L'isotope stable 15N et le lysimètre, des outils complémentaires pour l'étude de la lixiviation

Destain J.-P.

Description

B A S E Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2010 14(S1), 91-9615L’isotope stable N et le lysimètre, des outils complémentaires pour l’étude de la lixiviation de l’azote dans les sols agricoles(1) (2) (2) (1)Jean-Pierre Destain , Nathalie Fonder , Dimitri Xanthoulis , Véronique Reuter (1) Centre wallon de Recherches agronomiques (CRA-W). Département Production végétale. Rue du Bordia, 4. B-5030 Gembloux (Belgique). E-mail : [e-mail] (2) ULg - Gembloux Agro-Bio Tech. Asbl Epuvaleau. Unité d’Hydrologie et d’Hydraulique agricole. Passage des Déportés, 2. B-5030 Gembloux (Belgique).15L’isotope stable N a été utilisé dans des expérimentations en cases lysimétriques visant à étudier la lixiviation de l’azote dans 15les sols agricoles. À Gembloux, un apport de nitrate d’ammoniaque présentant une abondance isotopique de 2,161 At% N -1.a été appliqué à raison de 200 kg N ha dans deux lysimètres, avant une culture d’épinard suivie de haricot et d’un froment d’hiver. La récupération de l’azote par les cultures a été de 39,8 % dans le premier lysimètre et de 62,2 % dans le second. Les concentrations en azote nitrique des eaux percolées du second ont été constamment plus élevées que dans le premier, -1.probablement à cause d’une moindre immobilisation microbienne. À Remicourt et Omal, un reliquat de 150 kg N ha (simulé 15 15par un apport de NH NO en automne) a complètement disparu du profil du sol (0-90 cm) dès juillet de l’année suivante. 4 3Une ...

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B A S E Biotechnol.Agron.Soc.Environ.2010141S(9,)69-1

15 L’isotopestableNetlelysimètre,desoutils   complémentairespourl’étudedelalixiviationdel’azote   danslessolsagricoles (1) (2)(2) (1) Jean-PierreDestain,NathalieFonder,DimitriXanthoulis,VéroniqueReuter   (1) CentrewallondeRecherchesagronomiques(CRA-W).DépartementProductionvégétale.RueduBordia,4.   B-5030Gembloux(Belgique).E-mail:[e-mail]   (2) ULg-GemblouxAgro-BioTech.AsblEpuvaleau.Unitéd’Hydrologieetd’Hydrauliqueagricole.PassagedesDéportés,2.   B-5030Gembloux(Belgique).

15 L’isotopestableNaétéutilisédansdesexpérimentationsencaseslysimétriquesvisantàétudierlalixiviationdel’azotedans   15 lessolsagricoles.ÀGembloux,unapportdenitrated’ammoniaqueprésentantuneabondanceisotopiquede2,161At%N . -1 aétéappliquéàraisonde200kgNhadansdeuxlysimètres,avantunecultured’épinardsuiviedeharicotetd’unfroment   d’hiver.Larécupérationdel’azoteparlesculturesaétéde39,8%danslepremierlysimètreetde62,2%danslesecond.   Lesconcentrationsenazotenitriquedeseauxpercoléesdusecondontétéconstammentplusélevéesquedanslepremier,   -1 . probablementàcaused’unemoindreimmobilisationmicrobienne.ÀRemicourtetOmal,unreliquatde150kgNha(simulé   15 15 parunapportdeNHNOenautomne)acomplètementdisparuduprofildusol(0-90cm)dèsjuilletdel’annéesuivante.   4 3 Uneculturedefromentd’hiveràOmaln’arécupéréqu’environ9%del’azoteapportéàl’automne.Lamesuredelateneur   . -1 enazotenitriquedeseauxpercoléesamontrédesvaleursnettementplusélevéesàRemicourt(jusqu’àplusde70mgNl) 15 suiteàunapportimportantdecompostricheenazote,qu’àOmal.L’isotopeNn’apuêtredétectédansaucunedeseaux   lysimétriques,probablementparunmanquedesensibilitédel’appareil. 15 Mots-clés.itnoviailxirt,e.Atsepotosi,etozmèsily,Nleab

15 StableNisotopeandlysimeter,complementarytoolsinordertostudythenitrogenleachinginagriculturalsoils.leabSt   15 Nwasusedinlysimetrictrialsconductedwiththeaimtostudynitrateleachingofagriculturalsoils.AtGembloux,arate   -1 1515 15 . of200kgNhaasNHNOwithanisotopicabundanceof2.161At%Nwasappliedintwolysimetersbeforeaspinach   43   crop,followedbybeansandwinterwheat;inthefirstlysimeter,totalrecoverybycropswaslessthan39.8%whileinsecond   - lysimeter,recoverywas62.2%.ConcentrationsofN-NOinleachedwaterwerealwayshigherinlysimeter2thanlysimeter1,   3 probablyduetolessmicrobialimmobilizationofnitrogen.AtRemicourtandOmal,asimulatedmineralresidueof150kg   -1 1515 . Nha(rateofNHNOappliedinautumn)hascompletelydisappearedfromthesoilprofile(0-90cm)alreadyinJulyof   43   thefollowingyear.AtOmal,awintercrophasrecoverednomorethan9%ofnitrogenrateappliedinautumn.Measurement   . --1   ofN-NOconcentrationinleachedwaterhasshownclearlyhigherlevelsatRemicourt(evenmorethan70mgNlprobably 3 15 causedbyanapplicationofhighrateofcompostrichinnitrogen)thanisOmal.StableNisotopecouldnotbeanalyzedin   leachingwaterprobablyduetoaleakofsensitivenessoftheanalyticalequipment. 15 Keywords.ebltasn,geroitsyl,epotosiN.temNi,recaelgnih

1.INTRODUCTION

15 L’intérêtdel’usagedel’isotopelourd,stable,Nest qu’ilpermetdepréciserl’originedel’azotequiest   impliquédansunemultitudedeprocessusd’uncycle   complexe(Destainetal.,1997;2001;Kheliletal.,   2005)(minéralisation,organisationmicrobienne,   prélèvementparlesplantes,diversmécanismesde   pertes).C’estenparticulierlecaspourl’étudedela   lixiviationoùonpeuts’intéressersoitàl’ensemble   delafumure,soitsimulerunreliquataprèsculture  

enajoutantdel’engraismarquéenautomneetsuivre   laprogressiondunitratedansleprofildusolen   automne. Lelysimètre,quiestunsystèmefermé,permet   quantàluidemesurertantlefluxdedrainagequela   concentrationennitratedel’eaurecueillie.Certains lysimètres,installésdepuisplusde30ans,ontpermis   d’estimerlespertesd’azotepardrainagepourdiffé- rentesculturesourotationsculturales(Balif,1996). L’objectifdecetarticleestd’affinerlesbilansen   azotedesparcellesagricolesdansdessituationsàrisques  

92Bvnrino..oS.cEl.Agroniotechno2010 141S,)9-196( d’unpointdevuedelalixiviationd’azote(rotations   culturalescomportantdescultureslégumières)en   combinantlesdeuxoutils. Troisexpérimentationsontétémisesenplace: –unsuivienconditionstotalementcontrôléessurune   successionculturaleépinard/haricot/bléd’hiver d’unefertilisationazotéemarquéedansdeux lysimètresinstallésdepuis30anssurlesitedela FacultéuniversitairedesSciencesagronomiquesà   Gembloux, –lamesuredelavitessedepercolationdansleprofil   racinaired’unreliquatautomnalsimulé(application   . -1 d’unedosed’engraismarquéde150kgNha), –unsuividelapercolationd’unreliquatautomnal simulé(applicationd’unedosed’engraismarquéde   -1 . luxdeslesand)ahNgk051dansléstslasnitèersymi lepérimètreirriguédeHesbaye(Remicourtet   Omal).

2.MATÉRIELETMÉTHODES

Pourl’ensembledesexpérimentationsréaliséesen   15 solslimoneuxprofonds,l’isotopelourdNestmis enœuvre.L’engraisminéralappliquéestdunitrate   15 15 d’ammoniaqueNHNOprésentantuneabondance   4 3 15 isotopiquede2,161At%Npourl’expérimentation1   15 etde5,500At%Npourlesexpérimentations2et3. Pourfacilitersonhomogénéitéd’épandage,   l’engraisestdissoutdansdel’eauetrépartiàl’aidede   flaconsdoseurs. Danslesplaceaux,lesprofilsdesols,prélevés   àlasondehydraulique,sontanalyséspourleur   contenuenazotetotaletenazoteminéral(extraction   KCl0,1Nsuivantlaméthodeadoptéeparleréseau   REQUASUD).Unealiquotedessolutionsd’extraction   estconservéeetévaporéeàsecaprèsacidificationen   vuedudosagerpuomêmedeestlenpesrocttrmèIe.ua leseauxenprovenancedeslysimètrespourlesquels   jusqu’à1litred’eauestévaporéàsec(pooldeplusieurs   échantillons). Leséchantillonsdevégétauxprélevéssoitdans   lescaseslysimétriquesdeGembloux,soitdansles   placeaux,sontséchés,finementbroyésavantleur   passageauspectromètredemasse. Lespectromètredemasseutiliséestunappareil   demarqueEUROPAScientific,coupléàunanalyseur   élémentaireDUMAS.Ilfournitcommerésultat   analytiquelateneurenazoteetsonrapportisotopique   15 14 N/N,decelui-ciondéduitl’abondanceisotopique   15 naturelle(0,3663At%N)etonlaconfronteàcelle   del’engraisd’origine.Lesdiversesteneursenazote   - + (Ntotal,N-NO,N-NH)deséchantillonsdesols,des   3 4 extraitsetdeseauxsontobtenuesparlachimieclassique   humide,préalablementaupassageauspectromètrede   masse.

DestainJ.-P.,FonderN.,XanthoulisD.etal.

Quant aux dispositifs expérimentaux, ils sont 2 constituéspardeslysimètrescylindriquesde2m desuperficieetde2mdeprofondeuràGembloux,   2 etàRemicourtetàOmal,pardeslysimètresde1m enterrésà50cm,etdoncnonvisibles,d’unehauteur   totalede1,50metdontl’exutoireestsituéendehors   duchamp. Lesprotocolesexpérimentauxsontreprisdansle   tableau1deyltesI.uqeopruisnglaéimètresleslys RemicourtetOmal,l’applicationd’engraismarquéa   2 étéeffectuéesurunesuperficiede2m ,doubledecelle   dulysimètreenterré,lecentreducercled’épandage   correspondantauxcoordonnéeslevéesparDGPSdu   centredulysimètreenfoui.

3.RÉSULTATS

3.1.Étudedudevenird’unefumureazotée   apportéeaudébutd’unesuccessionculturale   épinard/haricot/blé.Essailysimétriquede   Gembloux Lesvaleursreprenantlaproductiondemasse   -1 . engendréeparunseulapportd’azote(200kgNha) avantépinard,lesexportationsd’azoteetlecoefficient   réeld’utilisationdecettefumuresontreprisesdansle   tableau2. Laproductiondebiomassetotalenes’estélevée   . -1 qu’à11,7thapourlelysimètre1,alorsqu’elleest   plusdudouble(24,2)pourlelysimètre2.Ilenestde   mêmepourl’exportationd’azote(253,7et477,4kg -1 . Nha),ainsiquepourlecoefficientréeld’utilisation,   mesurégrâceaumarquageisotopique(39,8et62,2).   Alorsqu’unseulapportd’azoteaétéréaliséavant   épinard,l’azotenonprélevéparcetteculturenes’est   plusavérétrèsdisponiblepourlesculturessuivantes,   carilétaitprobablementfortementorganiséou,mais   c’estpeuprobablepourlaculturedeharicot,lessivé.   L’organisation, ou immobilisation microbienne, a sembléégalementprépondérantedanslelysimètre1   oùunevégétationligneuses’étaitdéveloppéependant   plusieursannéesavantsaremiseenexpérimentation. Lamêmedifférencedecomportementdesdeux   lysimètress’estmarquéeencequiconcernelaquantité   d’azote(nitrique)percoléesurunepériodeallantdela   re e 1culturejusqu’àla3,soitdel’année2006àjuillet   2008(lbaT3uae). Pourlelysimètre1,lesvaleursdesconcentrations   enazotedeseauxtrèsfaiblesaudébutontaugmentéen   janvier2008,cequidevaitàpeuprèscorrespondreà   l’arrivéedureliquatdelafumureappliquée.Cependant,   lesquantitésd’azotepercoléessontrestéesfaibles,   enraisondel’immobilisationprépondérantedansce   lysimètre. Pourlelysimètre2,lesvaleurslesplusélevées   ontétéobservéesdèsledépart,c’estprobablement