Dynamique et disponibilité du phosphore: cas d'un sol ferrallitique malgache

Dynamic and availability of phosphorus: case of a malagasy ferrallitic soil

• Auteur / Autrice : Manitranirina Henintsoa
• Direction : Thierry Becquer, Lilia Rabeharisoa
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 19/04/2018
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro en cotutelle avec Université d'Antananarivo
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : EcoSols - Ecologie fonctionnelle et biochimie des sols
• Jury : Président / Présidente : Jean-Chrysostôme Randriamboavonjy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Heriniaina Ramanankierana, Michel-Pierre Faucon, Bodovololona Rabary, Christian Morel, Jean Trap, Lilia Rabeharisoa, Thierry Becquer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Heriniaina Ramanankierana, Michel-Pierre Faucon

Mots clés

Mots clés libres

Phosphore

Sol ferrallitique

Citrate

Azote

Riz

Haricot

Phosphorus

Ferrallitic soil

Citrate

Nitrogen

Rice

Common bean

Résumé

Le phosphore (P) est un élément essentiel pour toute forme de vie aussi bien animale que végétale. Pour les végétaux, la seule source de P est le sol. Cependant, dans le sol, le P est très peu disponible puisqu’il est très souvent fixé par les oxyhydroxydes de Fe et d’Al ou précipité par les minéraux primaires (Al-P, Fe-P, Ca-P) limitant ainsi les prélèvements de P par les plantes. En condition de déficience en P, les racines des plantes ont la capacité de secréter des anions organiques, dont le citrate, capables d’améliorer la disponibilité du P du sol. Ainsi, une extraction avec différentes concentrations de citrate (0 - 500 µM) a été réalisée sur un sol ferrallitique. Une première série a été réalisée à basse température (2°C), une seconde série à température ambiante (25°C) et une troisième à température ambiante avec ajout supplémentaire de glucose et de nitrate comme source de C et de N. L’apport de C et N avait pour but d’intensifier l’activité microbienne. Les résultats ont montré que la disponibilité du P augmentait avec la concentration de citrate car ce dernier a permis la dissolution du PO4 adsorbés sur les minéraux. A 25°C, l’activité microbienne était encore faible alors que l’ajout de C et de N l’a intensifié et a entrainé une immobilisation du PO4 jusqu’à 20 µM de citrate. Toutefois, les résultats ont montré que la disponibilité du P était principalement contrôlée par les processus géochimiques. Etant donné que ces anions organiques sont secrétés par les racines, ces dernières sont donc capables de modifier la physico-chimie de la rhizosphère. Pour mettre en évidence les effets des racines des plantes sur la mobilisation du P dans le sol, du riz et du haricot ont été cultivés en association sur un dispositif expérimental au champ et les paramètres physico-chimiques de la rhizosphère de ces deux plantes, notamment le P disponible, ont été comparés avec ceux du bulk soil. Le riz et le haricot ont été soumis à deux facteurs dont un apport annuel de P minéral sous forme de TSP équivalent à 0, 5, 10, 20 et 50 kg P ha-1 et un apport annuel de P organique sous forme de fumier équivalent à 20 kg P ha-1. Ces deux facteurs ont été combinés. L’expérimentation a été réalisée durant 3 années successives et chaque traitement a été répété 4 fois. Des prélèvements annuels de sols rhizosphériques de riz et de haricot et de bulk soil sur chaque traitement ont été réalisés au stade floraison du haricot et des analyses physico-chimiques de ces échantillons de sol ont été effectuées. Les résultats observés ont montré que les racines des deux plantes ont amélioré la disponibilité du P car elles ont mobilisé deux fois plus de P inorganique (Pi) par rapport au bulk soil. Elles ont aussi alcalinisé la rhizosphère. Cette alcalinisation pourrait être liée à l’excrétion d’anions OH- occasionnée par l’absorption de plus d’anions (ici le nitrate) que de cations. L’alcalinisation a donc eu pour conséquence l’augmentation de la disponibilité en P dans la rhizosphère des deux plantes. Cette augmentation du P disponible pourrait aussi résulter de la sécrétion d’anions organiques ou la sécrétion d’enzymes phosphatasiques qui peuvent mobiliser du P. Le TSP apporté a significativement amélioré le P disponible du sol. Par ailleurs, les résultats sur le rendement du riz et de haricot de ce même dispositif expérimental ont montré que l’apport de TSP n’a eu d’effets sur le rendement des deux cultures que si l’on apporte du fumier (une source de N) et son apport a doublé le rendement des deux cultures. La teneur en P contenu dans les deux plantes n’a aussi été affectée par la dose croissante de TSP qu’avec un apport de fumier. La teneur en N des plants de riz et haricot n’ont par contre pas été affectée ni par la dose de TSP ni par l’apport de fumier, c’était leur biomasse aérienne qui avait été significativement affectée par l’apport de fumier en troisième année d’essai.

Phosphorus (P) is an essential element for animals and plants. For plants, the only source of P is soil. However, in the soil, P availability is very low as it is often fixed by the oxy-hydroxides of Fe and Al or precipitated by the primary minerals (Al-P, Fe-P, Ca-P) thus limiting P uptake by plants. In P-deficient conditions, plant roots have the ability to secrete organic anions, including citrate, which can improve soil P availability. Thus, an extraction with different concentrations of citrate (0-500 μM) was carried out with a ferrallitic soil. A first set of experiment was carried out at low temperature (2°C), a second set at room temperature (25°C) and a third set at room temperature with addition of glucose and nitrate as a source of C and N. C and N were added to increase microbial activity. Results showed that the availability of P increased with citrate concentration as citrate led to the dissolution of PO4 adsorbed on minerals. At 25°C, microbial activity was still low whereas the addition of C and N increased it and led to immobilization of PO4 up to 20 μM of citrate. However, results showed that the availability of P was mainly controlled by geochemical processes. Since these organic anions are secreted by roots, they are able to change the physico-chemistry properties of the rhizosphere. To highlight the effects of plant roots on P mobilization in soil, rice and common bean were grown in association on an experimental field and the physico-chemical parameters of the rhizosphere of these two plants, particularly P available, were compared with those of bulk soil. Rice and common bean were subjected to two factors: an annual supply of TSP at 0, 5, 10, 20 and 50 kg P ha-1 and an annual supply of manure equivalent to 20 kg P ha-1. These two factors were combined. The experiment was carried out for 3 years and each treatment was repeated 4 times. Each year, rhizosphere soil samples of rice and common bean and bulk soil were collected from each treatment at the flowering stage of the common bean and physico-chemical analyzes of these samples were carried out. The results showed that the roots of both plants improved the availability of P as they mobilized twice as much inorganic P (Pi) compared to bulk soil. They also alkalized the rhizosphere. This could be related to the excretion of OH- caused by the absorption of more anions (nitrate) than cations. The alkalization resulted in an increase of P availability in the rhizosphere of both plants. TSP supplies significantly improved P availability of the soil. In addition, TSP supplies had no significant effects on the yield of rice and common bean without a source of N as manure. In fact, manure supplies doubled the yield of both crops. The increasing dose of TSP had effects on the P content of both plants only when manure was added. However, the N content of rice and common bean was affected neither by the TSP supply nor by manure supply, only their above-ground biomass was significantly affected by manure supply in third year.