Quantification par approche micromorphologique couplée à de l’analyse d’images de l’effet de la mise en culture et de l’apport de matières organiques sur l’intensité et la dynamique des processus de lessivage et de bioturbation à l’échelle pluri décennale

Quantification by a combination of a micromorphological approach with image analysis of lessivage and bioturbation rates in soils in response to land use and agricultural practices changes at a pluri-decennial time scale

• Auteur / Autrice : Ophélie Sauzet
• Direction : Philippe Cambier, Yves Coquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du sol
• Date : Soutenance le 18/11/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Saclay (2015-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Baveye
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Coquet, Philippe Baveye, Pascal Boivin, Jérôme Poulenard, Isabelle Cousin, Guénola Peres, David Montagne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Boivin, Jérôme Poulenard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Illuviation

Fumier

Cultures et sols

Méthodes statistiques

Bioturbation

Sols -- Dynamique -- Lessivage

Dynamique

Sols

Traitement d'images

Sols -- Micromorphologie

Mots clés libres

Agriculture

Analyse d'images

Bioturbation

Illuviation

Micromorphologie

Pédogénese

Agriculture

Image analysis

Bioturbation

Illuviation

Micromorphology

Pedogenesis

Résumé

La capacité du sol à fournir de nombreux services écosystémiques dépend de propriétés qui évoluent en permanence sous l’effet de multiples processus. Or, malgré leur importance, les dynamiques des processus de lessivage et de bioturbation de la fraction < 2 μm sont peu connues. Nous nous sommes alors fixés pour objectifs de i) développer et valider une méthode de quantification par analyse d’images de l’intensité de ces deux processus, ii) quantifier l’effet d’un à deux siècles de mise en culture et d’une dizaine d’années d’apports répétés de fumier sur leur intensité, et iii) d’en déduire des informations sur leur dynamique. Notre procédure d’analyse d’images repose sur une approche colorimétrique et texturale permettant de prendre en compte les différents niveaux d’organisation des sols. Le volume de sol bioturbé depuis 10 000 à 15 000 ans, est compris entre 65% du volume total à 40 cm de profondeur et 20 à 30% du volume total à 150 cm de profondeur soit une masse de sol déplacée de l’ordre de 6 500 t.ha-1 ou 1 700 t.ha-1 de fraction fine. Le processus d’illuviation est, quant à lui, à l’origine d’un flux de fraction fine de 1 100 t.ha-1. Les processus étudiés se sont montrés sensibles et étonnement réactifs aux forçages anthropiques. Deux cents ans de mise en culture ont eu pour résultats : i) une évolution de la structuration des sols sur au moins un mètre de profondeur, ii) une modification de l’architecture du volume de sol remanié par les vers de terre, et iii) une intensification du processus de lessivage. Une dizaine d’années d’apports répétés de fumier ont à l’inverse été en mesure de tamponner la plupart de ces évolutions. Cette réactivité inattendue des sols représente une opportunité en ce qu’il est possible d’orienter ces évolutions en fonction d’un objectif d’atténuation des effets du changement climatique notamment.

The intensity at which soils provide ecosystem services are function of soil properties that permanently evolved according to numerous processes. Lessivage and bioturbation are of crucial importance as they imply the clay size fraction but are still poorly characterized. This study aims at i) developing a digital 2D image analysis method to quantify both processes intensity, ii) quantifying the effect of two centuries of continuous cultivation and of a decade of organic amendments spreading on their intensity, and iii) characterizing their dynamics. We succeeded in quantifying those processes by carefully considering different levels of soil organization while combining a colorimetric and a textural approach. The percentage volume of worm-worked soil since 10 000 to 15 000 years is 65% at 40 cm depth and between 20 and 30% at 150 cm depth that corresponds to a soil mass flow of 6 500 t.ha-1, i.e. 1 700 t.ha-1 of clay size fraction. Illuviation is responsible for a clay size fraction mass flow of 1 100 t.ha-1. On a time scale as short as two centuries, cultivation was found to induce i) a change of the soil poral network characteristics until 1 meter depth, ii) a modification of the structure of the worm-worked soil volume, and finally iii) an increase of the lessivage intensity. A decade of organic matter spreading tended to lower the intensity of lessivage. Finally, our study points out the fact that soils are highly reactive and that our method may be particularly helpful to predict soil evolution while facing climate change among others.