Salinisation des terres agricoles dans les zones côtières ˸ analyse des sols et des eaux, de l’échelle du paysage à celle de l’agrégat de sol

Agricultural Land Salinization in coastal area˸ Soil and Water Analysis From Landscape to Soil Aggregate

• Auteur / Autrice : Aplena Bless
• Direction : Stéphane Follain, François Colin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du sol
• Date : Soutenance le 04/07/2019
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'étude des interactions sols-agrosystèmes-hydrosystèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Agnès Maritchù Guiresse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Follain, François Colin, Agnès Maritchù Guiresse, Catherine Hénault, Emmanuelle Vaudour, Philippe Cattan, Didier Michot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Hénault, Emmanuelle Vaudour

Mots clés

Mots clés libres

Salinité du sol

Stabilité des agrégats du sol

Zone cotière

Qualité du sol

Agriculture durable

Soil salinity

Soil aggregate stability

Coastal area

Soil quality

Sustainable agriculture

Résumé

La salinisation des eaux et des sols constitue un processus majeur de dégradation des terres arables. Dans le même temps, les zones sodiques et salines telles que les estuaires, constituent des hot-spot de biodiversité. Ces zones doivent donc être considérés comme des systèmes complexes qu’il est nécessaire d’étudier afin de préserver leur capacité à assurer différentes fonctions et services écosystémiques.Le travail de thèse se positionne dans le cadre global de la compréhension de l’évolution des terres agricoles de marges côtières, soumises aux processus de salinisation. L’objectif principal était de contribuer à la production de connaissances sur le fonctionnement des ces systèmes, en vue de proposer des stratégies de remédiation durables. Une démarche d'adaptation en plusieurs étapes, fondée sur l’observation et l’analyse du système à différents niveaux d’organisation : du périmètre de production à l’agrégat de sol. Nous avons mené notre étude sur la commune de Sérignan (Hérault - France) en aval du bassin du fleuve Orb.L’observation au niveau du paysage nécessitait adopter des méthodes de caractérisations faciles d’accès et autorisant un haut débit d’analyse. Des méthodes fondées sur la mesure de la conductivité électrique des sols et des eaux. L’analyse de la distribution spatiale de la variable « conductivité électrique », nous a permis de quantifier la pression saline, d’identifier les sources de sel et de préciser la nature des processus responsables de l’augmentation des concentrations en sel dans la zone racinaire. Nous avons construit un modèle conceptuel des flux d’eau entre les différents compartiments constitutifs de ce système complexe que représenter le processus de salinisation.L’observation au niveau du paysage, nous a aussi permis d’identifier six parcelles de référence, propres à traduire différents fonctionnements hydro-pédologiques. Sur ces parcelles, l’analyse morpho-structurale et géochimique fine des profils de sol ainsi que le suivi des niveaux piézométriques nous a permis de tester la robustesse de la stabilité structurale comme indicateur de la capacité des sols à assurer leurs fonctions. Cette évaluation globale à l’échelon du profil de sol nous semblait pertinente i) pour juger de la capacité globale de lixiviation des sels, et ii) pour intégrer l’ensemble du volume racinaire prospecté par la vigne. L’analyse corrélative montre que les stabilités (MWD) des horizons. A semblent plus dépendantes de l’occupation des sols, de la teneur en matière organique et de la fraction argileuse alors que pour les horizons B, les valeurs de stabilité sont plus corrélées à la teneur en sels fortement liée à la présence de la zone saturée sous-jacente. Par ailleurs, l’analyse détaillée des teneurs en Na+ et Cl- suggère que les sels sont précipités dans le volume poral, plutôt qu’adsorbés (cas de Na+) sur la CEC. Il existe donc un potentiel de « désalinisation », sans nécessité de désorption, fondé sur la mise en solution, lixiviation et exportation des solutés via le réseau de drainage.Enfin, pour ces 6 parcelles, nous avons confronté, les caractéristiques physico-chimiques et l’activité microbiologique des horizons A. Là, notre intérêt s’est porté sur l’évaluation globale de la fonction de potentiel de minéralisation des matières organiques à partir de mesures de respiration, à l’aide des dispositifs de type MicroRespTM. Nous avons montré que pour les horizons A, les stabilités structurales étaient significativement plus élevées en conditions de friches qu’en condition de vignoble. Pourtant, ces conditions de friches présentaient les valeurs les plus élevées pour la conductivité électrique des sols. Une explication possible est que la stabilité soit plus importante en relation à la teneur en matière organique plus élevée en surface des sols en friches, ainsi qu’à des teneurs plus élevées en carbone labile.

Salinization of water and soil is a major process of degradation of arable land. At the same time, salt and salt areas, such as estuaries, are hot spots for biodiversity. These areas should therefore be considered as complex systems that need to be studied in order to preserve their ability to perform different ecosystem functions and services.The work of thesis is positioned in the global framework of the understanding of the evolution of agricultural lands of coastal margins, subjected to the processes of salinization. The main objective was to contribute to the production of knowledge on the functioning of these systems, with a view to proposing sustainable remediation strategies. For this we have adopted a multi-step approach, based on observation and analysis of the system at different levels of organization: from the production perimeter to the soil aggregate. Specifically, we conducted our study on the town of Sérignan (Hérault - France) downstream of the Orb river basin.Landscape-level observations required easy-to-access characterization methods that allowed for high throughput analysis. We have therefore opted for methods based on the measurement of the electrical conductivity of soils and water. The analysis of the spatial distribution of the variable ''electrical conductivity'' allowed us to quantify salt pressure, identify salt sources and specify the nature of the processes responsible for increasing salt concentrations in the root area. Then, in order to gather our observations and hypotheses in a formalism that represents the salinization process, we have constructed a conceptual model of the water flows between the different compartments that make up this complex system.The observation at the landscape level, also allowed us to identify six reference plots, suitable to translate different hydro-pedological operations. On these plots, the detailed morpho-structural and geochemical analysis of the soil profiles as well as the monitoring of the piezometric levels allowed us to test the robustness of the structural stability as an indicator of the capacity of the soils to perform their functions. This overall assessment at the soil profile level seemed relevant to us i) to judge the overall salt leaching capacity, and ii) to integrate the entire root volume surveyed by the vine. The correlative analysis shows that A horizon horizons (MWD) appear to be more dependent on land cover, organic matter content and clay fraction whereas for B horizons, stability values are more correlated with the salt content strongly related to the presence of the underlying saturated zone. Moreover, the detailed analysis of the Na+ and Cl- contents suggests that the salts are precipitated in the pore volume, rather than adsorbed (Na+ case) on the CEC. There is therefore a potential for ''desalination'', without the need for desorption, based on the solution, leaching and export of solutes via the drainage network.Finally, for these 6 plots, we compared the physico-chemical characteristics and the microbiological activity of the A horizons. Here, our interest was in the global evaluation of the mineralization potential function of organic matter from respiration measurements, using MicroRespTM devices. We have shown that for A horizons, structural stabilities were significantly higher in wasteland conditions than in vineyard conditions. However, these wasteland conditions had the highest values for the electrical conductivity of soils. One possible explanation is that stability is more important in relation to the higher organic matter content at the surface of the fallow soils, as well as higher levels of labile carbon. This explanation is consistent with the observation of plant cover dominated by species inducing rhizodepositions. In addition, some studies suggest that the labile fraction of organic carbon and total nitrogen increase the potential for macro-aggregation, especially for fallow soils.