MOSAIC. Dynamique des Matières Organiques des Sols, dans des systèmes Agricoles Intensifs liés à l élevage et dans un contexte de Changements globaux

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1 UMR SAS MOSAIC Dynamique des Matières Organiques des Sols, dans des systèmes Agricoles Intensifs liés à l élevage et dans un contexte de Changements globaux Décembre 2012 Décembre 2016 V. Viaud Appel d offre Agrobiosphère 2012

2 Organisation du projet WP1 WP2 WP3 Quantifier les variabilités et co-variabilités existantes à l échelle du paysage - Caractérisation des systèmes de cultures et du milieu - Cartographie des stocks de MOS - Cartographie de l abondance et de la diversité microbienne Echelle du paysage (BV 12km²) Comprendre les processus contrôlant la dynamique de la MOS - Relations diversité microbienne / dynamique de la MO - Impact du régime hydrique sur la dynamique de la MO - Importance des processus de stabilisation Transect, sol Modéliser et simuler des évolutions à l échelle du paysage - Modélisation intégrée de la dynamique de N - Modélisation intégrée de la dynamique et des transfert s de C - Simulation prospective Echelle du paysage (BV 12km²) Observations enquêtes cartographie numérique Statistiques spatiales et multivariées Suivi in-situ (sites instrumentés) : minéralisation, émissions gaz, émissions dissoutes Caractérisations biochimiques Incubations Modélisation : amélioration des formalismes, validation Enquêtes Simulation de scénarios 2

3 WP1 : production de données sols et mise à jour des connaissances sur les systèmes de culture à Naizin Données sols sur 199 points échantillonnés (0-15 cm) en juin transectskerrollandet Guériniec Stocks et teneurs en C N total + N min P (Dyer, Olsen, total) -> cf TRANS-P COD Abondance et diversité microbienne (rendement ADN + composition bactérienne et fongique Stabilité structurale Texture ph CEC Cu,Si,Al,Fe Da Spectres NIRS Caractérisation des systèmes de cultures (SDC) : enquêtes en exploitation en 2013 (Akkal N.) Rotation Fertilisation organique Gestion des résidus de culture 3

4 WP1 : quantifier la variabilité des stocks de MO à l échelle du BV Analyse de l effet du milieu physique (sols, topo) et des usages des sols (sur les teneurs et stocks de C et spatialisation (Akkal N., Menasseri S., Michot D., Pichelin P., Viaud V.) Impact des SDC sur les teneurs en C : les caractéristiques les plus influentes sont lesentréesdecparlesrésidusdeculture le nombre de labours sur la rotation Spatialisation des teneurs et stocks de C : test de 4 jeux de variables prédictives variables du milieu + variables SDC variables du milieu sans géophysique + variables SDC variables du milieu + variables SDC sans les données d enquête variables du milieu sans géophysique + variables SDC sans les données d enquête Lien avec les projets phosphore 4

5 WP1 : quantifier la variabilité des stocks de MO à l échelle du BV Evolution de la MO depuis 1992 sur 6 points (Denis M., Levêque J., Mathieu O.) Objectif: quelle évolution depuis 20 ans? Agrégation Dynamique des stocks de MO: stockage, déstockage? Production de MO labile: quantité et qualité Méthodes: Fractionnement granulométrique Analyses élémentaires et isotopiques Extraction et caractérisation physico-chimique ducod 5

6 WP1 : quantifier la variabilité des stocks de MO à l échelle du BV Evolution de la MO depuis 1992 sur 6 points (Denis M., Levêque J., Mathieu O.) Résultats Pas de modification de l agrégation Fraction granulométrique < 50 μm la plus abondanteetlaplusricheenc AugmentationdesstocksdeCsurlaplupartdes points(18à63%parrapportà1992) Les stocks de MO proviennent essentiellement d une végétation de type C3 Quantite plus importante de composés aromatiques contenus dans les sols actuels. Perspectives: Ajuster un modèle de dynamique des MO 6

7 WP1 : quantifier la variabilité des stocks de MO à l échelle du BV Variabilité de la biomasse et des communautés microbiennes du sol (Le Guillou C., Ranjard L., Chemidlin N.) Biomasse microbienne moléculaire Gamme de variation de la biomasse microbienne élevée Principal facteur de contrôle : teneur en C du sol Biomasse plus élevée dans les bois et friches que dans les cultures Au sein des cultures, augmentation de la biomasse avec la fréquence de prairies. 7

8 WP1 : quantifier la variabilité des stocks de MO à l échelle du BV Variabilité de la biomasse et des communautés microbiennes du sol (Le Guillou C., Ranjard L., Chemidlin N.) Indice de richesse Communautés bactériennes et fongiques différemment impactées par le milieu et des systèmes de culture : Communauté bactérienne majoritairement influencée par le ph du sol et par la fréquence du travail du sol. Communauté fongique majoritairement influencée par la fréquence des prairies 8

9 WP2 : comprendre les processus contrôlant la dynamique des MOS Quantification des relations entre diversité microbienne et dynamique de minéralisation du C (Le Guillou C., Maron P.A., Louis B., Matthieu O.) Méthode 100 sols issus de la campagne d'échantillonnage sélectionnés dans le sous-bv de Kervidy. Incubations en conditions contrôlées avec ou sans apport de résidus de blé marqués au C13: Suivi de la minéralisation respective du carbone issu du sol et du résidu de culture Suivi du dégagement de N2O. Données acquises. Perspectives : formalisation et calibration d une fonction prenant en compte la diversité microbienne dans un modèle de dynamique de la MO. 9

10 WP2 : comprendre les processus contrôlant la dynamique des MOS Impact du régime hydrique sur la dynamique de la MO et les flux associés Dynamique intra-annuelle de la minéralisation du C et des émissions de CO2 associées dans les sols hydromorphes et à l échelle du versant de Kerrolland (thèse E. Tete) Minéralisation du C réduite en conditions de saturation : au moins 50% par rapportàlacapacitéauchamp A l échelle du versant : une différence de 37 à 41% d émissions annuelles de CO 2 entre les sols subissant des périodes de saturation et les sols non saturés. 10

11 WP2 : comprendre les processus contrôlant la dynamique des MOS Impact du régime hydrique sur la dynamique de la MO et les flux associés Flux annuels de CO2 à l échelle du petit bassin-versant et variabilité spatiale des flux émis par le sol. (Buysse, P.) 11

12 WP2 : comprendre les processus contrôlant la dynamique des MOS Impact du régime hydrique sur la dynamique de la MO et les flux associés Stabilisation de la MO : combinaison d approches physiques et biogéochimiques (Omari A., Rumpel C., Menasseri-Aubry S.) Méthodes Étude sur les deux transects de Kerrolland et Guériniec extractions sélectives des oxydes FeetAl extractions de lignines par oxydation cuprique fractionnement à l eau des agrégats et détermination de la distribution du C et N dans les classes d agrégats 12

13 WP2 : comprendre les processus contrôlant la dynamique des MOS Impact du régime hydrique sur la dynamique de la MO et les flux associés Stabilisation de la MO : combinaison d approches physiques et biogéochimiques (Omari A., Rumpel C., Menasseri-Aubry S.) Différences significatives de teneurs en C entre les 2 transects : les plus fortes teneurs mesurées en bas de versant à Kerrolland (2.24 %) en haut de versant à Guériniec(2.61%). Quantité d oxydes de Al et Fe plus faibles et proportion d oxydes amorphes plus importante en sols hydromorphes sur les 2 transects. 13

14 WP2 : comprendre les processus contrôlant la dynamique des MOS Impact du régime hydrique sur la dynamique de la MO et les flux associés Stabilisation de la MO : combinaison d approches physiques et biogéochimiques (Omari A., Rumpel C., Menasseri-Aubry S.) Teneur en lignines plus importantes et lignines moins dégradées en sols hydromorphes 14

15 WP2 : comprendre les processus contrôlant la dynamique des MOS Impact du régime hydrique sur la dynamique de la MO et les flux associés Stabilisation de la MO : combinaison d approches physiques et biogéochimiques (Omari A., Rumpel C., Menasseri-Aubry S.) Pas de différence de stabilité des agrégats le long du versant à Guériniec stabilité significativement plus faible en bas de versant à Kerrolland mais pas de différence de distribution du C dans les agrégats 15

16 WP3 : modéliser et simuler des évolutions à l échelle du paysage Suivi et modélisation des transferts de COD (Humbert G., et al.) 16

17 Perspectives WP1etWP2: Finaliser l analyse des résultats et valoriser Croiser les approches et proposer des indicateurs de qualité des sols/ dynamique MO WP3 : Modélisation intégrée de la dynamique du carbone organique des sols Enquêtes / simulation prospective de l évolution de la MO des sols sous l effet des changements globaux 17