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La perte de carbone organique dans le sol (COS) a été identifiée comme une menace majeure pour les sols, puisqu’elle peut réduire sa fertilité et augmenter les risques d’érosion [1]. Par ailleurs, une augmentation faible mais constante de C dans le sol pourrait atténuer les effets du changement climatique [2] en stockant le C-CO₂ atmosphérique [3]. L'application de matière organique exogène (MOE) sur des terres cultivées peut entraîner une accumulation de COS [4]. Les MOE diffèrent par leur contribution potentielle à agir sur le stockage potentiel de C organique dans le sol, en fonction de leur origine et du degré de transformation des matières organiques qu’elles contiennent [5]. Les stocks de C évoluant lentement, des études sur le long-terme, comme des expériences de longue durée de terrain, sont nécessaires pour évaluer les effets d'applications répétées de MOE [6]. Des modèles ont été développés pour simuler avec précision la dynamique du SOC dans des expériences de terrain à long terme, dans différentes conditions climatiques et pour différents types de sol [7]. Dans cette étude, RothC (l'un des modèles les plus largement utilisés pour simuler la dynamique du SOC a été utilisé pour étudier les changements de stocks de C du sol après des applications répétées de MOE issues de quatre expériences à long terme, dont QualiAgro (Yvelines, France).

Résultats majeurs

Le modèle RothC simule la dynamique du carbone dans le sol en considérant cinq pools de carbone organique: un pool  d’entrée labile (DPM: "matière végétale décomposable"; temps moyen de résidence de 1,2 mois), un pool d’entrée résistant (RPM: "matière végétale résistante", temps moyen de résidence de 3,3 ans), un pool de matière organique humifiée (HUM; temps moyen de résidence de 50 ans), un pool de biomasse microbienne (BIO; temps moyen de résidence de 1,5 ans) et un pool de matière organique inerte non dégradée (IOM). Ce modèle est largement utilisé pour prévoir les changements dans les stocks de C dans les sols arables. Cependant, aucun paramétrage permettant de tenir compte de la diversité des matières organiques exogènes appliquées n’a encore été proposé. Dans cette étude, nous avons considéré des données sur l’évolution des stocks de carbone dans le sol après des applications répétées de MOE issues de quatre essais de longue durée : Askov K2 (Danemark, 31 ans), Qualiagro (France, 11 ans) (figure), SERAIL (France, 14 ans) et Ultuna (Suède, 52 ans).

Figure : Surplus d’augmentation de C organique dans les sols amendés en comparaison des sols témoin dans l’essai QualiAgro. Les mesures (points) sont comparées aux simulations avec le modèle RothC avec des coefficients de partition des MOE ajustés à partir des résultats au champ (lignes noires) ou prédits à partir de l’indicateur ISMO (ligne grise). MSW compost d’ordures ménagères résiduelles, GWS : co-compost de boue et déchets verts, BIOW : compost de biodéchets, FYM : fumier. N+ parcelles recevant une minéralisation azotée complémentaire optimale ; N- : parcelles recevant une fertilisation minérale complémntaire faible. Coefficient de variation du RMSE (CV(RMSE)) et efficience du modèle (EF) pour les simulations utilisant les partitionnements prédits avec ISMO.

L’ajustement des coefficients de partage du C organique total dans la MOE (COT-MOE) entre les pools labiles, résistants et humifiés de RothC (fDPM, fRPM, fHUM, respectivement) a permis de bien simuler l’accumulation de C dans les sols recevant les MOE. L’utilisation des coefficients de partition de la MOE calculés à partir de l’indicateur ISMO a permis d’obtenir des simulations de RothC avec des erreurs légèrement plus importantes que celles basées sur les coefficients de partition ajustés à partir des données expérimentales au champ, à l’exception des MOE qui ont provoqué de très importantes accumulations de C dans le sol (exemple : tourbe) probablement dû à des  facteurs non pris en compte dans le modèle RothC, tels que la modification du pH du sol. La partition proposée du COT des MOE à partir de l’indicateur ISMO permet de prédire le potentiel de stockage du C dans le sol après application de la MOE, indépendamment de l'emplacement du champ et de la composition spécifique des MOE.

Références

1. Ciais, P., Wattenbach, M., Vuichard, N., Smith, P., Piao, S.L., Don, A., Luyssaert, S., Janssens, I.A.,Bondeau, A.,Dechow, R., Leip, A., Smith, P.C.,Beer,C.,vanderWerf, G.R., Gervois, S., VanOost,K., Tomelleri, E., Freibauer, A., Schulze, E.D., 2010. The European carbon balance. Part 2: croplands. Global Change Biology 16, 1409-1428.

2. European Commission, 2006. Proposal for a Directive of the European Parliament and of the Council Establishing a Framework for the Protection of Soil. http://ec. europa.eu/environment/soil/pdf/com_2006_0232_en.pdf.

3. Lal, R., Follett, R.F., Stewart, B.A., Kimble, J.M., 2007. Soil carbon sequestration to mitigate climate change and advance food security. Soil Science 172, 943-956.

4. Marmo, L., Feix, I., Bourmeau, E., Amlinger, F., Bannick, C.G., De Neve, S., Favoino, E., Gendebien, A., Gibert, J., Givelet, M., Leifert, I., Morris, R., Rodriguez Cruz, A., Ruck, F., Siebert, S., Tittarelli, F., 2004. Reports of the Technical Working Groups.

5. Bipfubusa, M., Angers, D.A., N’Dayegamiye, A., Antoun, H., 2008. Soil aggregation and biochemical properties following the application of fresh and composted organic amendments. Soil Science Society of America Journal 72, 160-166.

6. IPCC, 1997. Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. In: Reference Manual. Intergovernmental Panel on Climate Change, vol. 3. http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/gl/invs6.html.

7. Smith, P., Smith, J.U., Powlson, D.S., McGill, W.B., Arah, J.R.M., Chertov, O.G., Coleman, K., Franko, U., Frolking, S., Jenkinson, D.S., Jensen, L.S., Kelly, R.H., Klein-Gunnewiek, H., Komarov, A.S., Li, C., Molina, J.A.E., Mueller, T., Parton,W.J., Thornley, J.H.M., Whitmore, A.P., 1997b. A comparison of the performance of nine soil organic matter models using datasets from seven long-term experiments. Geoderma 81, 153-225.

8. Lashermes, G., Nicolardot, B., Parnaudeau, V., Thuriès, L., Chaussod, R., Guillotin, M.L., Linères, M., Mary, B., Metzger, L., Morvan, T., Tricaud, A., Villette, C., Houot, S., 2009. Indicator of potential residual carbon in soils after exogenous organic matter application. European Journal of Soil Science 60, 297-310.

Affiliations

a INRA, UMR ECOSYS (previously EGC, Environnement et Grandes Cultures) INRA, AgroParisTech, Université Paris-Saclay, 78850 Thiverval-Grignon, France

b Department of Agroecology, Aarhus University, AU Foulum, P.O.Box 50, DK-8830 Tjele, Denmark

c Ctifl/SERAIL Experimental Station, 123 chemin du Finday, F-69126 Brindas, France

d Department of Soil and Environment, Swedish University of Agricultural Sciences, P.O. Box 7014, 750 07 Uppsala, Sweden