Effet d’un apport organique croissant dans un sol sur la minéralisation du carbone et de L’Azote organique

 Micro-organismes

Les microorganismes sont essentiels pour le fonctionnement et le maintien de l’écosystème naturel (James, 2002). Parmi les bactéries des sols, on distingue les bactéries aérobies, participant essentiellement à des réactions d’oxydation de la matière organique et les bactéries anaérobies, les réduisant au cours de la fermentation. Chez les bactéries la croissance se traduit principalement par une augmentation du nombre de cellules. Les champignons sont munis d’un mycélium pluricellulaire très résistant à la sécheresse. Les champignons sont généralement moins exigeants quant aux conditions du milieu que ne le sont d’autres organismes du sol. Ils interviennent principalement dans la dégradation des sucres complexes cellulose, lignine (Duchaufour, 1988). Les champignons existent surtout dans la phase de décomposition de la matière organique qui précède la formation de l’humus (Senez J. C., 1968). 4 Ph, NH4+ ,NH3+, NO3 -,CO2… -Activité (Biomasse Enzyme) Substrat organique Microorganismes -Quantité -Qualité -Pool génétique Facteurs physico-chimiques Figure 2 : Interaction substrat-décomposeurs

La Minéralisation de la matière organique

. Le carbone constitue l’élément majoritaire du vivant. Le dioxyde de carbone, CO2, qui est sa forme minérale est le principal gaz à effet de serre. Son stockage sous forme organique participe à la réduction de la pollution atmosphérique mais aussi à la fertilité des terres. Quant à l’azote organique, sa forme utilisable, le nitrate (NO3-) ou l’ammonium (NH4+) est nécessaire au développement des producteurs primaires. Grâce aux enzymes qu’ils produisent, les microorganismes dégradent la matière organique.

Cycle du carbone

Le temps de séjour de la matière organique du sol dans l’environnement terrestre en fait un composant majeur du cycle global du carbone (Post et al., 1990). La quantité de carbone stockée dans des sols est déterminée par le solde entre la productivité primaire de la végétation, les apports de détritus associés et la décomposition de leur matière organique (Grace et al., 2006). Les émissions de CO2 de combustion des combustibles fossiles augmentant à l’échelle mondiale par plus de 116 millions de tonnes C par an (Marland et al., 2003), il y a un intérêt en croissance dans l’utilisation des stratégies de gestion qui promeuvent la séquestration carbonique. Les mécanismes qui régissent le cycle du carbone au niveau de la biosphère sont : la photosynthèse, la respiration et la décomposition, aérobie ou anaérobie. La photosynthèse est effectuée par les producteurs primaires (végétaux chlorophylliens). Elle consomme du dioxyde de carbone et produit du dioxygène et de la matière organique (composés C, H, O, N…). La respiration est un mécanisme qui consomme du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone, et sert à transformer la matière organique en énergie. Elle est réalisée aussi bien par les végétaux que par les animaux. La décomposition est effectuée par les microorganismes présents dans les couches superficielles des sols. Elle consiste soit en une fermentation anaérobie en absence d’oxygène, soit en une décomposition aérobie en présence d’oxygène dans le sol. Ces deux mécanismes produisent du CO2 (com. pers.). Figure 3 : Cycle actuel du carbone : les chiffres en italique noir correspondent aux tailles des reservoirs (en Gt), les autres correspondent aux flux (en Gt/an). Modifie d’après Prieur et Combarnous (2003) et Gaillardet (2005).

Cycle de L’azote

L’azote sous forme de N2 est l’élément le plus abondant de l’atmosphère. Son passage de l’état minéral à l’état organique débute par une fixation de l’azote de l’air par les Bactéries symbiotes ou libres et d’autres microorganismes libres (Cyanobactéries et Levures). L’azote intègre ainsi les molécules organiques telles Protéines, Acides aminés, ARN et ADN …..Après libération par protéolyse des acides aminés par les moisissures et de nombreuses bactéries anaérobies strictes, l’azote, grâce aux microorganismes, se minéralise d’abord par ammonification sous forme d’ammoniac NH4 + , en suite de Nitrite NO2 – et en fin de Nitrate NO3 – , forme préférentielle des plantes (Mengel et Kirby, 1982): c’est la nitrification. Le cycle s’appauvrit en azote par la dénitrification (réduction de NO3 – en N2 par des bactéries du sol en milieu anaérobie). Figure 4 : Le cycle de l’azote, d’après Mariotti, (1997). 1. Minéralisation 2.Réorganisation 3.Dénitrification CE : colloïdes électronégatifs 

Matériel et Méthodes

Pour étudier l’effet d’une présence croissante de MO sur la minéralisation du carbone et de l’azote organique, l’activité microbienne ; nous avons réalisé des expériences de laboratoire. La manipulation est faite avec du sol, du fumier de cheval et des fientes de poule. II.1. le sol Le sol de Nioro du Rip (13° 45′ Nord 15° 48′ Ouest) est classé parmi les types ferrugineux tropicaux lessivé (Dubois, 1948), des zones soudano-sahéliennes à pluviosité en général un peu inférieure à 1m et à saison sèche marquée d’une durée d’au moins huit mois (Duchaufour, 1970). L’échantillon servant à nos analyses est prélevé dans l’horizon (0-10cm), séché à l’ombre et tamisé à 2mm. Les caractéristiques physico-chimiques sont indiquées dans le tableau 1. Tableau 1: Caractéristiques Analytiques du sol. Sylla, (2010).Teneur Valeur Argile (g.100g-1 ) 3,4 Limon grossier (g.100g-1 ) 0,8 Sable fin (g.100g-1) 7,8 Sable grossier (g.100g -1 ) 53,7 Capacité d’échange et Bases échangeables 32,5 Ca (cmol.kg-1 ) 6,9 Mg (cmol.kg-1 ) 2,3 K (cmol.kg-1 ) 0,5 Na (cmol.kg-1 ) 0,1 CEC (cmol.kg-1 ) 24,7 C (g.100g-1 ) 0.04 N (g100g-1 ) 0.03 (NH4+ et NO3-) (mg/kg) 29 8 II.2. Matière organique . Les matières organiques que nous avons utilisées sont le fumier de cheval et de la fiente de poule en provenance de Lendeng, situé dans le département de Rufisque dans la zone maraichère de la SOCOCIM. La matière organique a été séchée pendant 7jours à l’ombre, broyée et tamisée aux mailles de 2mm. Les apports de matière organique ont été faits pour chaque étude à deux niveaux : un, exclusivement avec du fumier et un autre associant du fumier et de fiente de poule aux proportions respectives de 2/3 e t 1/3. La teneur en carbone et en azote a été évaluée. Cette évaluation est réalisée par le LAMA.

Humidités

Pour faire une incubation en condition contrôlée, il est nécessaire de connaitre l’humidité résiduelle et humidité à la capacité au champ du sol et la matière organique pour un apport correct d’eau déminéralisée. II.3.1. Humidité résiduelle Toute matière conservée à sec à une température ordinaire contient une humidité résiduelle due à la tension superficielle de ses particules. D’abord nous avons utilisé une coupelle en aluminium tarée (Mc) pour chaque matière (sol, fumier et fiente). En suite nous mettons environ 5g de matière sur chaque coupelle bien identifiée par un initial correspondant à la matière. La masse de la coupelle contenant de la matière pourvue d’humidité est pesée (Mh + Mc). Nous incubons ces récipients chargés à l’étuve de 105°c pour faire évaporer l’eau de capillarité. Nous récupérons 72h après les coupelles que nous plaçons dans un dessiccateur à gel de couleur bleu. Ce la permet une bonne fixation des vapeurs d’eau pendant une dizaine de minutes. En fin nous sortons les coupelles et les pesons ce qui donne (Mm + Mc). La valeur de l’humidité s’obtient par le calcul suivant : Hr= (Mh – Ms/Mm)*100.

humidité à la capacité de rétention au champ

L’humidité à la capacité au champ est la quantité d’eau d’un sol ressuyé dans des conditions où le drainage est assuré librement. Elle est évaluée en condition expérimentale (28°c+-1°C) par une succion progressive. Nous prenons un tuyau d’évacuation cylindrique (5cm de hauteur sur 5cm de diamètre) sans fond. Nous surmontons l’une des bases d’un papier filtre maintenu par un élastique. Cet ensemble est humidifié et pesé pour constituer la tare (T). Dans Ce nouveau récipient taré nous mettons une masse M1 de sol ou matière. Le Tuyau chargé est posé sur une éponge fortement imbibée d’eau. La matière s’humidifie par remonté capillaire. Le tuyau chargé de matière humide est pesé de nouveau : c’est la masse M2 au temps To. Dans un bocal de 1litre ou 50g de sable sec bien tassés afin d’avoir une surface plane. Nous mettons sur la surface plane du sable du bocal un papier filtre. Le cylindre est déposé dans le bocal. Il est recouvert à sa base supérieure d’un autre papier filtre non fixé. Nous couverons le bocal du para film et l’incubons à l’étuve (inférieure à 30°c). La masse du cylindre est pesée après chaque 30minutes. Nous obtenons ainsi masse qui diminue dans le temps. Pour chaque temps t correspond, le taux d’humidité exprimé pour 100g de matière sèche. Soit : H(t)= ((Mh(t) – (Mmr))*100/ (Mmr) Mh(t): masse de la matière humide au cours du temps= (Mn- T) Mn: masse cylindre + sol humide au temps t (n+1) T : masse cylindre + papier humide Mmr : masse réel de matière sèche utilisée = M1 – Hr Hr : humidité résiduelle de M1 de matière sèche Pour chaque échantillon nous avons effectué trois répétions. A partir des moyennes introduites sur Excel nous établissons une courbe de H(t) pour 100g de matière humide en fonction du temps. L’humidité à la capacité au champ correspond au point à partir du quel l’humidité varie très faiblement entre les pesés.