèse, qui se déroule sur un sol riche en P dans la zone humide de la vallée du Fraser en Colombie Britannique, a pour objectif d'évaluer l'impact de régime d'humidité du sol, de la fertilisant en P sous forme de lisier de vache laitière, et de l'ajout de nitrate de fer sur (i) les rendements du raygrass et les exportations de P, (ii) la réduction de Fe$^\textup{3+}$ en Fe$^\textup{2+}$ et la solubilité et la mobilité du P, (iii) les activités microbiennes et les émissions de gaz à effet de serre, (iv) les activités enzymatiques, et (v) les pertes de P par lessivage. Dans les sols engorgés, le rendement en matière sèche du raygrass et l'exportation du P étaient inférieurs par rapport aux sols à capacité au champ. Une baisse du potentiel redox dans les sols engorgés a réduit le Fe$^\textup{3+}$ en Fe$^\textup{2+}$, entrainant une augmentation du pH du sol en 120 jours. Cette augmentation du pH est due à la consommation des ions H$^\textup{+}$ pendant la réduction microbienne des cations métalliques. Cette réduction de Fe$^\textup{3+}$ en Fe$^\textup{2+}$ dans les sols engorgés a libéré du P, du carbone organique dissous et de l'azote total dissous, reflétée par la diminution du P extractible à l'eau (Pw), du P extractible à la solution Mehlich-3 (P$_\textup{M3}$) et de l'indice de saturation en phosphore, mais une augmentation de la biomasse microbienne du C, du N (avant 120 jours) et des émissions de CO₂ et N₂O. L'ajout de nitrate de Fe$^\textup{3+}$ a inhibé la réduction de fer tout en stimulant les émissions de N₂O, indiquant la préférence du NO₃$^\textup{-}$ sur le Fe$^\textup{3+}$ comme accepteur d'électrons en conditions inondées. La réduction du fer et la libération des éléments tels que le P et le Fe dans les sols engorgés étaient plus marquées à la surface du sol qu'en profondeur. La libération accrue de carbone organique dissous et d'ions phosphatés dans les sols engorgés a diminué la demande en enzymes de 399 nmol MUF g$^\textup{-1}$ soil h$^\textup{-1}$ pour la β-glucosidase et de 1646 nmol MUF g$^\textup{-1}$ soil h$^\textup{-1}$ pour la phosphomonoestérase acide à la surface du sol (0-5 cm). Les conditions de l'engorgement ont cependant augmenté l'activité de la N-acétyl-β-glucosaminidase de 50.5 nmol MUF g$^\textup{-1}$ soil h$^\textup{-1}$ et accru l'azote total dissous de 9.1 mg kg$^\textup{-1}$ à travers toutes les profondeurs. L'apport de lisier au sol engorgé a diminué les activités enzymatiques extracellulaires, suggérant un apport suffisant en C, N, et P. Les activités enzymatiques et la biomasse microbienne étaient principalement confinées dans la couche superficielle du sol qui a été plus affectée par l'engorgement par rapport à la couche profonde. En conclusion, les conditions d'engorgement dans les sols entraînent des changements significatifs dans la chimie du P dans le sol et l'activité microbienne, conduisant à une diminution du rendement des cultures, à une modification de la dynamique des nutriments, et à une augmentation des pertes de nutriments et des émissions de gaz à effet de serre. La diminution des activités enzymatiques dans les sols engorgés et lors de l'application de lisier souligne la nécessité d'une gestion intégrée des nutriments et de l'eau dans les pratiques agricoles. / In the Fraser Valley of British Columbia (BC), intensive dairy farming produces large amount of manure. Silage corn (*Zea mays* L.), grown in rotation with other forage plants such as ryegrass (*Lolium perenne* L.), is the primary feed source for this intensive farming. This agroecosystem allows the recycling of nutrient-rich manure, like phosphorus (P). However, growing silage corn in the Fraser Valley involves significant applications of manure and starter fertilizers. This results in a buildup of P in the soils, increasing the risk of P loss to water sources. Additionally, the risk of mobilization and transport of P might be accelerated by soil water conditions, especially waterlogging, due to heavy rainfall accumulating in farmland because of poor soil drainage. This thesis, conducted on a P-rich soil in the humid area of the Fraser Valley, BC, aims to evaluate the impacts of soil moisture regime, P fertilizer levels in the form of dairy slurry, and iron nitrate addition on (i) ryegrass yields and P uptake, (ii) reduction of Fe$^\textup{3+}$to Fe$^\textup{2+}$and P solubility and mobility, (iii) microbial activities and greenhouse gas emissions, (iv) soil enzyme activities, and (v) P leaching. In waterlogged soils, ryegrass dry matter yield and exportation of P were lower compared to field capacity soils. A decrease in redox potential in the waterlogged soils reduced Fe$^\textup{3+}$ to Fe$^\textup{2+}$, leading to an increase in soil pH in 120 days. This increase in soil pH is due to the consumption of H$^\textup{+}$ ions during microbial reduction of metallic cations. This reduction of Fe$^\textup{3+}$ to Fe$^\textup{2+}$ in waterlogged soils released P, dissolved organic carbon (DOC), and total dissolved nitrogen (TDN), reflected by a decrease in water-extractable P (Pw), Mehlich-3 extractable P (P$_\textup{M3}$), and P saturation index (PSI) but an increase in microbial biomass C, N (before 120 days), and CO₂ and N₂O emissions. The addition of Fe$^\textup{3+}$ nitrate inhibited iron reduction while stimulating N₂O emissions, indicating the preference of NO₃$^\textup{-}$ over Fe$^\textup{3+}$ as an electron acceptor under waterlogged conditions. Iron reduction and the release of elements such as P and Fe in waterlogged soils were more pronounced at the topsoil than subsoil. The increased release of dissolved organic carbon and phosphate ions in waterlogged soils decreased the enzyme demand by 398.5 nmol MUF g$^\textup{-1}$ soil h$^\textup{-1}$ for β-glucosidase and by 1646.1 nmol MUF g$^\textup{-1}$ soil h$^\textup{-1}$ for acid phosphomonoesterase at the topsoil (0-5 cm). Waterlogged conditions on the other hand increased the activity of N-acetyl-β-glucosaminidase by 50.5 nmol MUF g$^\textup{-1}$ soil h$^\textup{-1}$ and raised the total dissolved nitrogen by 9.1 mg kg$^\textup{-1}$ across all depths. The application of slurry to waterlogged soil decreased extracellular enzymatic activities, suggesting a sufficient supply of C, N, and P. The activities of soil enzyme and microbial biomass were primarily confined to the topsoil, which was more affected by waterlogging compared to the subsoil. In conclusion, waterlogged conditions in soils lead to significant shifts in soil P chemistry and microbial activity, resulting in decreased crop yield, altered nutrient dynamics, and increased nutrient losses and greenhouse gas emissions. The decreased enzymatic activities under waterlogged soils and upon slurry application emphasize the need for integrated nutrient and water management in agricultural practices.