Evolution temporelle de la disponibilité du cuivre dans les sols en viticulture biologique

Temporal evolution of copper availability in organic vineyard soils

• Auteur / Autrice : Frédéric Ouédraogo
• Direction : Laurence Denaix, Edith Parlanti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie et écotoxicologie
• Date : Soutenance le 17/06/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interactions sol plante atmosphère (INRA Bordeaux-Aquitaine)
• Jury : Président / Présidente : Jörg Schäfer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Bravin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Eva Schreck, Celine Gueguen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols -- Qualité

Biodisponibilité

Teneur en cuivre

Vignobles

Mots clés libres

Sol

Matière organique

Cuivre

Disponibilité

Vigne

Soil

Organic matter

Copper

Availability

Vineyard

Résumé

L’usage des fongicides cupriques depuis le XIXème siècle a causé une accumulation de cuivre (Cu) dans les sols viticoles. De la phytotoxicité a ainsi été observée dans certaines parcelles. La disponibilité du Cu dépend de sa spéciation et des échanges sol-solution, donc de sa concentration totale en solution et de celle de sa fraction ionique Cu2+. Le cuivre présente une forte affinité pour la matière organique du sol (MO), et particulièrement pour la matière organique dissoute (MOD). La minéralisation de la MO et la dynamique de la MOD dépendent de la gestion agronomique des sols via les apports organiques et des facteurs climatiques tels que la température. La dynamique de la MOD, via sa quantité et sa qualité, pourrait affecter la disponibilité du Cu. Cependant, le lien entre la dynamique de la MOD et la disponibilité du cuivre est mal connu.Cette thèse étudie les effets de la qualité et de la dynamique temporelle de la MOD sur la disponibilité du cuivre, en s’appuyant sur des sols en viticulture biologique de la région de Bordeaux. Il s’est agi d’étudier si la quantité ou la qualité de la MOD, analysée via ses propriétés de fluorescence et d’absorbance, expliquait les concentrations du cuivre total ou du Cu2+ en solution, considérés ici comme des indicateurs de disponibilité du cuivre.Dans des sols représentant une gamme de teneur en Cu (28 - 238 mg kg-1), de teneur en carbone organique (5 - 31 g kg-1) et de pH (6.3 – 8.2), les solutions de sol à l’équilibre extraites présentent des concentrations en Cu total variant de 0.1 à 2.6 µM et en Cu2+ variant de 2.10-4 à 1 µM. Les sols étudiés ont une plus forte variabilité des propriétés optiques de la MOD que des concentrations en carbone organique dissout. L’analyse statistique des relations entre les concentrations en Cu total en solution et les paramètres de la MOD ou les propriétés du sol souligne l’importance de certains paramètres qualitatifs de la MOD tels que le degré d’humification (HIX). La variabilité des concentrations en Cu2+ s’explique à 88 % par le pH.En jouant sur la température, il est possible de stimuler la minéralisation de la MO qui pourrait libérer du Cu initialement sorbé sur la MO. En incubant des sols, la minéralisation de la MO du sol a effectivement été plus importante à 30°C qu’à 20°C. Cependant, la température n’a pas significativement affecté la concentration du Cu total ni celle du Cu2+. Dans le sol au ratio C:N le plus faible, la concentration de cuivre total dans les extraits augmentait au fil de l’incubation, du fait de l’activité biologique plus prononcée. Le Cu2+ s’est avéré fortement lié au pH, indiquant une décorrélation avec le Cu total dans les extraits de sol.L’apport de matières organiques au sol stimule aussi l’activité biologique et peut augmenter la minéralisation de la MO initiale et ainsi modifier la dynamique du Cu. Lors de l’incubation de sols amendés avec des résidus végétaux (feuilles de vigne, d’avoine ou de féverole), les activités enzymatiques et la minéralisation de la MO se sont intensifiées. Aux premiers jours, un pic de concentration en MOD et Cu (total et libre) indique une solubilisation de MO labile et du Cu, concomitante avec une baisse de pH. La MOD est rapidement consommée entrainant une baisse de sa concentration et une augmentation de son degré d’humification. La dynamique du Cu total dans les extraits a été significativement impactée par celle de la MOD tandis que celle du Cu2+ dépendait majoritairement des variations de pH. Ceci confirme la décorrélation entre le Cu total et le Cu2+ dans les extraits de sol étudiés.Les résultats de ce travail indiquent que les variations de température pourraient avoir un effet limité sur la disponibilité du Cu. Par contre, des apports organiques induisent des changements importants sur la dynamique du Cu et variables selon les sols. La gestion agronomique des matières organiques pourrait permettre de mieux contrôler la disponibilité du cuivre dans les sols viticoles.

The use of cupric fungicides since the 19th century has caused an accumulation of copper (Cu) in vineyard soils. Hence, phytotoxicity has been observed in some vineyard plots. The availability of Cu depends on its speciation and soil-solution exchanges, therefore on its total concentration in solution and that of its ionic fraction Cu2+. Cu has a strong affinity for soil organic matter (OM), and particularly for dissolved organic matter (DOM). OM mineralization and DOM dynamics depend on the agronomic management of soils via organic inputs and on climatic factors such as temperature. The dynamics of DOM, via its quantity and quality, are likely to affect the availability of Cu. However, the link between DOM dynamics and Cu availability is poorly understood.This thesis focuses on the effects of the quality and temporal dynamics of DOM on the availability of Cu, based on soils in organic viticulture in the Bordeaux region. The aim was to study whether the quantity or quality of DOM, analyzed via its fluorescence and absorbance properties, could explained the concentrations of total Cu or Cu2+ in solution, considered here as indicators of Cu availability.In soils representing a range of Cu content (28 - 238 mg kg-1), organic carbon content (5 - 31 g kg-1) and pH (6.3 – 8.2), stabilized soil extracts show concentrations in total Cu varying from 0.1 to 2.6 µM and in Cu2+ varying from 2.10-4 to 1 µM. The soils studied have a higher variability of the optical properties of the DOM than of the concentrations of dissolved organic carbon. Statistical analysis of the relationships between total Cu concentrations in solution and DOM parameters or soil properties highlights the importance of some qualitative DOM parameters such as the degree of humification (HIX). The variability of Cu2+ concentrations is explained by pH at 88%.By modifying the temperature, it is possible to stimulate the mineralization of the OM which could thus release some Cu initially sorbed on the OM. By incubating soils, the mineralization of soil OM was indeed greater at 30°C than at 20°C. However, temperature did not significantly affect the concentration of total Cu nor that of Cu2+. In the soil with the lowest C:N ratio, the concentration of total Cu in the extracts increased over incubation, due to the more important biological activity. Cu2+ was found to be strongly linked to pH, indicating a decorrelation with total Cu in the soil extracts.The supply of organic matters to the soil also stimulates biological activity and can increase the mineralization of the initial OM and thus modify the dynamics of Cu. During the incubation of soils amended with plant residues (vine, oat or faba bean leaves), the enzymatic activities and the mineralization of OM intensified. During the first days, a peak in the concentration of MOD and Cu (total and free) indicates a solubilization of labile MO and Cu, concomitant with a drop in pH. DOM is quickly consumed, causing a decrease in its concentration and an increase in its degree of humification. The dynamics of total Cu in the extracts was significantly impacted by that of DOM while Cu2+ depended mainly on pH variations. This confirms the decorrelation between total Cu and Cu2+ in the soil extracts of our work.The results of this thesis indicate that temperature variations could have a limited effect on Cu availability. On the other hand, organic inputs induce significant changes in the dynamics of Cu and depending on the soil. The agronomic management of organic matter could make it possible to better control the availability of copper in vineyard soils.