Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Sols – Teneur en carbone – Évaluation“

En Région wallonne, des sols agricoles situés à proximité d’anciens sites de traitements de minerais ont été impactés par des retombées atmosphériques contaminées en cadmium (Cd), plomb (Pb) et zinc (Zn). Afin d’étudier l’impact de ces contaminations sur la qualité des productions agricoles, une étude du transfert en Cd et Zn du sol vers l’orge de printemps (Hordeum vulgare L.) a été réalisée sur une de ces zones contaminées. Dix-huit prélèvements d’orges ont été effectués en zone contaminée, 10 autres en zone témoin non contaminée et chacun d’eux a été subdivisé en trois sous-échantillons (tige, épi et grain). Un prélèvement a été réalisé dans l’horizon de surface du sol (de 0 à 20 cm) à l’emplacement de chaque prélèvement de plantes. Les concentrations disponibles et pseudo-totales en éléments traces et majeurs ainsi que pHeau, pHKCl, carbone organique total et azote total ont été mesurés sur les échantillons de sols. Les concentrations en Cd et Zn ont été dosées dans les grains, les épis et les tiges. Les concentrations en Cd et Zn mesurées dans les plantes récoltées sur la zone contaminée sont de 2 à 9 fois supérieures à celles mesurées dans les orges témoins. Il existe peu de relations entre la concentration en cadmium dans les grains (CdGrain), la concentration en zinc dans les grains (ZnGrain) et les propriétés des sols à l’exception des teneurs en Cd et Zn du sol. Une analyse Cate-Nelson a permis d’estimer CdGrain à 0,027 mg de Cd/kg matière sèche (MS) pour des teneurs pseudo-totales en Cd dans le sol allant de 0 à 1,23 mg/kg, et à 0,118 mg de Cd/kg de MS pour des teneurs pseudo-totales en Cd dans le sol allant de 1,24 à 6,87 mg/kg. ZnGrain est estimé à 19,2 mg/kg de MS pour des teneurs pseudo-totales de Zn dans le sol allant de 0 à 131 mg/kg, et à 40 mg/kg de MS pour des teneurs pseudo-totales de Zn dans le sol allant de 132 à 570 mg/kg. Une estimation du transfert en Cd et Zn reste toutefois complexe dans ces sols multicontaminés.

La matière organique (MO) est un élément important de la fertilité des sols cultivés. Les mesures de réflectance ont déjàété utilisées avec succès pour prédire la teneur en carbone organique (CO) des sols agricoles, soit au laboratoire surdes échantillons de sols séchés, soit directement au champ à l'aide de spectro-radiomètres de terrain ou grâce à desimages satellitaires. Cette étude propose une méthode de prédiction spatialisée du CO des sols, à partir d'imageriedrone. Une parcelle agricole de 13 ha « la Grande Borne », située dans la plaine de Versailles (78), a été suivie en avril2013, peu avant le semis alors qu'elle était encore en sol nu. Le drone AIRINOV® utilisé était équipé de la caméramultispectrale quadri-bande multiSPEC 4C® (550nm, 660nm, 735 nm et 790 nm) et évoluait à une altitude de 150 m.Vingt-trois placettes de contrôle au sol, réparties dans la parcelle, ont été délimitées par des cibles géolocaliséescentimétriquement par DGPS et ont fait l'objet de mesures synchrones au vol drone : mesures spectrales de terrain(ASD FieldSpec 3®), mesures de rugosité par une méthode photogrammétrique, prélèvements d'échantillons de solpour analyse de la composition chimique et de la teneur en eau. Les images obtenues d'une résolution de 15cm ont étégéoréférencées avec une précision infra-pixellaire. Les spectres de terrain ont été agrégés sur les bandes spectrales de2la multiSPEC® 4C afin de valider par régression linéaire la qualité des données de réflectance du drone. Les Robtenus, entre 0,8 et 0,9 selon les bandes, ainsi que l'erreur comprise entre 1 et 3% en réflectance, ont montrés lafiabilité du capteur multiSPEC 4C®. La teneur en CO a ensuite été estimée par régression des moindres carrés partiels(PLSR) à partir des mesures spectrales sur les 23 placettes. L'erreur quadratique moyenne de validation croisée(RMSECV) par la méthode LOO (Leave One Out) était de 1,97 g de CO par kg de sol. Un second modèle intégrant lacorrection des effets de l'humidité et de la rugosité sur la réflectance, a permis d'améliorer la qualité de la prédiction de18% avec une RMSECV de 1,61 g/kg. Le modèle a enfin été spatialisé sous SIG et comparé à de simples interpolationsspatiales des analyses de sol.

L’agriculture climato-intelligente (Climate Smart Agriculture) vise à lutter contre le changement climatique et à s’y adapter tout en combattant l’insécurité alimentaire. À Madagascar, différentes pratiques agricoles ont été testées depuis une vingtaine d’années par des organisations non gouvernementales et des institutions de recherche afin d’accroître les rendements, maintenir la fertilité des sols et augmenter les revenus des ménages. Ces pratiques sont l’agriculture de conservation, l’agroforesterie et l’utilisation d’intrants ou d’amendements organiques comme le compost ou le fumier. Cette étude a pour objet de documenter les impacts de quelques pratiques d’agriculture climato-intelligente sur le stockage du carbone dans le sol. Les résultats montrent que le stock de carbone des sols varie fortement d’une pratique à l’autre. Pour l’agriculture de conservation, la différence de stock varie de 0 à 1,82 Mg C ha−1 an−1par rapport à la pratique traditionnelle (labour et exportation des résidus). Pour l’agroforesterie, la différence de stock entre des systèmes rizicoles sous girofliers et des pratiques de riziculture sur brûlis est de 0,68 Mg C ha−1 an−1. L’utilisation d’apports organiques comme le fumier, le compost ou les déchets urbains a induit des augmentations de carbone du sol de 0,16, 0,81 et 0,42 Mg C ha−1 an−1, mais les effets de ces apports organiques ne sont pas significatifs du fait de la très grande variabilité inter-parcellaire des stocks mesurés. Les pratiques d’agriculture climato-intelligente permettent ainsi d’augmenter la teneur en carbone du sol et ont donc des potentiels d’atténuation du changement climatique, mais ce potentiel est très variable selon la pratique considérée. Un éventuel impact à l’échelle du pays dépendra de l’étendue de l’adoption de ces différentes pratiques.

Les systèmes agricoles basés sur des matériaux à haute énergie d'entrée (matières fossiles) tels que les engrais chimiques et les pesticides peuvent endommager les propriétés du sol et finiront par réduire la productivité du sol à l'avenir. On pense que les systèmes agricoles alternatifs qui utilisent une faible énergie d'entrée (faible apport d'énergie) peuvent maintenir la fertilité des sols et la durabilité environnementale tout en maintenant ou en augmentant la productivité des sols. Les systèmes d'agriculture biologique privilégient l'utilisation de matières organiques et le recyclage des déchets. Cette recherche révèle comment des changements ont eu lieu dans les propriétés physiques et chimiques des sols qui ont pratiqué plusieurs fois des systèmes d'agriculture biologique. L'étude utilise une méthode d'échantillonnage sur les terres des agriculteurs qui a été étudiée pour traiter les systèmes d'agriculture biologique et non biologique. Deux échantillons de sol ont été prélevés à 2 endroits différents pour représenter les systèmes d'agriculture biologique et 4 échantillons de sol ont été prélevés à 4 endroits différents représentant des systèmes d'agriculture non biologique. L'échantillonnage du sol a été effectué à une profondeur de 20 cm. Les résultats ont montré des différences significatives dans les propriétés chimiques du sol (CEC, pH H2O, P disponible, K disponible, N total, teneur en carbone, acide humique et fulfat) entre le sol avec des systèmes agricoles biologiques et inorganiques qui ont montré de meilleures valeurs dans le système agricole biologique

Les écosystèmes forestiers jouent un grand rôle face au réchauffement climatique grâce aux réservoirs importants de carbone organique (C) de leurs compartiments (aérien, racinaire, litière et sol). En ce qui concerne l'utilisation des terres, les changements d'affectation des terres et la foresterie, des mesures précises des stocks de C dans ces compartiments sont recommandées. Dans ce sens, la capacité de fixation de C des taillis d'eucalyptus (20 à 111 ans) des Hautes Terres centrales malgaches dans ces compartiments a été étudiée, en comparaison avec d'autres modes d'usage des terres (pseudo-steppe, rotation culture/jachère). Des mesures destructives de biomasses et des prélèvements de sols ont été effectués, suivis par le développement d'équations allométriques et des analyses en laboratoire (détermination de la teneur en carbone, étude isotopique). Tous âges confondus, la pratique de taillis d'eucalyptus présente le plus grand stock de C (150,8 ± 25,3 Mg C/ha face à 112 ± 15 et 72,3 ± 9,9 Mg C/hapour la pseudo-steppe et la rotation culture/jachère respectivement). Pour tous les modes d'usage, c'est le compartiment sol qui constitue le principal réservoir de C avec 56% pour l'eucalyptus et plus de 96 % pour les autres modes. Mais ce sont essentiellement la souche et les racines lignifiées qui rendent ces plantations d'eucalyptus plus efficaces que les autres modes d'usage (44 Mg C/ha pour l'eucalyptus face à 2 Mg C/ha) en termes de stockage de C. D'après l'étude isotopique, le C dérivé de l'eucalyptus dans le sol ne domine toutefois qu'en surface, probablement en raison de la gestion en taillis. Cependant, d'autres facteurs, à part la durée de plantation, comme l'altitude et la morphopédologie sont à considérer pour comprendre la dynamique des stocks de C mesurés. (Résumé d'auteur)

De nos jours, la carence en fertilité des sols est un problème très répandu dans la plupart des pays subsahariens. G. sepium a été testé en association avec le cotonnier, le maïs et le sorgho afin de développer les meilleures pratiques dans deux stations de recherche et en milieu paysan dans les zones soudaniennes et soudano-guinéenne du Mali. L'objectif de cette étude était de développer, avec les producteurs participants, une technologie agro-forestière basée sur le Gliricidia sepium dans le système de culture en couloir. Le dispositif expérimental utilisé a été le Split plot à quatre répétitions. Le pH, le carbone organique du sol et l'azote ont été analysé dans des échantillons de sol de 0 à 20 cm de profondeur prélevés en 2016 au début de l'expérience et en 2018. Les rendements grains moyens de coton, de maïs et de sorgho associés au G. sepium étaient respectivement de 812, 1457 et 1377 kg.ha-1, alors qu'ils étaient significativement plus faibles sans G. sepium, avec 623, 1014 et 807 kg.ha-1 respectivement. Pendant la troisième année suivant la plantation de G. sepium, la teneur en carbone organique et en azote total du sol a augmenté de 5% dans les sols situés entre les allées. Le G. sepium en association avec les cultures a le potentiel d'améliorer leurs rendements et le sol.Mots clés : Carbone organique, azote, rendements, zones soudanienne et soudano-guinéenne, Mali English Title: Evaluation of Gliricidia sepium (Jacq.) Kunth ex. Walp effect on soil fertility, yields of cotton, maize and sorghum Nowdays, soil fertility deficiency is a widespread issue in most Sub-Saharian countries specially where the application of less input is the common agricultural practices. Thus the legume plant, G. sepium was established with cotton, maize and sorghum to develop best practices for increasing crop yield and soil fertility at two research stations and farming environment in the Sudanian and Sudano-Guinean zones of Mali. The objective of this study was to develop an agroforestry technology with farmers based on Gliricidia sepium in alley cropping system. The experimental design was Split plot with four replications. Soil pH, soil organic carbon and nitrogen were analyzed from 0-20 cm deep soil samples taken in 2016 at the beginning of the experiment and in 2018. Mean grain yields of cotton, maize and sorghum associated with G. sepium were 812, 1457 and 1377 kg.ha-1, respectively, while they were significantly lower without G. sepium with 623, 1014 and 807 kg.ha-1 as respectively cotton, maize and sorghum yield. In the third year after planting G. sepium, the soil organic carbon and total nitrogen content increased by 5% between the alleys. G. sepium in association with crops has the potential to improve crop yields and soil fertility.Keywords: Gliricidia sepium, organic carbon, nitrogen, yields, Mali.

D’après une étude menée par Institut Togolais de la Recherche Agronomiques en 2018, 300 mille tonnes de tiges de cotonniers sont produites au Togo mais ne sont pas valorisées. Ces résidus agricoles constituent un encombrement pour les espaces cultivables et voire un risque environnemental lorsqu’ils sont brûlés. L’objectif de ce travail était de valoriser les tiges de cotonniers en les transformant en biochar pour l’amendement des sols cultivables. Le biochar obtenu dans ce travail est élaboré en mettant les tiges de coton dans un réacteur artisanal pendant 3 heures. L’échantillon a été constitué en rendant en poudre le biochar élaboré. Les paramètres physicochimiques permettant d’apprécier la qualité du matériau élaboré ont été déterminés avec des méthodes normées. Les résultats révèlent la teneur en matière organique de 82% et 47,67% en carbone organique. Le pH obtenu était basique dans l’ordre de 10,14. Ce paramètre permettra de corrigé le pH des sols acides. L’analyse au spectrophotomètre d’absorption atomique a permis de trouver les teneurs suivantes : l’azote 1324,25 mg/kg ; le potassium 1054,05 mg/kg ; le magnésium 892,87 mg/kg ; le calcium 2647,64 mg/kg et l’azote 622,47 mg/kg. La présence de ces éléments dans le biochar servira d’apport minéraux au plantes. On note la présence de quelques éléments traces métalliques dans le biochar tels que Cu (1,54 ± 0,33 mg/kg) ; Ni (0,16 ± 0,28 mg/kg) ; Pb (0,34 ± 0,20 mg/kg) et Fe (128,79 ± 17,31 mg/kg). Les teneurs des éléments traces métalliques étaient inférieurs aux normes en vigueur. En se basant sur les paramètres analytiques, le biochar élaboré présente de bonnes caractéristiques pour un amendement dans les sols agricoles. English title: Artisanal production of biochar from Togo cotton stems : analysis of its quality for use in organic soil improvers According to a study conducted by the Togolese Institute of Agronomic Research in 2018, 300 thousand tons of cotton stems are produced in Togo but are not valorized. These agricultural residues constitute a congestion for cultivable areas and even an environmental risk when burned. The aim of this work is to valorize cotton stems by into biochar that could be used in agriculture for soils improvement. The biochar obtained in this work was made after carbonization in a homemade reactor for 3 hours. The sample was formed by powdering the biochar prepared. The physico-chemical parameters for assessing the quality of the material developed were determined using standardized methods. The results reveal the organic matter content of 82% and 47.67% organic carbon. The pH obtained was alkaline in the order of 10.14. Analysis with an atomic absorption spectrophotometer revealed the following contents: nitrogen 1324.25 mg/kg; potassium 1054.05 mg/kg; magnesium 892.87 mg/kg; calcium 2647.64 mg/kg and nitrogen 622.47 mg/kg. We noticed the presence of some metallic trace elements in biochar such as Cu (1.54 ± 0.33 mg / kg); Ni (0.16 ± 0.28 mg/kg); Pb (0.34 ± 0.20 mg/kg) and Fe (128.79 ± 17.31 mg/kg). The contents of metallic trace elements were lower than the standards in values. The prepared biochar has good characteristics for improvement of soils.

Une grande quantité d'eau est perdue dans les zones de pâturage et prairies naturelles du fait de la présence dans ces régions de plantes à forte transpiration. La gestion du couvert végétal et des bassins versants a été proposée comme moyen pour augmenter la disponibilité des ressources en eau. Des efforts accrûs ont été consacrés au développement de pratiques de gestion et d'outils pour évaluer le potentiel d'augmentation de la ressource en eau. La modélisation hydrologique joue un rôle clé dans ces efforts. Un des outils les plus complets pour la modélisation dans les zones de pâturage et prairies naturelles est le modèle SPUR. Il s'agit d'un modèle de bassin versant, spatialement semi-distribué. Le modèle est constitué de cinq modules principaux qui incluent les aspects suivants: climat, hydrologie, plantes, animaux et économie. La composante hydrologique du modèle prend en compte à un pas de temps journalier les phénomènes de ruissellement, évapotranspiration, percolation et écoulement latéral. Le ruissellement est calculé à partir du numéro de courbe qui dépend du couvert végétal, des pratiques culturales, ainsi que des conditions hydrologiques. Cependant l'utilisation par le modèle de la méthode du numéro de courbe pour déterminer le ruissellement pose de sérieux problèmes quant à l'efficacité du modèle. Dans notre recherche, nous avons substitué la méthode des numéros de courbe par l'équation de Green et Ampt. Un avantage majeur de cette approche est l'utilisation de l'intensité de la pluie comme variable de forçage au lieu de la pluie journalière. De plus, cette équation d'infiltration utilise des paramètres physiques comme la conductivité hydraulique à saturation. L'objectif de cet article est de présenter les performances du modèle SPUR original et modifié sur trois types de couvert végétal : sol nu, sol enherbé et buissons. Trois années de mesures collectées sur le bassin versant de Throckmorton (Texas, Etats Unis d'Amérique) ont été utilisées pour la calibration et la validation des modèles. Les performances des modèles ont été évaluées en utilisant le coefficient d'efficience de Nash et Sutcliff. Le calage a porté sur la première année de mesure. Pour le modèle original, le calage a consisté à ajuster les numéros de courbe de manière à optimiser l'efficience. Pour le modèle modifié, il n'a été procédé à aucun calage. Les valeurs de conductivité hydraulique à saturation ont été estimées en utilisant des équations de pédotransfert en se basant sur les propriétés texturales et structurales des sols. L'introduction dans le modèle SPUR de l'équation de Green et Ampt a considérablement amélioré la performance du modèle pour la prévision du ruissellement sur tous les sites. L'efficience moyenne pour les prévisions du ruissellement mensuel sur sol nu est de 0.16, alors que celle ci est négative pour le modèle original (-0.11). Pour les sites enherbés l'efficience du modèle modifié est de 0.48 alors qu'elle est négative pour le modèle original. L'utilisation du numéro de courbe a résulté en une surestimation systématique du ruissellement sur tous les sites. De manière générale, le modèle original et le modèle modifié présentent de meilleures performances sur les sites non nus. Ceci est dû au fait que les deux modèles sous-estiment de manière significative l'évaporation sur les sols nus. Un des désavantages des deux modèles est en effet de limiter l'évaporation aux premiers 15 cm du sol. L'introduction de l'équation de Green et Ampt a amélioré les performances du modèle pour la prévision du ruissellement aussi bien à l'échelle mensuelle qu'annuelle. De plus, le modèle modifié est sensible au type d'occupation du sol et est donc adapté comme outil pour l'analyse de scénario en vue de préserver les ressources en eau. Une analyse de sensibilité a été conduite afin d'évaluer l'impact des paramètres d'entrée sur les sorties des deux modèles. L'analyse de sensibilité a consisté à modifier systématiquement les paramètres d'entrée de plus ou moins 10%. Pour le modèle original, l'analyse a porté sur l'influence du numéro de courbe, et pour le modèle modifié celle ci a porté sur l'étude de l'impact lié aux paramètres utilisés pour calculer la conductivité hydraulique à saturation. Concernant le modèle original, une augmentation du numéro de courbe de 10% entraîne une augmentation du ruissellement de 120% pour le sol nu, et aux alentours de 100% pour les autres sites. L'impact de ces variations sur l'évaporanspiration est minimal, avec une variation maximale de 16% pour le sol nu. Concernant le modèle modifié, la teneur du sol en sable est le paramètre ayant la plus grande influence sur la quantité d'eau ruisselée pour le sol nu. Par contre, pour les lysimètres ayant un couvert végétal, le pourcentage de sol couvert par la canopée est le factor majeur contrôlant la quantité d'eau ruisselée. Les paramètres liés au couvert végétal ont un plus grand impact sur le ruissellement que les paramètres liés aux propriétés intrinsèques du sol. Globalement l'introduction de l'équation de Green et Ampt a amélioré les capacités prédictives du modèle. Outre le fait que le modèle modifié ne nécessite pas un calage particulier pour la détermination des paramètres de transfert de l'eau dans le sol, il se base sur l'intensité de la pluie pour la détermination du ruissellement. Il a été montré que le modèle modifié est sensible aux changements de type d'occupation du sol. Il peut donc être donc utilisé comme outil pour évaluer l'impact de différents scénarios d'occupation du sol sur les ressources en eau dans les zones de pâturage et prairies naturelles. Toutefois, des améliorations, telles que l'introduction de l'impact du développement de fissures sur l'infiltration (écoulement préférentiel) ainsi que sur le phénomène d'évaporation devraient être prises en compte afin d'améliorer les prévisions du bilan hydrologiques, notamment sur sol nu.

L’équinoxe de printemps, symbole de renouveau dans plusieurs régions du monde, se célèbre en mettant souvent à l’honneur des éléments de la nature. Le printemps annonciateur de jours longs, lumière, bourgeons et fleurs, se décline à l’envi selon les pays et on l’accueille de manière festive et différente : avec des couleurs (Holi) en Inde1 et au Népal ; des feux de joie, une table et une gastronomie toute particulière pour Nowrouz1 (jour de l’an) en Asie centrale ; en admirant les fleurs de cerisier (Hanami) au Japon, et avec tant de chants, de poèmes, toutes cultures confondues. C’est aussi en cette période de l’année que l’Organisation des Nations Unies a proclamé la Journée internationale des forêts2 et la Journée mondiale de l’eau3, les 21 et 22 mars respectivement, auxquelles s’est adossée la Journée mondiale du bois soutenue par la World Wood Day Foundation4 (reconnue par l’Organisation des Nations Unies), nous rappelant ainsi le nexus entre l’eau, la forêt et le bois. Aborder les liens complexes et multiples entre eau, forêt et bois, leurs différentes facettes, les variantes et variables associées, les changements, les modèles, les prévisions et prospectives, est un travail titanesque devant agglomérer des champs de compétences immenses et variés. Ces Journées internationale et mondiale ont vocation à donner de la visibilité à des enjeux majeurs en permettant une sensibilisation du plus grand nombre via les pouvoirs publics et la société civile. Chaque année, ces Journées internationale et mondiale abordent un thème et en 2024, « Forêts et innovation : de nouvelles solutions pour un monde meilleur » côtoiera « La diversité des bois dans la Culture » et « L’eau pour la paix ». Sans eau, pas de vie, pas de forêt et pas de bois, est un poncif. L’eau est nécessaire à la germination des graines, à la croissance des arbres et autres végétaux. Les arbres produisent, entre autres, du bois : un matériau utilisé depuis des temps immémoriaux, stock de carbone pendant sa durée de vie, recyclable et biodégradable. La forêt, quant à elle, assure des fonctions écosystémiques considérables : (1) un service de production de ressources multiples ; (2) un service de régulation (des sols, de l’air, du cycle de l’eau et des températures) permettant un bon fonctionnement de l’écosystème, le maintien de la biodiversité (photos 1), le stockage de CO2 et l’atténuation du réchauffement climatique ; (3) un service sociétal et culturel7. Les forêts couvrent 4,06 milliards d’hectares et contiennent plus de la moitié du stock de carbone (dans les sols et les végétaux), et les bassins versants forestiers et zones humides fournissent 75 % de l’eau douce accessible et dont plus de la moitié de la population mondiale est tributaire (Sarre, 2019). Outre ces faits à exposer et/ou à rappeler pendant ces Journées internationale et mondiale, l’Organisation des Nations Unies pour l’Alimentation et l’Agriculture7 (FAO) a dégagé des messages clés à transmettre. Innovations et technologies développées ces dernières années : (1) permettent d’utiliser de nouveaux moyens importants de surveillance des forêts et de communiquer et d’échanger des informations à ce sujet ; (2) sont nécessaires pour mettre un terme à la déforestation et à la dégradation des forêts, en particulier lors des incendies ; (3) donnent des moyens aux populations autochtones de cartographier et protéger des terres coutumières (photo 2) ; (4) contribuent à trouver des solutions pour la restauration des écosystèmes, afin de limiter le réchauffement climatique. De plus, la recherche relative aux produits forestiers ligneux ou non, permettra de trouver des matériaux de construction, mais aussi de nouvelles molécules, fibres et solutions pour la chimie innovante de substitution ou non. Ces messages clés, se déclineront différemment selon les zones géographiques, les interlocuteurs et le niveau décisionnel des parties prenantes. À l’innovation technologique, qu’elle soit incrémentale, transformatrice ou disruptive, il faudra ajouter des considérations politiques, de formations et de rémunérations afin que ces innovations profitent aux innovateurs, ainsi qu’aux communautés et aux acteurs qui les mettront en œuvre (Nasi, 2024). Au regard des enjeux, des innovations, des gouvernances à venir, il apparaît crucial de publier les nouvelles connaissances relevant de questions scientifiques souvent socialement vives, en adoptant une évaluation rigoureuse et impartiale (Bergandi, 2018). En les partageant librement, Bois et Forêts des Tropiques et toute son organisation contribueront sans relâche à leur transmission et à la progression certaine du savoir. Ainsi, à l’issue du cycle inexorable des saisons, le printemps prochain et ces Journées internationale et mondiale seront sans doute annonciateurs de nouveautés et de découvertes qu’il nous faudra continuer à diffuser. 1 UNESCO, Patrimoine culturel immatériel, https://ich.unesco.org/ 2 Organisation des Nations Unies, Journée internationale des forêts, https://www.un.org/fr/observances/forests-and-trees-day 3 Organisation des Nations Unies, Journée mondiale de l’eau, https://www.un.org/fr/observances/water-day 4 World Wood Day Foundation, http://www.worldwoodday.org/foundation.php 5 Unesco, Convention du patrimoine mondial, https://whc.unesco.org/fr/list/486 6 Organisation des Nations autochtones de Guyane (ONAG), https://www.ohchr.org/sites/default/files/Documents/Issues/IPeoples/EMRIP/Session13/submissions/LAC/2020-12-03-organisationdesnations-autochones-de-guayane-nag.pdf 7 Food and Agriculture Organization (FAO) of the United Nations, International Day of Forest 2024, Key messages, https://www.fao.org/international-day-of-forests/key-messages/

Il est important de quantifier la réponse des stocks de carbone (C) du sol à l’application d’effluents d’élevage pour des enjeux agronomiques et environnementaux. Les objectifs de cette thèse étaient de : 1/ Mesurer la réponse des stocks de C du sol à l’application d’effluents d’élevage à partir d’études individuelles du monde entier et d’évaluer l’impact de différents facteurs (climat, propriétés du sol, utilisation des terres, caractéristiques de l’effluent) sur cette réponse; 2/ Évaluer l’influence du type de travail du sol et du système de culture sur la réponse des stocks de C après l’application de lisier; 3/ Déterminer l’impact à long terme de l’application de lisier sur le stock de C du sol et sur des formes de C de différents degrés de protection. Les résultats de la méta-analyse (chapitre 1) montrent qu’en moyenne à l’échelle globale, l’application d’effluents d’élevage mène à des stocks de C du sol plus élevés comparativement à la fertilisation minérale ou à un témoin non amendé. L’amplitude de la réponse du stock du C du sol à l’application d’effluents dépend principalement de la quantité de C apportée par l’effluent. Le climat a également influencé la réponse du stock de C mais son effet pourrait être confondu avec celui de la quantité totale de C apportée par l’effluent. À une échelle plus locale, 15 et 21 années d’application de lisier de bovins ont mené à des stocks de C plus élevés comparativement à un témoin non amendé (chapitre 3) ou à la fertilisation minérale (chapitres 2 et 3). Pour les deux sites, l’effet du lisier était limité à la surface du sol (20 et 30 premiers centimètres). Sur le site de Normandin (QC), la réponse du C du sol à l’application de lisier était différente selon la séquence de cultures avec une réponse plus forte pour la rotation à base de plantes pérennes que pour la monoculture de céréales. Sur le site d’Agassiz (CB), l’amplitude de la réponse du C du sol à l’application du lisier dépendait de la quantité de C apportée et cette réponse était atténuée lorsque cette application était combinée avec celle de la fertilisation minérale. De plus, l’application de lisier sur ce site a favorisé l’incorporation de C dans des fractions de matière organique relativement protégées.
For both agronomic and environmental purposes, it is important to quantify the response of soil organic carbon (SOC) stocks to animal manure application. The objectives of this PhD thesis were : 1/ To quantify the response of SOC stocks to manure application from a large worldwide pool of individual studies, and to assess the impact of explanatory factors such as climate, soil properties, land use and manure characteristics; 2/ To determine the influence of tillage and cropping systems on the response of SOC stocks to the application of liquid dairy manure (LDM); 3/ To determine the impact of LDM on SOC stocks in the whole soil and specific physical fractions corresponding to different levels of protection. The meta-analysis (chapter 1) suggests that overall, at the global scale, animal manure application results in significantly larger SOC stocks compared to mineral fertilization or unamended control. The magnitude of SOC stock response to manure application depends mainly on the cumulative manure-C input. Climate also influenced the SOC stock response but its effect could not be decoupled from that of manure-C input. At a local scale, 15 and 21 years of LDM application resulted in significantly higher SOC stocks compared to an unamended control (chapter 3) or mineral fertilization (chapters 2 and 3). For both sites, the LDM effect was limited to the topsoil (down to 20- or 30-cm). In Normandin (QC), the magnitude of the SOC stock response to LDM was dependent on crop sequence, with a much greater effect of LDM application in SOC stocks in the perennial-based rotation than in the cereal monoculture (chapter 2). In Agassiz (BC), the magnitude of the SOC stock response was dependent on manure C input and this response seemed to be smaller with the combined application of LDM and mineral fertilization (chapter 3). In addition, LDM application favoured the incorporation of C in relatively protected fractions of organic matter.

A la croisée de la terre solide et de l'atmosphère, les sols forment le plus grand réservoir terrestre de carbone organique, contenant deux fois plus de carbone que l'atmosphère et la végétation réunies, et constituant un contrôle majeur sur le flux des gaz à effet de serre. En outre, le carbone organique des sols (COS) est essentiel pour leur santé et fertilité, ainsi que pour la qualité de l'eau. La précision de l'outil le plus précieux dont nous disposons pour prédire l'évolution de ce réservoir, les modèles de dynamique du COS, est limitée par notre capacité à estimer la proportion du COS qui persistera sur le long terme. Cette quantité importante de carbone présente dans les sols depuis des siècles ou des millénaires, considérée comme « stable », peut varier fortement d'un endroit à l'autre. L'ambition de ma thèse était d’explorer une nouvelle approche basée sur l'analyse thermique et l’apprentissage automatique, pour caractériser le COS, estimer la proportion du carbone « stable » dans les échantillons de sol et ensuite utiliser cette nouvelle information pour améliorer la précision des modèles de dynamique du COS. Dans un deuxième temps, je me suis concentrée sur la technique de l'analyse thermique pour comprendre mieux les informations qu'elle offre, à la base des expériences modèles en laboratoire. Enfin, les résultats principaux de ma thèse consistent en une approche opérationnelle améliorant la précision des modèles du COS avec une valeur claire et significative pour une gestion « intelligente » des sols et, en des nouveaux aperçus sur le principe de fonctionnement, les limites et les possibilités de la technique d'analyse thermique au cœur de cette approche
Soils store twice the amount of carbon that is found in atmosphere and vegetation combined. They act as a buffer between solid earth and atmosphere and exercise a major control on the atmospheric concentration of CO2 through the release or sink of greenhouse gases. Organic carbon in soils in the form of organic matter is essential to soil health and fertility, to nutrient availability and water quality. The performance of the most valuable tool at our disposal for understanding and predicting the evolution of this reservoir, soil organic carbon (SOC) dynamics models, is currently limited by a missing key: the ability to estimate the proportion of SOC that will remain unchanged over projection-relevant timescales. This important amount of carbon present in soils for centuries or millennia, and therefore considered “stable”, can vary greatly from one location to another. The goal of my thesis was to explore a new approach based on thermal analysis and machine learning, to characterise SOC, estimate the proportion of “stable” carbon in soil samples, and use this information to improve the accuracy of SOC dynamics models. In a second step, I focused on the thermal analysis technique in the heart of this approach to understand better the important information it offers, based on model laboratory experiments. Finally, the main results of my thesis consist of a complete and validated operational approach improving the accuracy of SOC models with a clear and significant value for “climate-smart” soil management, while the experimental part offers new insights into the working principle, limitations and possibilities of the thermal analysis technique at the heart of this approach

La caractérisation des particularités des boues de station d'épuration des eaux et la problématique agro-économique et environnementale liée à leur élimination, ont constitué les motivations principales de ce travail. La première partie de ce travail est destinée à mesurer la qualité du carbone des boues, à évaluer sa vitesse de dégradation et à établir des relations entre la qualité de la matière organique et sa dégradation afin d'expliquer et de prévoir le comportement du carbone des boues dans deux sols fréquemment répandus dans la région du Midi-Pyrénées. Dans une seconde partie, la vitesse de minéralisation de l'azote des boues a été déterminée, ainsi que son potentiel de volatilisation. Afin de conclure l'étude sur le carbone et l'azote, l'effet de la taille des particules sur la dynamique de dégradation a été évalué. [. . . ]

De la paille de ble mature marquee au 14c et au n15 a ete incubee durant deux ans, a temperature et humidite controlees, dans deux types de sol. Sur la moitie de chaque type de sol, douze cultures successives de ble ont ete realisees, pendant que l'autre moitie a ete maintenue sans plante dans les memes conditions. Durant les stades initiaux de decomposition rapide du materiel vegetal, la presence de racines a legerement reduit la mineralisation du carbone. Par contre, durant les stades ulterieurs, lorsque le materiel labile avait disparu, la presence de racines a provoque un surcroit de mineralisation du carbone marque et du carbone natif du sol. La dynamique de la biomasse microbienne est caracterisee par un developpement rapide en reponse a l'existence de substrats facilement mineralisables. Durant les stades de forte activite biologique du sol, la presence de plantes a ralenti provisoirement l'evolution de la biomasse microbienne. Apres epuisement du substrat labile, la biomasse microbienne en absence de plante a ete diminuee d'un facteur de 3 a 4, tandis que, en presence de plantes, les composes rhizodeposes lui permettent de se maintenir a un niveau eleve. Cette biomasse rhizospherique a provoque la mineralisation des composes humifies relativement stables du sol. Ainsi, un surcroit de mobilisation de n d'origine native du sol a ete constate dans le sol avec plantes par rapport au sol nu

Le travail a porte sur l'etude de l'effet de la qualite biochimique et de la teneur en azote des residus issus de cultures de colza sur les flux de carbone et d'azote impliques au cours de leur decomposition dans le sol. L'etude a tout d'abord permis d'evaluer la pertinence de methodes proximales (fractionnement van soest, pyroanalyse a programmation de temperature) et spectroscopiques (infrarouge a transformee de fourier, rmn) pour definir la composition biochimique des residus ou suivre son evolution au cours de la decomposition dans le sol. Des relations statistiques ont ensuite ete etablies entre le devenir du carbone et de l'azote de differents residus de cultures (plantes entieres ou des organes issus de colza, luzerne, pois, soja, orge, ble et mais) et leurs caracteristiques biochimiques (teneurs en azote organique, carbone soluble a l'eau a 20\c et polyphenols solubles ; fractions composes solubles, cellulose, hemicelluloses et lignine definies par la methode van soest). L'influence de la qualite et celle de la teneur en azote des residus vegetaux sur ces flux nets d'azote ont ete explicitees par la quantification des processus bruts d'organisation et de mineralisation de l'azote en utilisant un marquage isotopique des residus au carbone 13 et a l'azote 15. Enfin, la decomposition de residus de colza a ete etudiee au champ au moyen de 2 dispositifs experimentaux (parcelles et cylindres remplis de sol remanie implantes dans le sol) en utilisant une approche couplee des dynamiques du carbone et de l'azote.

Ce travail s'inscrit dans la lutte contre les changements climatiques et plus particulièrement la réduction de la concentration en CO2 atmosphérique. L'objectif est de comprendre les mécanismes de stabilisation du carbone dans les horizons profonds des sols. L'influence de la végétation, des minéraux et d'un apport de matière organique anthropique (compost) sur la dynamique du carbone a aussi été étudiée. Quatre sols représentatifs des principaux modes d'occupation (prairie, forêt et culture) ont été caractérisés. Dans les sols sous prairie et sous forêt, les apports de matière organique fraîche étant limités en profondeur, la quantité de matière organique diminue tout en devenant plus réfractaire. Son taux reste cependant élevé ce qui est probablement lié à la forte quantité d'argiles et à la diminution de l'activité biologique. Les différents modes d'occupation influencent la quantité de matière organique mais modifient peu sa qualité. En effet, si les taux de carbone et les quantités de lipides sont plus importants dans les sols cultivés que dans les sols à végétation permanente, l'étude structurale de la matière organique révèle peu de différences. Enfin, l'étude de la matière organique associée aux minéraux a montré un remaniement bactérien plus important dans les fractions granulométriques les plus fines. L'apport de matière organique sur un sol cultivé modifie l'activité biologique et entraîne une amélioration de la stabilité structurale. Le changement de répartition des différentes formes de matière organique associé à la présence de marqueurs moléculaires du compost dans les lipides et les substances humiques montre une incorporation du carbone exogène
Carbon dioxide sequestration in plant and carbon storage in soil and biomass could be considered as a complementary solution against the increase in concentration of gases responsible for climate change. The aim of this work is to understand the mechanisms of organic matter stabilization in the deepest horizons of soils. The influence of landuse, minerals and amendment with organic matter (compost) on the carbon dynamic has been studied. Four soils representing different landuses (grassland, forest and arable soil) were characterized. The organic matter decreases in amount with depth and becomes more refractory. The relatively high amount of organic matter in deep horizons is probably related to the strong presence of clays and to the low biological activity. The different vegetations seem to influence strongly the quantity of soil organic carbon while affecting slightly its quality. Indeed, the structural study of organic matter shows weak differences whereas the amount of carbon and lipids are more important in arable soil. The study of organomineral associations revealed that the bacterial contribution is more important in fine fractions. Amendment with organic matter of an arable soil affects the biological activity and improves its structural stability. The distribution of the different forms of organic matter has been modified and the presence of molecules originating from the compost in lipids and humic substances show an incorporation of exogenous carbon

Les couvertures de couverture (CC) sont des plantes utilisées périodiquement pour couvrir le sol et qui sont ensuite enfouies dans le sol pour enrichir celui-ci par l’augmentation de la quantité de matière organique à la suite d’un retour de résidus végétaux. Cette utilisation se fait généralement de deux façons : semées après ou avant la culture principale (en dérobée) ou semées en même temps que la culture principale (en intercalaire). Ce projet de recherche avait pour objectif général de déterminer l’effet des espèces de CC et des parties végétales (racines et parties aériennes) sur la décomposition de ces plantes enfouies dans le sol. Dans une expérience factorielle en tiroirs de 3 x 2 x 6 avec quatre blocs aléatoires complets, les parties aériennes et racinaires de trois espèces de CC dont le pois fourrager (Pisum sativum L.), le trèfle rouge (Trifolium pratense L.) et la vesce commune (Vicia sativa L.) ont été enfouies dans le sol, par la technique des sacs de résidus. Des sacs ont été prélevés à 0, 10, 20, 30, 60 et 90 jours après placement au champ. Initialement, la partie racinaire de la vesce commune était la plus riche en azote (N) tandis que la partie aérienne du trèfle rouge était la plus riche en N. Nos résultats démontrent que l’azote contenu dans les racines des CC se libère plus lentement que celui des parties aériennes. Le trèfle rouge est l’espèce qui s’est décomposée le plus rapidement. Après 90 jours de décomposition, il ne restait que 20 % et 11 % de la biomasse initiale pour le pois fourrager et la vesce commune, et le trèfle rouge, respectivement. La partie racinaire des CC était plus riche en N que leur partie aérienne. Nous n’avons pas trouvé de corrélation entre la biomasse et les paramètres de qualité des CC (N, carbone (C), C:N).

La maitrise des pertes de nitrate associees aux systemes agricoles necessite la prediction precise de l'evolution des transformations et des transferts du nitrate dans le sol. Dans cet objectif, nous proposons un modele dynamique et mecaniste couplant les transferts d'eau, de solutes et d'energie avec les transformations biologiques du carbone et de l'azote. Ce travail consiste a parametrer et evaluer le modele. Une experimentation in situ a ete conduite en sol nu, de septembre 1993 a octobre 1994, pour mesurer les variables necessaires au fonctionnement et a l'evaluation du modele. Ces mesures ont ete effectuees entre 0 et 150 cm, sur quelques metres carres et pour deux traitements: avec ou sans incorporation de paille de ble. Les parametres physiques et biologiques du modele sont determines independamment de l'experience de validation. La temperature du sol, le rayonnement net et les transformations biologiques (mineralisation du carbone, mineralisation et organisation brutes de l'azote) sont simules de maniere satisfaisante pour toute l'annee de mesure. Des desaccords entre observations et simulations apparaissent en ete et en hiver pour les potentiels hydriques et les teneurs en eau. Ils sont attribues a l'existence d'un mulch a la surface et aux ecoulements preferentiels. Ces ecoulements ont ete clairement mis en evidence par un tracage cl#--#1#5no#3#-. L'evolution du nitrate est bien simulee pour les 90 premiers centimetres de sol. Plus en profondeur, le modele surestime les quantites de solutes au printemps et en ete. Le modele sous-estime en fait le drainage durant ces periodes. Nous pouvons conclure que l'amelioration du modele requiert surtout une meilleure description des transferts de masses. Il parait notamment necessaire de prendre en compte les ecoulements preferentiels et l'evolution de l'etat de surface du sol

Le réchauffement climatique est un problème majeur pour le monde scientifique et les sociétés. La concentration de dioxyde de carbone a augmenté de 45% depuis la période préindustrielle (Harris, 2010), conséquence des activités humaines déséquilibrant le cycle du carbone mondial. Cela se traduit par un réchauffement de la planète avec des impacts dramatiques sur la terre et encore plus pour les populations fragiles.Parmi les solutions d'atténuation, une meilleure utilisation du sol est proposée. En effet, les sols ont la plus grande capacité d'échange de carbone avec l'atmosphère et renferment un stock important de carbone. Une augmentation minime du stock de carbone du sol, les échanges de carbone entre l'atmosphère et le sol plus favorables à la séquestration du carbone dans le sol compenseraient les émissions de carbone provenant de la combustion des combustibles fossiles. Cependant, la dynamique du carbone dans le sol souffre encore de connaissances insuffisantes. Il subsiste alors une grande incertitude quant à la réponse du carbone du sol aux changements climatiques et aux changements d'affectation des terres.Plusieurs modèles mécanistiques ont été développés pour mieux comprendre la dynamique du carbone du sol. Cependant, ces modèles mécanistes ont encore une vue incomplète des processus physiques affectant la matière organique (MO) du sol. Il faudra beaucoup de temps pour obtenir un modèle complet et à jour de la dynamique des sols.Dans ma thèse, nous avons proposé un modèle statistique bayésien visant à décrire la dynamique verticale du carbone du sol. Cela se fait grâce à la modélisation du carbone organique du sol et aussi des données radiocarbone, car elles illustrent le temps de séjour de la MO et donc la dynamique du carbone du sol. Cette approche statistique visait à mieux représenter les incertitudes sur la dynamique du carbone du sol et quantifier les effets des facteurs climatiques et environnementaux sur le carbone des sols superficiels et profonds.Cette méta-analyse a été réalisée sur une base de données de 344 profils, collectés à partir de 87 articles scientifiques et archéologiques et paléoclimatologiques, sous différentes conditions climatiques et environnementales.Un modèle non linéaire hiérarchique avec effets aléatoires a été proposé pour modéliser la dynamique verticale du radiocarbone en fonction de la profondeur. Les techniques de sélection bayésiennes, récemment publiées, ont été appliquées aux couches latentes de notre modèle, elles-mêmes liées par une relation linéaire aux facteurs climatiques et environnementaux. Le Bayesian Group Lasso, le Bayesian Sparse Group Selection(BSGS) et le Bayesian Effect Fusion(BEF) ont été testés pour identifier les principaux prédicteurs explicatifs catégoriels et le Stochastic Search Variable Selection pour identifier les prédicteurs explicatifs numériques influents. Une comparaison de ces techniques bayésiennes a été effectuée sur la base des critères de sélection du modèle bayésien pour spécifier quel modèle a le meilleur pouvoir prédictif En plus de la sélection de prédicteurs catégoriels, le BSGS permet de formuler une probabilité d'inclusion a posteriori pour chaque niveau dans les prédicteurs catégoriels comme type de sol et type d'écosystème. En outre, le BEF a permis de fusionner les types de sol et les types d’écosystèmes qui, selon le BEF, sont supposés avoir les mêmes effets sur nos réponses d’intérêts que la réponse du radiocarbone du sol arable.L'application de ces techniques a permis de prédire, en moyenne et au niveau mondial, la dynamique verticale du radiocarbone dans le cas d'une augmentation de température et de changement d’usage des sols. Par exemple, nous avons étudié l'impact de la déforestation des forêts tropicales et leur remplacement par des terres cultivées sur la dynamique du carbone du sol. La même analyse statistique a également été effectuée pour mieux comprendre la dynamique verticale de la teneur en carbone du sol
Global warming is a major issue for both the scientific world and societies. The concentration of carbon dioxide has increased by 45% since the pre-industrial era (Harris, 2010) as a consequence of human activities, unbalancing the global carbon cycle. This results in global warming with dramatic impacts on the Earth, particularly for fragile populations.Amongst mitigation solutions, a better use of soil is proposed. Soils have the largest capacity of carbon exchanges with the atmosphere and contain a large stock of carbon. A tiny increase in this soil carbon stock and in carbon exchanges between atmosphere and soil would be more favorable to soil carbon sequestration and would compensate for carbon emissios from burning fossil fuel. However, soil carbon dynamics still suffers from insufficient knowledge. There remains therefore a huge uncertainty about the soil carbon response to climate and land-use changes.While several mechanistic models have been developed to better understand the dynamics of soil carbon, they provide an incomplete view of the physical processes affecting soil organic matter (OM). It will be long before a complete and updated soil dynamics model becomes available.In my thesis, I propose a Bayesian statistical model aiming at describing the vertical dynamics of soil carbon. This is done thanks to the modeling of both soil organic carbon and of radiocarbon data as they illustrate the residence time of organic matter and thus the soil carbon dynamics. The purpose of this statistical approach was to better represent the uncertainties on soil carbon dynamics and to quantify the effects of climatic and environmental factors on both surface and deep soil carbon.This meta-analysis was performed on a database of 344 profiles, collected from 87 soil science papers and the literature in archeology and paleoclimatology, under different climate conditions (temperature, precipitation, etc.) and environments (soil type and type of ecosystem).A hierarchical non-linear model with random effects was proposed to model the vertical dynamics of radiocarbon as a function of depth. Bayesian selection techniques, recently published, were applied to the latent layers of the model, which in turn are linked by a linear relationship to the climatic and environmental factors. The Bayesian Group Lasso with Spike and Slab Prior (BGL-SS), the Bayesian Sparse Group Selection (BSGS) and the Bayesian Effect Fusion model-based clustering (BEF) were tested to identify the significant categorical explanatory predictors (soil type, ecosystem type) and the Stochastic Search Variable Selection method to identify the influential numerical explanatory predictors. A comparison of these Bayesian techniques was made based on the Bayesian model selection criteria (the DIC (Deviance Information Criterion), the Posterior Predictive Check, etc.) to specify which model has the best predictive and adjustment power of the database profiles. In addition to selecting categorical predictors, the BSGS allows the formulation of an a posteriori inclusion probability for each level within the categorical predictors such as soil type and ecosystem type (9 soil types and 6 ecosystem types were considered in our study). Furthermore, the BEF made it possible to merge the types of soil as well as the types of ecosystem, which according to the BEF, are considered to have the same effects on the responses of interest here, such as the response of the topsoil radiocarbon.The application of these techniques allowed us to predict, on average and on a global level, the vertical dynamics of the radiocarbon in the case of a temperature increase of 1, 1.5 and 2 °C, and in the case of a change in vegetation cover. For example, we studied the impact of deforesting tropical forests and replacing them by cultivated land on soil carbon dynamics. The same statistical analysis was also done to better understand the vertical dynamics of soil carbon content