The impact of plant growth and potassium uptake on clay minerals in soil

L'impact de la croissance des plantes et l'absorption du potasse sur l'évolution minéralogique des argiles du sol

• Auteur / Autrice : Eleanor Bakker
• Direction : Bruno Lanson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 06/04/2018
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la Terre (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Charlet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Barré, Fabien Hubert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Hinsinger, Stephen Hillier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Engrais et amendements

Cultures et sols

Rayons X -- Diffraction

Engrais potassiques

Argile

Mots clés libres

Argile

Sol

Potasse

Culture continue

Diffraction des rayons x

Experience de culture de longue duree

Clay

Soil

Potassium

Continuous agriculture

X-Ray diffraction

Long-Term field experiment

Résumé

Le potassium est un nutriment essentiel à la croissance et au développement des plantes. Les minéraux argileux dans les sols représentent un important réservoir de K disponible pour les plantes. L'extraction de K fixé à partir de l'espace interfoliaire des minéraux micacés 2:1 peut entraîner une augmentation de la distance feuillet à feuillet qui peut être mesurée par diffraction des rayons X . Des échantillons de l'expérience Morrow Plots continue avec du maïs (C) ou du maïs-avoine-foin (R), provenant de sous-parcelles fertilisées (F) et non fertilisées (U) pour les années 1904, 1957, 1980, 1997 et 2013-2014, ont été soumis au fractionnement granulométrique séquentiel pour obtenir la fraction limoneuse (50-2 um) et les sous-fractions argileuses (2-0,2, 0,2-0,05 et <0,05 um). Les résultats granulométriques montrent une hétérogénéité significative malgré la petite taille de la MP, et un gain de sous-fraction < 0,05 um avec le temps. La modélisation des diagrammes de diffraction des rayons X a été effectuée pour obtenir une identification concluante de l'assemblage de minéraux argileux et évaluer l'impact de 110 ans d'agriculture continue et de différentes pratiques agronomiques. Un assemblage complexe de minéraux argileux a été identifié avec jusqu'à onze contributions différentes nécessaires pour reproduire les données expérimentales de sous-fractions de moins de 2 um, y compris jusqu'à six couches mixtes d'illite-smectite-chlorite. L'analyse de phase quantitative pour toutes les sous-parcelles et toutes les années, a montré que l'assemblage minéral du MP est similaire entre les différentes sous-parcelles, quel que soit le traitement agronomique. Aucune preuve significative d'altération ou de transformation des phases minérales argileuses n'a été observée au fil du temps. La nature dioctaédrique des minéraux argileux de la MP désavantage l'extraction du K et donc la dissolution est le mécanisme privilégié pour l'absorption du K et la perte de sous-fractions 2-0,2 et 0,2-0,05 um est attribuée à ce processus.

Potassium is an essential nutrient for plant growth and development. Clay minerals in soils represent an important reservoir of plant-available K. Extraction of fixed K from the interlayer space of micaceous 2:1 minerals can lead to an increase in the layer-to-layer distance which can be measured by X-ray diffraction. Samples from the Morrow Plots continuous corn (C) and corn-oats-hay (R) experiment, from fertilised (F) and non-fertilised (U) subplots for the years 1904, 1957, 1980, 1997 and 2013-2014 were subjected to sequential size-fractionation to obtain the silt fraction (50-2 um) and clay-sized subfractions (2-0.2, 0.2-0,05 and <0.05 um). Granulometric results show siginificant heterogeneity despite the small size of the MP, and a gain in <0.05 um subfraction with time. Full-profile fitting of X-ray diffraction patterns was performed to obtain conclusive identification of the clay mineral assemblage and assess the impact of 110-years of continuous agriculture and different agronomic practices. A complex clay mineral assemblage was identified with up to eleven different contributions necessary to reproduce the experimental data of <2 um subfractions, including up to six illite-smectite-chlorite mixed-layers. Quantitative phase analysis for all subplots and years showed that the mineral assemblage of the MP is similar between different subplots, regardless of agronomic treatment. No significant evidence of alteration or transformation of clay mineral phases was observed over time. The dioctahedral nature of the clay minerals of the MP disfavours K-extraction and thus dissolution is the favoured mechanism for K-uptake and the loss of 2-0.2 and 0.2-0.05 um subfractions is attributed to this process.