Persistance et vulnérabilité du carbone nouvellement stocké dans les sols agricoles

Persistence and vulnerability of the recently stored carbon in agricultural soils

• Auteur / Autrice : Tchodjowiè Panaewazou Israël Kpemoua
• Direction : Claire Chenu, Pierre Barré, Sabine Houot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du sol
• Date : Soutenance le 29/03/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Yves Coquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Iñigo Virto, Safya Menasseri, Delphine Derrien
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Iñigo Virto, Safya Menasseri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bilan des émissions de gaz à effet de serre

Biogéochimie

Écologie agricole

Mots clés libres

Carbone organique du sol

Agroécologie

Stockage additionnel

Stabilité biogéochimique

Sensibilité

Temps moyen de résidence

Soil organic carbon

Agroecology

Additional storage

Biogeochemical stability

Sensitivity

Mean residence time

Résumé

Différentes pratiques agroécologiques permettent d'augmenter les stocks de carbone organique du sol (COS). Bien que cela soit très positif en termes d'atténuation au changement climatique et de santé des sols, la permanence du stockage additionnel de COS doit être évaluée, en particulier dans un contexte de changement climatique. L'effet puits de carbone sera plus efficace, même à court et moyen terme, si le stockage additionnel de COS est réalisé sous forme de carbone organique (CO) persistant et non de CO labile. L'objectif de cette thèse était d'évaluer d'une part la stabilité biogéochimique du carbone nouvellement stocké, et d'autre part la vulnérabilité de ce carbone face aux événements climatiques extrêmes. Pour cela, nous avons utilisé une approche multiméthodes (fractionnement physique, analyse thermique Rock-Eval, incubation à long terme et modélisation) pour déterminer les fractions de carbone et les compartiments cinétiques de carbone. Nous avons évalué la vulnérabilité du carbone en déterminant la sensibilité de la minéralisation du COS à l'augmentation de la température, à la diminution de l'humidité du sol et à la présence de cycles desiccation/humectation. Les différentes analyses et expériences ont été réalisées sur des échantillons de sol de surface (0-30 cm) provenant de luvisols tempérés soumis pendant 20 ans à l'agriculture de conservation (CA), à l'agriculture biologique (ORG) et à l'agriculture conventionnelle dans l'expérience de La Cage et à des applications de produits résiduaires organiques (PROs) dans l'expérience QualiAgro. Notre étude démontre que les parcelles qui ont reçu les PROs ont conduit à plus de C additionnel dans la matière organique associée aux minéraux (MAOM-C) et dans la matière organique particulaire (POM-C), alors que le CA et l'ORG, ont conduit à plus de C additionnel dans la MAOM-C. Le modèle PARTYSOCv2.0 utilisant les paramètres d'analyse thermique Rock-Eval a révélé que la plupart, sinon la totalité, du C additionnel était dans le compartiment de C actif. Ces résultats suggèrent que, bien que le C additionnel soit principalement associé au MAOM-C, il n'est probablement pas stocké sous une forme dont le temps moyen de résidence dépasse 30 ans. La proportion de POM et les expériences d'incubation ont révélé une récalcitrance chimique des POM avec les PROs. En outre, les sols stockant le carbone avaient une sensibilité similaire au régime d'humidité du sol et à la température que les sols de référence. Ainsi, la mise en œuvre de ces pratiques agroécologiques apparaît bénéfique à l'atténuation au changement climatique, même dans le contexte d'événements climatiques extrêmes. Suite à la stabilité à court terme de ce carbone additionnel, ces pratiques agroécologiques doivent être poursuivies afin de maintenir leur stock à un niveau élevé.

A range of agroecological practices allow to increase soil organic carbon (SOC) stocks. While it is very positive in terms climate change mitigation and soil health, the permanence of the additional SOC storage can be questioned, in particular in a climate change context. Furthermore, the carbon sink effect will be more effective, even in the short and medium term, if the additional SOC storage is realized in the form of persistent organic carbon (OC) and not in labile OC. The objective of this thesis was to firstly evaluate the biogeochemical stability of the recently stored carbon, and secondly the vulnerability of this carbon to extreme climatic events. To achieve this, we used a multi-method approach (physical fractionation, Rock-Eval thermal analysis, long-term incubation and modelling) to determine carbon fractions and carbon kinetic pools. We assessed carbon vulnerability by determining the sensitivity of SOC mineralization to increasing temperature, decreasing soil moisture and subsequent dry-wet cycles. The different analyses and experiments were performed on topsoil samples (0-30 cm) from temperate Luvisols that were subjected for 20 years to conservation agriculture (CA), organic agriculture (ORG) in the La Cage experiment, and conventional agriculture and organic waste products (OWPs) applications in the QualiAgro experiment. Our study demonstrates that the plots that received the OWPs led more additional C in minerals associated organic matter (MAOM-C) and in particulate organic matter (POM-C), whereas the CA and ORG, led to more additional C in MAOM-C. The PARTYSOCv2.0 model using Rock-Eval thermal analysis parameters revealed that most, if not all of the additional C belonged to the active C pool. These findings suggest that although additional C is mainly associated with MAOM-C, it is probably not stored in a form with a mean residence time exceeding 30 years. The proportion of POM and the incubations experiment revealed a chemical recalcitrance of POM with OWPs. In addition, the carbon-storing soils had similar sensitivity to soil moisture regime and temperature as the baseline ones. Hence, the implementation of these agroecological practices appears to be beneficial to climate change mitigation, even in the context of extreme climatic events. Given the short-term stability of this additional carbon, these agroecological practices must be continued in order to maintain their stock at a high level.