Une base de données des paramètres physiques et biologiques de mulchs de différentes qualités a été constituée. L'étude des propriétés de rétention en eau a montré que la porosité des résidus végétaux détermine la rétention en eau maximale. La porosité est déterminée par la densité des tissus constituant les particules végétales, variable qui est facile à déterminer à partir de la mesure des masses et volumes. La teneur en macromolécules végétales (type « fractions Van Soest ») mesurée par analyse chimique n'explique pas ces caractéristiques, mais la densité des tissus résulte de l'organisation tissulaire et des types cellulaires. La décomposition a augmenté la capacité de rétention en eau, en augmentant la porosité totale des tissus en décomposition.

L'étude de la décomposition des résidus végétaux à la surface du sol en mulchs, en conditions de transfert hydrique, a été menée sous deux angles, (i) une étude expérimentale en conditions contrôlées permettant d'étudier les interactions entre qualité physique et biochimique de mulchs (mélange de différents résidus) et régime de pluies et (ii) des simulations numériques avec le modèle PASTIS permettant de tester le modèle dans ces conditions.

• L'étude expérimentale réalisée avec des colonnes de sol impliquant les associations de mulchs de maïs+dolique et de blé+luzerne, a démontré à nouveau l'importance de la qualité chimique et physique des résidus végétaux sur leur décomposition. Le régime des pluies a un effet important sur la décomposition, via l'humectation des mulchs, confirmant ainsi l'hypothèse, proposée par Coppens et al. (2007^[1]), que la dynamique de l'eau dans le système sol-mulch est le premier facteur qui pilote l'évolution du mulch et les flux de C et N associés. La fréquence et l'intensité des pluies modifient la rétention d'eau par le mulch, et notamment des pluies faibles et fréquentes permettent une humidité plus favorable à la décomposition.

Nous avons montré que la présence d'un mulch impacte fortement l'émission de N2O, mais uniquement juste après la première pluie, suggérant un effet combiné de la présence de carbone soluble, d'azote et de conditions temporairement anaérobies. Nous avons aussi observé que les deux mulchs présentant initialement des caractéristiques moyennes proches, résultant de mélanges de deux espèces et de plusieurs organes, évoluent de manière significativement différente au cours de la décomposition. Ces résultats alimentent les hypothèses sur le comportement des mélanges de résidus, et les effets positifs (synergie) ou négatifs (antagonisme) résultats des mélanges.

• La généralisation des résultats du modèle PASTIS a permis en utilisant la base de données constituée sur les paramètres biologiques et physiques des mulchs d'explorer une large gamme de situations agronomiques et d'étudier les interactions qualité des mulchs x localisation x climat.

L'étude de modélisation avec PASTIS a confirmé que le facteur principal qui contrôle la décomposition des mulchs est l'eau. Les simulations ont montré que quand les résidus se décomposent à la surface du sol, d'autres facteurs (le contact entre le sol et les résidus, la disponibilité en azote et la colonisation microbienne) ont moins d'importance que l'humidité des mulchs (comme suggéré par Coppens et al. 2007). Lorsque l'humidité est limitante, la qualité physique des résidus joue un rôle important sur la décomposition alors que dans le cas d'humidité moins limitante (précipitations régulières par exemple), la qualité chimique des résidus joue un rôle plus important sur la décomposition.

Lorsque l'humidité n'est pas un facteur limitant (climat « tempéré »), les résidus à haut ratio C:N et à haute teneur en lignine (blé, maïs + cajanus, stylosanthes) ont été décomposés à un rythme plus lent que les résidus à faible rapport C:N et faible teneur en lignine (riz, maïs+soja). Lorsque les résidus sont incorporés, la cinétique de minéralisation du C a été principalement contrôlée par la qualité biochimique des résidus et par la teneur en azote. Les résidus à la surface du sol (mulch) ont toujours entraîné une minéralisation nette d'azote tandis que l'incorporation a provoqué soit l'organisation nette soit la minéralisation nette d'azote en fonction de la qualité des résidus.

En ce qui concerne les effets négatifs par rapport au service de régulation des sols, les processus impactés potentiellement par la présence des mulchs sont les émissions de gaz à effet de serre et notamment le N2O, et les pertes accrues de solutés, ici le nitrate.

La modélisation avec PASTIS a permis d'explorer une large gamme de situations de mulchs pour quelques climats contrastés. En ce qui concerne les climats, nous avons utilisé trois années climatiques qui sont typiques de situations étudiées dans le projet PEPITES (deux climats à Madagascar, un climat de La Cage). Dans des études futures, il faudrait simuler plusieurs années pour chaque situation (par exemple 10 ou 30 années de climat) afin d'évaluer l'incertitude liée au climat sur les variables simulées. Ceci n'a pas été possible dans le cadre de ce travail, en raison du temps disponible, mais devrait être fait.

Une autre limite qui nous semble importante à considérer est l'absence du rôle de la macrofaune dans l'évolution des mulchs et la minéralisation. Il a été montré que par exemple les vers de terre ont un rôle important dans l'enfouissement des résidus végétaux et leur transformation (Bernard et al. 2012). L'étude de la composante biologique des systèmes avec mulchs n'a pas été traitée dans cette étude, parce que la priorité a été donnée aux flux et leur modélisation ; cependant la question des acteurs biologiques de la décomposition est centrale à cette problématique.

Auteur : Geoffroy Decam

Source : Thèse de Akhtar IQBAL Effets de la nature et décomposition des mulchs de résidus végétaux sur les services assurés par les sols en agriculture de conservation.

Superviseurs scientifiques : Stéphane de Tourdonnet et Sarah Clerquin