Evolution de la dynamique du carbone d'un arénosol méditerranéen lors d'un changement d'usage forêt/vigne, de l'échelle du mètre à celle de la centaine de nanomètres

Evolution of carbon dynamics from a Mediterranean arenosol by a forest to vineyard land use change, from the metre to the hundred nanometre scale

• Auteur / Autrice : Solène Quéro
• Direction : Isabelle Basile-Doelsch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement. Géosciences
• Date : Soutenance le 12/12/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de l'environnement (Aix-en-Provence)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEREGE Centre Européen de Recherche et d’Enseignement des Géosciences de l’Environnement (Aix-en-Provence ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Tiphaine Chevallier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samuel Abiven, Blanche Collin, Thierry Heulin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Katell Quénéa, Françoise Watteau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique

Viticulture biologique

Sols -- Teneur en carbone

Régions de climat méditerranéen

Sols sablonneux

Écologie des sols

Nano-géosciences

Mots clés libres

Mise en culture

Dynamique du carbone

Associations organo-minérales

Microscopie électronique à Balayage (MEB)

Arénosol

Fractions

Land use change

Carbon dynamics

Organo-mineral associations

Scanning electron microscopy (SEM)

Arenosol

Fractions

Résumé

La restauration de la qualité des sols après une mise en culture nécessite une meilleure compréhension de la dynamique du carbone (C). L’objectif de cette thèse était donc d’évaluer l’impact d’une transition de la forêt vers la vigne sur la dynamique du C des sols, de l’échelle du m à la centaine de nm. Les variations des stocks de C et leur dynamique ont été quantifiées dans une paire d’arénosols méditerranéens adjacents (80 cm de profondeur, transition > 100 ans). La quantification de C, N et du 14C (bulk et 4 fractions de sol) ont révélé une diminution drastique du stock de C sur l’ensemble du profil lors de la transition (-94% sur le 0-30 cm), ainsi qu’une redistribution verticale et horizontale du C par le labour profond. A l’inverse, le labour a sélectionné pour toutes les fractions des pools de C stables, dont l’âge augmente avec la diminution de la taille de la fraction. Le C restant après la mise en culture, contenu principalement dans la fraction < 2 µm, était ancien, stabilisé et majoritairement d’origine microbienne. Les observations MEB du sol forestier ont révélé que la MO de cette fraction était sous forme de polymères extracellulaires ou EPS (nanotubules encore jamais imagés ainsi) et les interactions organo-minérales sous forme de coprécipitation et d’adsorption. Il se pourrait que les EPS stabilisées soient la forme restante de la MO après la mise en culture. L’adoption de pratiques stockantes permettrait de retrouver le stock de C initial en une centaine d’années, ce qui va dans le sens de l’initiative 4p1000. L’ensemble de ces connaissances contribuent à une meilleure efficacité des méthodes agroécologiques pour le stockage du C

Restoring soil functioning after land use change need a better understanding of the carbon (C) dynamic. The objective of this thesis was to evaluate the impact of a forest-to-vineyard land use change on soil C dynamics, from the m to the nm scale. Long-term variations in C stocks and their dynamics were quantified in a pair of adjacent Mediterranean arenosols (80 cm deep, forest/vineyard transition > 100 years ago). Quantification of C, N and 14C (bulk and 4 soil fractions) revealed a drastic decrease of the C stock over the entire (-94% in the 0-30 cm) after long-term grape cultivation, accompanied by both vertically and horizontally redistribution of the remaining C, due to deep ploughing. In contrast, ploughing selected stable C pools for all fractions, whose age increased with decreasing fraction size. The remaining C after cultivation, contained mainly in the < 2 µm fraction, was old, stabilized and mainly of microbial origin. SEM observations of the forest soil revealed that OM in this fraction was extracellular polymers or EPS (nanotubules never before imaged in this way) and organo-mineral interactions in the form of co-precipitation and adsorption. It is possible that stabilised EPS is the remaining form of OM after cultivation. The adoption of stocking practices would allow the initial C stock to be recovered in about 100 years, which is in line with the 4p1000 initiative. All this knowledge contributes to enhance the effectiveness of agro-ecological methods for storing C