Exploration des relations entre la structure d'un sol cultivé, étudiée à deux échelles, et les émissions de protoxyde d'azote (N2O)
Le protoxyde d'azote (N2O) est un puissant gaz à effet de serre. Plus de 50 % des émissions anthropiques de N2O à l'échelle mondiale proviennent des sols cultivés, le premier facteur identifié étant la fertilisation azotée. Le N2O est principalement généré lors des réactions d'oxydo-r...
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| Autres auteurs: | , , , , , , , |
| Format: | Thèse numérique |
| Langue: | Français |
| Publié: |
2024.
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| Sujets: | |
| Accès en ligne: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2024ORLE1013_va.pdf http://www.theses.fr/2024ORLE1013/abes https://theses.hal.science/tel-04687119 |
| Note: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Info&Sols (Orléans ; 2023-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Christophe Guimbaud (Président du jury) ; Agnès Grossel, Marine Lacoste, Patricia Garnier, Naoise Nunan (Membre(s) du jury) ; Laurent Lassabatère, Françoise Watteau (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Exploring relationships between the structure of a cultivated soil, studied at two scales, and nitrous oxide emissions (N2O) |
| Résumé: | Le protoxyde d'azote (N2O) est un puissant gaz à effet de serre. Plus de 50 % des émissions anthropiques de N2O à l'échelle mondiale proviennent des sols cultivés, le premier facteur identifié étant la fertilisation azotée. Le N2O est principalement généré lors des réactions d'oxydo-réduction induites par les communautés microbiennes du sol. La structure du sol constitue le cadre physique des processus biogéochimiques à l'origine des émissions, et contrôle également les transferts de fluides dans le sol (eau, oxygène, N2O). L'objectif de la thèse est de déterminer dans quelle mesure la structure d'un sol cultivé, étudiée à deux échelles, contrôle les flux de N2O.Deux expérimentations ont été menées. La première avait pour objectif d'étudier l'influence conjointe de la structure du sol et de certains facteurs proximaux sur des émissions de N2O mesurées sur une parcelle cultivée. Cette étude a été réalisée au sein d'un même contexte pédoclimatique, durant un pic d'émissions de N2O après fertilisation, au début de l'implantation d'une culture de maïs. Les émissions de N2O ont été mesurées à l'aide d'une chambre atmosphérique dynamique (fast-box) au cours d'une campagne synchronique sur quatre modalités de travail du sol (labour non-tassé, labour tassé, strip till non-tassé, strip till tassé). Des cylindres de sol intacts et du sol en vrac ont été prélevés sur 24 placettes dont les émissions ont été identifiées comme étant respectivement faibles et fortes. La structure du sol a été caractérisée quantitativement par tomographie X à l'échelle de la méso- et de la macrostructure, et de manière indirecte grâce à la mesure de paramètres de transferts gazeux. Il apparaît que la structure du sol présente de nettes différences entre les placettes à émissions faibles et fortes, au même titre que certains facteurs proximaux comme la température du sol et la concentration en nitrates. La structure du sol semble par conséquent avoir exercé un important contrôle sur la variabilité intraparcellaire des émissions de N2O ; les indicateurs structuraux calculés par imagerie et les paramètres de transferts gazeux semblent être de bons descripteurs des flux de N2O observés. Néanmoins, les paramètres de transfert gazeux (perméabilité à l'air et diffusivité relative) présentent l'avantage d'être faciles à mesurer sur un temps court, tandis que les indicateurs acquis par imagerie nécessitent une phase de traitement potentiellement longue.La deuxième expérimentation a été menée en laboratoire. L'objectif était d'étudier le contrôle de la macrostructure du sol sur les émissions de N2O, après un apport d'eau fertilisée simulant une pluie. Cette étude a été réalisée sur les mêmes cylindres de sol que ceux prélevés sur le terrain. De façon inattendue, la relation entre les émissions de N2O et les indicateurs structuraux s'est avérée moins claire que concernant l'expérimentation sur le terrain. Cependant, des émissions de N2O élevées ont été observées lorsque certains indicateurs structuraux présentaient de faibles valeurs : cela est cohérent avec les conditions de faibles pressions partielles en oxygène nécessaires à la mise en place de la dénitrification. Des valeurs seuils de paramètres structuraux en dessous desquelles les flux de N2O étaient élevés ont été identifiées, et sont cohérentes entre les deux expérimentations (terrain et laboratoire). En conclusion, l'étude du contrôle exercé par la structure du sol sur les flux de N2O paraît prometteuse pour de futures recherches visant à affiner la compréhension globale du déterminisme des émissions, et particulièrement l'étude de paramètres proxys de la structure tels que la diffusivité relative. Ce paramètre présente l'avantage de traduire directement la propension de l'O2 à se diffuser dans le sol, contrôlant de fait la dénitrification et donc l'intensité des émissions de N2O. Nitrous oxide (N2O) is a powerful greenhouse gas. More than 50 % of anthropogenic N2O emissions worldwide come from cropped soils, the main factor being nitrogen fertilization. N2O is mainly generated by redox reactions induced by soil microbial communities. Soil structure is the physical frame of these biogeochemical processes. It also plays a role in water, N2O and oxygen transfer.The aim of the thesis is therefore to determine to what extent the structure of a cropped soil, studied at two scales, controls N2O emissions. Two experiments were conducted. The first one assessed the role of soil structure along with other ecological variables on field N2O emissions. N2O emissions were measured with a fast-box on four different soil management modalities of a maize field during an N2O emission peak following fertilization. Soil cylinders and bulk soil were taken from 24 plots identified as low and high in N2O emissions respectively. Soil structure was characterized quantitatively by CT scan at meso- and macrostructure scales, and indirectly by soil structure proxies such as gas transfer parameters. Soil structure in low and high-emission plots showed clear differences, as do proximal factors such as soil temperature and nitrate concentration. Soil structure therefore appears to have played an important role in the variability of N2O emissions at plot level. Structural indicators calculated by X-ray tomography and gas transfer parameters were also good descriptors of the observed N2O fluxes. Nevertheless, the gas transfer parameters have the advantage of being easily measured over a short period of time, whereas the indicators acquired by imaging require a processing phase that can be time consuming.The second experiment, made in controlled conditions, assessed the role of soil macrostructure on N2O emissions after water input simulating a rain event. It was made in laboratory on the field cylinders, with fertilization. Unexpectedly, the relation between N2O emissions and soil structural parameters were less good than for field study. However, high emissions were also linked to low structural parameters: denitrification is favored by anoxia created by low fluid transfers. Consistent threshold values for the structural parameters were identified for both experiments, below which the observed N2O fluxes were high. In conclusion, the study of the influence of soil structure on N2O fluxes appears promising for future research to enhance our overall understanding of N2O emissions, and particularly the study of structural proxies such as relative gas diffusivity. This parameter is easily measured, and has the benefit of directly translating the ability of O2 to diffuse into the soil, thereby controlling the denitrification process and therefore the level of N2O emissions. |
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| Description: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Info&Sols (Orléans ; 2023-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Christophe Guimbaud (Président du jury) ; Agnès Grossel, Marine Lacoste, Patricia Garnier, Naoise Nunan (Membre(s) du jury) ; Laurent Lassabatère, Françoise Watteau (Rapporteur(s)) |
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