Mise au point d'outils de prévision de l'évolution de la stabilité de la structure de sols sous l'effet de la gestion organique des sols

Abstract

La estabilidad estructural está una propiedad física importante de los suelos, indicadora de su sensibilidad al sellado superficial del suelo y a la erosión. Los suelos limosos, que cubren superficies importantes en Francia y en el norte de Europa tienen debido a su textura y a su bajo contenido en materias orgánicas, una baja estabilidad estructural. En un contexto donde hay preocupación de la disminución de contenido en materia orgánica y donde se diversifica prácticas y sistemas de cultivo, aparece necesario desarrollar herramientas de predicción de la estabilidad estructural en función de la cuantidad y de la calidad de materias orgánicas. Desarrollamos una función de pedotransferencia (o relación estadística) que liga estabilidad de la estructura a su constitución, en particular el contenido en carbono orgánico, a partir de una base de datos Agresta de 480 suelos reunidos durante el proyecto. El examen de 7 ensayos de larga duración o de redes de parcelas sobre suelos limosos mostró mejoramientos de la estabilidad de la estructura en algunos años con prácticas que permiten un aumento del contenido en C en el horizonte de superficie (no laboreo, praderas temporarias, scv, aportes repetidos de compostas). El contenido en C total del horizonte está así un mejor indicador de la estabilidad estructural que las fracciones orgánicas (azucares solubles al agua caliente, materias orgánicas en partículas) o que la biomasa de los microorganismos. Experimentaciones de aporte de materias orgánicas (residuos de cultivos, compostas…) en suelos al laboratorio permitieron confirmar que le papel de estos aportes estuvo esencialmente indirecto, por la estimulación de los microorganismos del suelo que su descomposición lleva; estos microorganismos que agregan las partículas de los suelos por sus secreciones o mecánicamente. Propusimos un modelo predictivo de la estabilidad estructural seguido a aportes orgánicos cuyos se conoce la calidad bioquímica: Cantis-Stab, que copla un modelo de descomposición de materias orgánicas con una función estadística. Como la gestión de las materias orgánicas constituye un volante de acción mayor para actuar sobre la sensibilidad de los suelos limosos al sellado superficial y a la erosión, las herramientas propuestas pueden servir de base a preocupaciones agronómicas o al aporte razonado de productos residuales orgánicos al suelo.

La stabilité structurale est une propriété physique des sols importante, indicatrice de leur sensibilité à la battance et à l’érosion. Les sols limoneux, qui couvrent des surfaces importantes en France et dans le Nord de l’Europe ont, du fait de leur texture et de leur faible teneur en matières organiques, une stabilité structurale faible. Dans un contexte où l’on se préoccupe de la diminution de la teneur en matière organique des sols, où se développe l’apport de produits résiduaires organiques au sol et où se diversifient les pratiques culturales et les systèmes de culture, il apparaît nécessaire de développer des outils de prédiction de la stabilité structurale en fonction de la quantité et de la qualité des matières organiques. Nous avons développé une relation statistique qui relie la stabilité de la structure à la constitution des sols, en particulier à leur teneur en carbone organique (C), à partir d’une base de données AGRESTA de 480 sols assemblée pendant cette étude. Cependant sa faible capacité prédictive ne permet pas de l’utiliser comme fonction de pédotransfert. L’examen de 7 essais de longue durée ou réseaux de parcelles sur sols limoneux a montré des améliorations de la stabilité de la structure en quelques années avec des pratiques qui permettent une augmentation de la teneur en C dans l’horizon de surface (non labour, prairies temporaires, semis direct sous couvert végétal (SCV), apports répétés de composts). La teneur en C totale de l’horizon est souvent un meilleur prédicteur de la stabilité structurale que des fractions organiques (carbohydrates solubles à l’eau chaude, matières organiques particulaires) ou que la biomasse des microorganismes. Des expérimentations réalisées en laboratoire d’apport de matières organiques (résidus de culture, composts) à des sols limoneux, nous ont permis de confirmer que le rôle de ces apports était essentiellement indirect, par la stimulation des microorganismes du sol que leur décomposition entraîne. Les microorganismes agrégent les particules de sols par leur sécrétions ou mécaniquement. Nous avons proposé un modèle prédictif de la stabilité structurale suite à des apports organiques dont on connaît la qualité biochimique : CANTIS-STAB, qui couple un modèle de décomposition des matières organiques à une fonction statistique. Comme la gestion des matières organiques constitue un volant d’action majeur pour agir sur la sensibilité de sols limoneux à la battance et à l’érosion, les outils proposés doivent être développés, afin de servir de base à des préconisations agronomiques ou à l’apport raisonné de produits résiduaires organiques au sol.

Aggregate stability is a major soil physical property, which is a good indicator of the sensitivity of soils to crusting and erosion. Silty soils, which cover large surface areas in France and Northern Europe, have a low aggregate stability, because of their texture and of their frequent low organic matter contents. In the present context of (i) soil organic matter content depletion, (ii) development of organic wastes application to soils and (iii) diversification of cropping systems, it is necessary to have tools to predict changes in soil aggregate stability with changes in soil organic matter content and quality. Using a data base of 480 soils, established during this study, we developed a statistical relationship which relates soil aggregate stability with soil characteristics, in particular with its organic carbon (C) content. However, its low predictive capacity does not allow to use it as a pedotransfer function. Based on 7 in situ long term experiments or cultivated plots series, we found rapid increased of soil aggregate stability when practices that increases the soil C content in the surface layer are implemented (no till, rotations with leys, permanent coverage of soil with plants, repeated compost additions). The total C content of soil was often better correlated to aggregate stability than other organic variables, such as hot water soluble polysaccharides, particulate organic matter contents, or microbial biomass C. Laboratory experiments, in which a wide range of organic materials (crop residues, composts) were added to soil showed that the effect of the organic materials was indirect, through the stimulation of the microbial decomposers, which aggregated the soil. We proposed a new model to simulate the temporal changes in aggregate stability after organic matter additions of given biochemical qualities and in controlled amounts. “CANTIS-STAB” couples a decomposition model with a statistical function. Managing organic matter in soils is a powerful option to decrease the sensitivity of silty cultivated soils to crusting and erosion. The different tools proposed in this program will be developed further, to serve as a basis to optimize agronomic practices and organic wastes addition in this perspective.